坐標(biāo)變換空間剛體旋轉(zhuǎn)移動坐標(biāo)變換矩陣

1、關(guān)于坐標(biāo)變換空間剛體旋轉(zhuǎn)移動坐標(biāo)變換矩陣第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.1 三維基本變換 以二維變換為基礎(chǔ)，很容易引伸到三維變換。 二維點的位置向量其齊次坐標(biāo)是用三個分量x y 1來表示的，三維點的位置向量則要用四個分量x y z 1來表示了。相應(yīng)的變換矩陣也要用T4X4方陣的形式。第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 將矩陣分為四部分，則每個子矩陣對圖形的變換作用為：3X3方陣 產(chǎn)生三維圖形的比例、對稱、旋轉(zhuǎn)、錯切等基本變換。l m n產(chǎn)生沿X、Y、Z方向的平移變換。p q rT產(chǎn)生圖形的透視變換。s產(chǎn)生圖形的總比例變換。第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于202

2、2年6月1、比例變換 與二維比例變換類似，主對角線上的元素a e j起局部比例變換的作用，而元素s則起整體比例變換的作用。 例如令非對角線上的元素全為零，s=1，對空間點的位置向量進(jìn)行變換，即：比例變換矩陣第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)a=e=j=1，s1時，產(chǎn)生整體等比例變換。整體等比例變換矩陣等比例變換第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、平移變換平移變換矩陣第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、旋轉(zhuǎn)變換1） 繞X軸旋轉(zhuǎn)角 空間立體繞x軸旋轉(zhuǎn)時,立體上各點的x坐標(biāo)不變,只有y、z坐標(biāo)改變。變換矩陣為：第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2

3、） 繞Y軸旋轉(zhuǎn)角變換矩陣為：3、旋轉(zhuǎn)變換第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3） 繞Z軸旋轉(zhuǎn)角變換矩陣為：3、旋轉(zhuǎn)變換第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、錯切變換 錯切變換是指三維立體沿x、y、z三個方向產(chǎn)生錯切，錯切變換是畫斜軸測圖的基礎(chǔ)，其變換矩陣的一般形式為： 按X、Y、Z軸三個不同的方向，可分為6種情況 ：第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 1） 沿x含y錯切變換矩陣為：所以：x y z 1 T x(y)=x+dy y z 1=x* y* z* 1第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月沿y含x錯切變換矩陣為：沿z含x錯切變換矩陣為：沿y含z

4、錯切變換矩陣為：沿y含z錯切變換矩陣為：沿z含y錯切變換矩陣為：同理：沿x含z錯切變換矩陣為：延其它方向錯切第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月5、對稱變換 二維對稱變換是對稱于坐標(biāo)軸或某一特定的直線或原點。 三維最簡單的對稱變換是對稱于坐標(biāo)平面的變換，即變換前后的兩個圖形對稱于某一坐標(biāo)平面。第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 1）對稱于xoz面 若對稱于xoz面，則圖形點集的x、z坐標(biāo)不會改變，僅y坐標(biāo)改變符號，故只須將產(chǎn)生恒等變換的單位矩陣中主管y向變化的第二列元素異號，即可得到對稱于xoz面的變換矩陣Txoz為：變換后點的坐標(biāo)為：x* y* z* 1=x y z

5、 1 Txoz=x -y z 1 第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 同理，可建立對xoy、yoz面對稱的變換矩陣分別為：第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2 三維圖形的投影變換 在工程設(shè)計中，產(chǎn)品的幾何模型通常是用三面投影圖來描述，即用二維圖形表達(dá)三維物體。 投影就是把空間物體投影到投影面上而得到的平面圖形，利用變換矩陣，可方便地實現(xiàn)三維圖形的正投影變換（三視圖），正軸測投影變換（軸測圖）和透視變換（透視圖）。第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月投影變換的類型第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 一、 三視圖 機(jī)械工程圖中的三視圖是

6、對三維空間的物體以垂直于坐標(biāo)平面的投影線分別作正投影而獲得的。第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 1、主視圖變換矩陣 取xoz平面上的投影為主視圖， 只須將立體的y坐標(biāo)變?yōu)榱?，變換矩陣為：則有：x* y* z* 1=x y z 1 Tv=x 0 z 1第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月將形體的點集向yoz面（W面）投影，即令x坐標(biāo)為0；繞z軸逆轉(zhuǎn)90度，使與V 面在同一平面，再沿x負(fù)方向平移l，使與V面投影保持間距l(xiāng) 。則變換矩陣如下： 2、側(cè)視圖的變換矩陣第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月則有：x* y* z* 1=x y z 1 Tw=-y-l 0

7、 z 1即 Tw側(cè)視圖的變換矩陣第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 取xoy平面（即H面）上的投影，即令z坐標(biāo)為0；再繞x軸逆轉(zhuǎn)90度，使與V面在同一平面，然后再沿z軸負(fù)方向平移N，使與V面投影保持間距N。則變換矩陣如下：3、俯視圖變換矩陣第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月俯視圖變換矩陣則有：x* y* z* 1=x y z 1 Tw=x 0 -y-n 1TH= 由此我們可以看到，3個視圖中y均為0，這是由于變換后，3個視圖均落在XOZ平面上的緣故。這樣，可用x*, z*坐標(biāo)直接畫出3個視圖。第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月例 畫出所示形體的三

8、面投影圖解：設(shè)n=10 l=10, 則主視圖（V面）投影為第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、透視投影變換透視投影從一個視點透過一個平面(畫面)觀察物體，其視線(投影線)是從視點(觀察點)出發(fā)，視線是不平行的。視線與畫面相截交得到的圖形就是透視圖。 第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月透視變換如圖所示，空間一點P(x，y，z)，設(shè)S為視點，并在Y軸上，投影面垂直Y軸且交于O點。投影面距坐標(biāo)系原點的距離為y1，視點距原點的距離為y2，由相似三角形的關(guān)系有：第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)O、O重合時，投影面與XOZ重合，即y1=0，則：透視變換第二十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 即：x* y* z* 1=x y z 1 =x y z 1 =x 0 z 1-y/y2 1 0 0 00 1 0 -1/y20 0 1 00 0 0 11 0 0 00 0 0 00 0 1 00 0 0 11 0 0 00 0 0 -1/y20 0 1 00 0 0 1一點透視變換矩陣規(guī)格化第二十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月令q=-1/y2，則主滅點在