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第二讲  图形变换、表示 ,[object Object],[object Object],[object Object]
课程进度 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
内容提要 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
什么是图形变换? ,[object Object]
图形变换有什么作用? ,[object Object],[object Object]
有哪些基本的二维(三维)几何变换?
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
[object Object],[object Object]
问题 ,[object Object]
预备知识 ,[object Object],[object Object],[object Object]
世界坐标系 ,[object Object],[object Object],[object Object]
矢量运算 ,[object Object],x y  (x,y ) O 用 (x,y) 同时表示点坐标或矢量,从上下文可以区分 P1 P2 矢量是表示空间的点位置和空间方向的数学工具。
矢量运算及其几何意义 ,[object Object],[object Object]
[object Object],三维矢量特有的运算,其几何意义是求与已知两个矢量都垂直的矢量。
矩阵运算 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
※  平移变换 x y  P  P ' ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],矩阵表示: P '   = P + T T 性质: 1 )改变位置而不改变大小与方向; 2 )连续平移变换? 二维基本几何变换的数学描述
※  相对坐标原点 的比例变换 矩阵表示: P '   = P ·S 性质:将图形在坐标轴方向上放大或缩小。 连续比例变换?   三种情况
※  绕原点 的旋转变换 约定: 逆时针旋转时角度为正;顺时针旋转时角度为负。 矩阵表示: P '   = P ·R 另一种表示 : 性质: 作用? 连续旋转变换?   ( x,y) (x ' ,y ' ) x y O
 
※  错切变换 沿 x 轴方向的错切变换关系为: 矩阵乘法形式为: 沿 y 轴方向的错切变换的矩阵乘法是什么? 作用:将原来平行于 y 轴的线向 x 方向错切成与 x 轴成一定角度的线。
※  对称变换 又称反射变换或镜像变换。对称于 y 轴的对称变换关系为: 矩阵乘法形式为: 类似的,可以写出关于 x 轴、原点及 +45 度、 -45 度线的对称变换。
坐标变换点不是原点时的几何变换 ,[object Object],[object Object],P 0 P
[object Object],[object Object]
组合变换计算举例 ,[object Object],变换的步骤如下: ( 1 )首先,作偏移量为 (-5,-6) 的平移变换; ( 2 )然后,作 a=0.4 的沿 x 轴的错切变换; ( 3 )最后,作偏移量为 (5,6) 的平移变换
计算举例 计算步骤 :端点 1~8 的坐标分别为:( 1,11 )、( 3,11 )、 ( 7,11 )、 ( 9,11 )、 ( 1,1 )、 ( 3,1 )、 ( 7,1 )、 ( 9,1 ) (1) 平移变换 (2) 错切变换 (3) 平移变换 变换过程直观描述?
计算举例 计算结果: ( 3,11 )、 (5,11) 、 (9,11) 、 (11,11) 、 (-1,1) 、 (1,1) 、 (5,1) 、 (7,1) 将这些点按照原有关系连成线段,即得到最后变换的结果。如下图 b 所示。
如何高效地计算组合变换? ,[object Object],[object Object]
如何用矩阵乘法表示平移变换? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],( W 是不为零的比例因子) 规范化齐次坐标
※  平移变换 设 P ‘ 和 P 依次表示 (x ’ ,y ‘ ) 和 (x,y) 的规范化齐次坐标 矩阵表示:
※  相对原点的比例变换 矩阵表示: ※  绕原点的旋转变换 矩阵表示: 类似地,可写出错切变换、对称变换的齐次坐标矩阵表示。
计算举例 ,[object Object],[object Object],变换结果: 图形旧点集  x  变换矩阵 ->  图形新点集
齐次坐标的作用 ,[object Object],[object Object]
其它练习 ,[object Object],[object Object]
从变换功能上 T 2D 可分为四个子矩阵,其中: 对图形进行缩放、旋转、对称、错切等变换; 对图形进行投影变换;  i  对整体图形做缩放变换。   二维变换矩阵的功能模块 ( c  f )  对图形进行平移变换;
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
三维几何变换 ,[object Object]
1)  平移变换 若空间平移量为 (t x , t y , t z ) ,则平移变换为 P ( x,y,z )  P’ ( x’,y’,z’ ) x y z
2)  比例变换 ①   相对坐标原点的比例变换 一个点 P=( x,y,z ) 相对于坐标原点的比例变换的矩阵可表示为 x y z 其中 为正值。
②   相对于所选定的固定点的比例变换 z x y  ( x f ,y f ,z f ) (1) (2) (3) z x y  ( x f ,y f ,z f ) z x y  ( x f ,y f ,z f ) z x y  ( x f ,y f ,z f )
3)   旋转变换 三维空间中的旋转变换比二维空间中的旋转变换复杂。 除了需要指定旋转角外,还需指定旋转轴 。 若以坐标系的三个坐标轴 x,y,z 分别作为旋转轴,则图形中的各点实际上只在垂直于坐标轴的平面上作二维旋转。此时用二维旋转公式就可以直接推出三维旋转变换矩阵。 规定在右手坐标系中 , 物体旋转的正方向是右手螺旋方向,即从该轴正半轴向原点看是逆时针方向。
  绕 z 轴旋转 z 绕 x 轴旋转 ①   绕坐标轴旋转 x y x y z
绕 y 轴旋转 x y z
物体绕平行于某一坐标轴(如 x 轴)的旋转变换。  (a) (b) y (c) x z (d) 基本步骤? y x y z x y z x z
②  绕任意轴旋转变换 ,[object Object],[object Object],x y z P 1 • • P 2 x y z P’ 1 • • P’ 2 x y z P 1 • • P 2
绕过原点的轴旋转变换 ,[object Object],绕过原点的任意轴旋转 z 其中 表示 M 的转置矩阵。 A   x y o P P’
利用上述结果,则 绕任意轴旋转的 变换矩阵可表示为 : 传统的方法通过绕坐标轴旋转变换的乘积表示绕任意轴旋转的变换 。与之相比,这种方法更直观。 其中旋转轴 A=[a x ,a y ,a z ] 为 A x y z P 1 • • P 2 x y z P’ 1 • • P’ 2
图形的表示 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
规则曲线曲面的表示方法 ,[object Object],[object Object]
 
二次曲面显式或隐式表示的优点 ,[object Object],[object Object],[object Object]
二次曲面显式或隐式表示的缺点 ,[object Object],[object Object],[object Object]
曲线的参数表示 ,[object Object],[object Object],[object Object]
曲线的参数形式并不唯一 ,[object Object]
用参数表示曲线的优点 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
引入自由曲线曲面造型的必要性 ,[object Object]
自由曲线曲面的研究对象 ,[object Object],[object Object],[object Object]
抛物线、椭圆、双曲线能否表示为多项式曲线?
 
三次多项式曲线 ,[object Object],[object Object]
联系信息 系与班号:  学号:   姓名 :  联系电话 :  包括手机与宿舍电话 Email 地址 : 曾学过 Autocad 、 3DSMAX 等软件吗? 希望和建议:
小结 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
课后作业 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

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第2讲 课件

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16.
  • 17. ※ 相对坐标原点 的比例变换 矩阵表示: P ' = P ·S 性质:将图形在坐标轴方向上放大或缩小。 连续比例变换? 三种情况
  • 18. ※ 绕原点 的旋转变换 约定: 逆时针旋转时角度为正;顺时针旋转时角度为负。 矩阵表示: P ' = P ·R 另一种表示 : 性质: 作用? 连续旋转变换?   ( x,y) (x ' ,y ' ) x y O
  • 19.  
  • 20. ※ 错切变换 沿 x 轴方向的错切变换关系为: 矩阵乘法形式为: 沿 y 轴方向的错切变换的矩阵乘法是什么? 作用:将原来平行于 y 轴的线向 x 方向错切成与 x 轴成一定角度的线。
  • 21. ※ 对称变换 又称反射变换或镜像变换。对称于 y 轴的对称变换关系为: 矩阵乘法形式为: 类似的,可以写出关于 x 轴、原点及 +45 度、 -45 度线的对称变换。
  • 22.
  • 23.
  • 24.
  • 25. 计算举例 计算步骤 :端点 1~8 的坐标分别为:( 1,11 )、( 3,11 )、 ( 7,11 )、 ( 9,11 )、 ( 1,1 )、 ( 3,1 )、 ( 7,1 )、 ( 9,1 ) (1) 平移变换 (2) 错切变换 (3) 平移变换 变换过程直观描述?
  • 26. 计算举例 计算结果: ( 3,11 )、 (5,11) 、 (9,11) 、 (11,11) 、 (-1,1) 、 (1,1) 、 (5,1) 、 (7,1) 将这些点按照原有关系连成线段,即得到最后变换的结果。如下图 b 所示。
  • 27.
  • 28.
  • 29. ※ 平移变换 设 P ‘ 和 P 依次表示 (x ’ ,y ‘ ) 和 (x,y) 的规范化齐次坐标 矩阵表示:
  • 30. ※ 相对原点的比例变换 矩阵表示: ※ 绕原点的旋转变换 矩阵表示: 类似地,可写出错切变换、对称变换的齐次坐标矩阵表示。
  • 31.
  • 32.
  • 33.
  • 34. 从变换功能上 T 2D 可分为四个子矩阵,其中: 对图形进行缩放、旋转、对称、错切等变换; 对图形进行投影变换; i 对整体图形做缩放变换。 二维变换矩阵的功能模块 ( c f ) 对图形进行平移变换;
  • 35.
  • 36.
  • 37. 1) 平移变换 若空间平移量为 (t x , t y , t z ) ,则平移变换为 P ( x,y,z )  P’ ( x’,y’,z’ ) x y z
  • 38. 2) 比例变换 ① 相对坐标原点的比例变换 一个点 P=( x,y,z ) 相对于坐标原点的比例变换的矩阵可表示为 x y z 其中 为正值。
  • 39. 相对于所选定的固定点的比例变换 z x y  ( x f ,y f ,z f ) (1) (2) (3) z x y  ( x f ,y f ,z f ) z x y  ( x f ,y f ,z f ) z x y  ( x f ,y f ,z f )
  • 40. 3) 旋转变换 三维空间中的旋转变换比二维空间中的旋转变换复杂。 除了需要指定旋转角外,还需指定旋转轴 。 若以坐标系的三个坐标轴 x,y,z 分别作为旋转轴,则图形中的各点实际上只在垂直于坐标轴的平面上作二维旋转。此时用二维旋转公式就可以直接推出三维旋转变换矩阵。 规定在右手坐标系中 , 物体旋转的正方向是右手螺旋方向,即从该轴正半轴向原点看是逆时针方向。
  • 41.   绕 z 轴旋转 z 绕 x 轴旋转 ①   绕坐标轴旋转 x y x y z
  • 43. 物体绕平行于某一坐标轴(如 x 轴)的旋转变换。 (a) (b) y (c) x z (d) 基本步骤? y x y z x y z x z
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  • 46. 利用上述结果,则 绕任意轴旋转的 变换矩阵可表示为 : 传统的方法通过绕坐标轴旋转变换的乘积表示绕任意轴旋转的变换 。与之相比,这种方法更直观。 其中旋转轴 A=[a x ,a y ,a z ] 为 A x y z P 1 • • P 2 x y z P’ 1 • • P’ 2
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  • 60. 联系信息 系与班号: 学号: 姓名 : 联系电话 : 包括手机与宿舍电话 Email 地址 : 曾学过 Autocad 、 3DSMAX 等软件吗? 希望和建议:
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