空間變換及其應用 一 代數幾何重溫

2021-04-12 18:43:32 字數 1819 閱讀 2561

高等代數與解析幾何方面的教材。

在實際應用中,很多時候需要把乙個點(座標

)從乙個空間對映到另乙個空間。例如在遊戲設計中存在多個座標系,他們之間的點的對映關係就得通過變換。簡單來說,變換就是在空間中到自身

(即定義域和值域相同

)的對映,通過矩陣相乘來完成。

先來重溫一下高等代數的內容,這裡推薦孟巖

(myan)

的文章----

理解矩陣。下面列舉幾個概念:

空間(space):是物件的集合。這裡的物件可以是幾何中的點

(本文所指

),可以是乙個多項式,也可以是其他抽象物體。空間中的物件通過選取基向量和座標,以向量的形式表示。狂一點說,向量能表示客觀事物的抽象,現在終於明白

matlab(

乙個矩陣運算軟體

)為何能應用於幾乎所有的工程領域。

向量(vector)

n個有序的陣列

(a1,a2,a3……)稱為n

維向量。

(basis):一組線性無關的向量集合。線性空間中每乙個向量可由基向量唯一線性表示。

(field):討論空間的時候,必須規定向量元素中數的範圍。初等代數中說的定義域,值域便是一例。例如影象中的象素位置域

f則為自然數集。

對映

:設v和w

都是域f

的空間。對映則是按某個法則

f,使得

v中的元素在

w中找到唯一對應元素,記做

f: v---> w,

元素a-->b, b稱為a

的象,a稱為b

的原像。

變換(transform):空間

v到自身的對映稱為變換,變換通過矩陣來完成。例如乙個平面空間的點,經過變換後,仍落在平面空間上

(座標改變)。

函式(function):空間v到域

f的對映為函式。例如取影象灰度函式

g(x,y)

,是從平面空間

(2維整數空間

)到灰度值(0~

255整數域)的乙個函式。多項式求值也是乙個函式,他把多項式空間對映到域

f的乙個數值。

下面舉個例子。在數字通訊中,乙個經典的通道編碼是線性碼,通過新增幾個冗餘碼字,實現檢錯與糾錯。

在乙個4維二元域向量

(a1~a4)

的右邊新增

3個分量

(c1~c3)

,其中

c1 = a1 + a2 + a3

c2 = a1 + a2 + a4

c3 = a1 + a3 + a4

這樣就給出二元域(0和

1)上向量空間z4到

z7的乙個對映,這個對映稱為編碼,每乙個象稱為碼,碼中的元素稱為碼字,前

4個分量為資訊位,後

3個稱為校驗位。用矩陣實現對映

[c1, c2, c3]』 = [ 1 1 1 0 ] [a1, a2 , a3, a4] '

[ 1 1 0 1 ]

[ 1 0 1 1 ]

我們稱這個碼叫做

(7,4)

線性碼。再講下去有點離題,可參見數字通訊教材。

下篇將著重介紹幾種影象處理中常見對映:仿射,雙線性,透視。

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