齊次座標與物體變換操作

齊次座標

我們在上一小節中介紹了平移、旋轉和縮放三種幾何變換,同時我們導出出它們各自的變換矩陣爲:

平移變換 P‘=P+Tm

旋轉變換 P’=P X Tr

縮放變換  P‘=P X Ts

可以看出,平移變換的處理方法與其他兩種變換的形式不一樣,但我們希望能夠用一致的方法來處理這三種變換,使得這三種變換組合在一起完成各種複雜的組合變換。爲了解決這個問題,人們引入了齊次座標的概念。

齊次座標的基本思想是把一個n維空間的幾何問題,轉移到n+1維空間去解決,也就是說用n+1個分量去表示一個有n個分量的向量的方法稱爲齊次座標表示。對於二維空間,只要給出一個點的齊次座標表示(x,y,h),就能得到這個點的二維直角座標爲(x/h,y/h)。

齊次座標表示不是唯一的,通常當h=1時,稱爲規格化齊次座標。在計算機圖形中我們通常採用的是規格化齊次座標。

使用齊次座標的另一個好處是,能夠表示n維空間中的無窮遠點,即(x1,x2,...,xn,0)表示n維空間中無窮遠點,而它在n+1維空間中該點是在有限區域內的。有了上面的齊次座標的概念,我們就可以把上面三種變換的形式統一起來。

(1)平移變換

(2)旋轉變換


(3)縮放變換


三維幾何變換

在三維空間中,如果給定一個點的齊次座標爲(x,y,z,h),那麼我們就可以得到該點的笛卡爾座標爲:(x/h,y/h,z/h)。當h=0時,齊次座標(x,y,z,0)表示三維空間中的無窮遠點,當h=1時即爲規格化齊次人體座標。

(1)平移變換 

變換矩陣:

(2)旋轉變換

繞X軸逆時針旋轉a度

變換矩陣

繞Y軸逆時針旋轉B度

變換矩陣

繞Z軸逆時針旋轉r度

變換矩陣

(3)縮放變換

變換矩陣

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