Тривимірні матричні перетворення

Подібно тому, як двовимірні перетворення описуються матрицями розміром Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , тривимірні перетворення можуть бути представлені матрицями розміром Тривимірні матричні перетворення - student2.ru . Тоді тривимірна точка Тривимірні матричні перетворення - student2.ru записується в однорідних координатах як Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , де Тривимірні матричні перетворення - student2.ru . Для отримання декартових координат потрібно перші три однорідні координати розділити на Тривимірні матричні перетворення - student2.ru . Два однорідних вектора описують одну декартову точку в тривимірному просторі, якщо Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , де Тривимірні матричні перетворення - student2.ru и Тривимірні матричні перетворення - student2.ru - вектори, записані в однорідних координатах.

Матриці перетворень будемо записувати в правосторонній системі координат. При цьому додатній поворот визначається наступним чином. Якщо дивитися з додатної частини осі обертання (наприклад, осі Тривимірні матричні перетворення - student2.ru ) в напрямку початку координат, то поворот на Тривимірні матричні перетворення - student2.ru проти годинникової стрілки буде переводити одну додатну напіввісь в іншу (вісь Тривимірні матричні перетворення - student2.ru в Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , у відповідності з правилом циклічної перестановки).

Замітимо, що на практиці зручніше застосовувати лівосторонню систему координат, так як в цьому випадку зручніше інтерпретувати той факт, що точки з великими значеннями Тривимірні матричні перетворення - student2.ru знаходяться далі від спостерігача.

Запишемо тепер матрицю тривимірного переносу. Аналогічно двовимірному випадку.

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , при цьому

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru .

Операція масштабування:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru

Перейдемо до операції повороту. Так як при двовимірному повороті в площині Тривимірні матричні перетворення - student2.ru координати Тривимірні матричні перетворення - student2.ru залишаються незмінними, то поворот навколо осі Тривимірні матричні перетворення - student2.ru записується так:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru .

Матриця повороту навколо осі Тривимірні матричні перетворення - student2.ru має вигляд:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru ,

і навколо осі Тривимірні матричні перетворення - student2.ru :

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru

Зверніть увагу на зміну положення синуса кута з негативним знаком в матриці повороту навколо осі Тривимірні матричні перетворення - student2.ru . Правильність цих матриць легко перевірити поворотом одного з ортів на Тривимірні матричні перетворення - student2.ru , при цьому він повинен перейти в наступний по порядку орт на відповідній координатній осі.

Обернені перетворення будуть виражатися оберненими матрицями. Для операції переносу потрібно лише замінити знаки компонент вектора переносу на протилежні:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru ;

для операції масштабування – на обернені значення:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru ;

для повороту – вибором негативного кута повороту:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru .

Результатом декількох послідовних поворотів буде матриця

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru .

Тут верхня матриця розміром Тривимірні матричні перетворення - student2.ru називається ортогональною. Важливою її властивістю є те, що обернена до неї матриця є транспоновоною: Тривимірні матричні перетворення - student2.ru . Це корисно тим, що при обрахунках достатньо поміняти індекси місцями та обернене перетворення отримується автоматично.

Після перемноження довільної кількості матриць вигляду Тривимірні матричні перетворення - student2.ru та Тривимірні матричні перетворення - student2.ru результуюча матриця завжди буде мати вигляд:

Тривимірні матричні перетворення - student2.ru .

Тут верхня частина розміром Тривимірні матричні перетворення - student2.ru визначає сумарний поворот і масштабування, а три коефіцієнти останнього рядка – сумарний перенос.

Наши рекомендации