3D數學讀書筆記 矩陣高階

2021-06-22 05:19:02 字數 2271 閱讀 5681

終於要學習矩陣的平移了,通過平移可以處理很多問題,包括非座標軸基準的變換問題,不同座標系轉換問題。嘿嘿!

行列式(其實行列式就是一種計算法則)

在任意矩陣中都存在乙個標量,稱作該方陣的行列式

方陣m的行列式記作|m| 或 det m 。非方陣矩陣的行列式是未定義的。

2 * 2階矩陣行列式的定義

3 * 3階矩陣行列式的定義

ps:(1)矩陣積的行列式等於矩陣行列式的積 |ab| = |a||b|

(2)矩陣轉置的行列式等於原矩陣的行列式

(3)如果矩陣的任意行或列全為零,那麼它的行列式等於零。

(4)交換矩陣的任意兩行或兩列,行列式變負。

(5)任意行或者列的非零積加到另一行或列上不會改變行列式的值。

矩陣的行列式有著非常有趣的幾何解釋

2d中,行列式等於以基向量為兩邊的平行四邊形的有符號面積

3d中,行列式等於以變換後的基向量為三邊的平行六面體的有符號體積

行列式和矩陣變換導致相關的尺寸改變。其中行列式的絕對值和面積(2d)、體積(3d)的改變相關。行列式的符號說明了變換矩陣是否包含映象投影

矩陣的行列式還能對矩陣所代表的的變換經行分類。如果矩陣行列式為,那麼該矩陣包含投影。如果矩陣行列式為,那麼該矩陣包含映象

矩陣的逆

矩陣的逆是矩陣的一種重要的運算,這種運算只能適用方陣

方陣m的逆,記作單位矩陣

並非所有的矩陣都有逆矩陣。如果乙個矩陣有逆矩陣,那麼稱它為可逆的非奇異的。如果乙個矩陣沒有逆矩陣,則稱它為不可逆的奇異矩陣奇異矩陣的行列式為零,非奇異矩陣的行列式不為零,所以檢測行列式的值是判斷矩陣是否可逆的有效方法。

ps:(1) 如果m是非奇異矩陣,則該矩陣的逆的逆等於原矩陣

(2) 單位矩陣的逆就是它本身。

(3) 矩陣轉置的逆等於它的逆的轉置

矩陣的逆在幾何上非常有用,因為它使得我們可以計算變換的「反向」或「相反」變換——能「撤銷」原始變換的變換,所有如果向量v用矩陣m來進行變換,接著用m的逆

正交矩陣

當方陣m與它的轉置正交的

如果乙個矩陣是正交的,那麼它的轉置等於它的逆,我們可以用這個規律來檢測矩陣的正交性

ps:這條性質非常有用,因為實際應用中經常需要計算矩陣的逆,而3d圖形計算中正交矩陣出現得又是如此頻繁,這條性質可以大大的減少計算量。

4 x 4齊次矩陣

在4d齊次空間中,4d向量有4個分量,前3個是標準的x,y和z分量,第四個是w,有時稱作齊次座標

加入了w分量,我們就可以利用這個分量來進行3d平移了。

4d向量中的w分量還起到了「開關」4x4矩陣平移部分的作用。

這個現象是非常有用的,因為有些向量代表「位置」,應當平移,而有些向量代表「方向」不應該平移。從幾何意義上講,能將第一類資料當作點,第二類資料當作向量。

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參考文獻:(1)《3d math primer for graphics and game development》

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