矩陣的幾何意義

2021-09-12 23:01:53 字數 1881 閱讀 1433

是指把一些資料如點,方向向量顏色等通過某些方式轉換的過程,下面來給大家介紹一下各種變換矩陣,和概念。

線性變換

f(x)+f(y)=f(x+y)

kf(x)=f(kx)

上面的例子有點抽象,如縮放就是一種線性變換,如f(x)=2x可以表示乙個大小為2的統一縮放,即經過向量x的模是原來的兩倍。同樣旋轉也是一種線性變換。還包括錯切映象正交投影等…

僅有線性變換不夠的。我們來考慮平移變換例如f(x)=x+(1,2,3)。這不是乙個線性變換,它即不滿足標量乘法,也不滿足向量加法。如果我們令x=(1,1,1)那麼:

f(x)+f(x)=(4,6,8)

f(x+x)=(3,4,5)

可見結果是不一樣的,所以就了限仿射變換。仿射變換就是合併線性變換和平移變換的變換型別。仿射變換可以使用乙個4x4的矩陣來表示,為此我們需要到四維空間下,這就是齊次座標空間。

變換名稱

是線性變換嗎

是仿射變換嗎

是可逆矩陣嗎

是正交矩陣嗎

平移矩陣ny

yn繞座標軸旋轉矩陣yy

yy繞任意軸旋轉的矩陣yy

yy繞座標軸縮放的矩陣yy

yn錯切矩陣yy

yn映象矩陣yy

yy正交投影矩陣yy

nn透視投影矩陣nn

nn我們把3x3的矩陣擴充套件到了4x4的矩陣(多一維為了可以列表平移),這就是我們說的齊次座標。

已知道乙個4x4的矩陣來表示平移、旋轉、縮放。我們表示把純平移、旋轉、縮放的矩陣叫作基礎變換矩陣,我們可以把乙個基礎變換矩陣分解為下面四個部分:

其實左上角m3x3用於表示旋轉和縮放,t3x1表示平移,01x3是零矩陣即[0,0,0]。

需要注意的是:

當第四個分量為1時能得到正確的結果:

當第四個分量為0時,還是原來的結果:

平移矩陣的逆矩陣:

沿空間的x軸,y軸,z軸進行縮放。同樣我們可以適用矩陣乘法來表示乙個縮放變換:

變換的結果是依賴於變換順序的,由於矩陣乘法不滿**換律,因此矩陣的順序很重要。

比方在大多數情況下,我們就是先縮放,再旋轉,最後平移(注意矩陣是從右住左乘的):

要注意的是,這兩都是不相等的:

同時也要考慮是否連座標系一同旋轉。

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