《3D数学基础-图形和游戏开发》阅读笔记 | 3D数学基础 (学习中)

文章目录

3D数学基础

矢量/向量

在笔记中

  • 变量使用小写字母表示,a
  • 由于笔记中画上箭头表示向量比较麻烦,这里小写字母加粗显示,a
  • 矩阵变量使用粗体大写字母表示,A

概述 - 什么是向量

在线性代数中,Vector被称为向量。在几何中,Vector被称为矢量。

向量意义

对数学家来说,向量是一个数字列表(程序员一般称为数组)。

[1,2,3]表示为行向量,垂直过来就是列向量。可以引用向量来表示各个分量,通常使用x,y来代指二维向量中的元素,x,y,z来代指三维向量中的元素。比如a=[1,2,3]ax=1,ay=2,az=3

矢量意义

矢量是具有大小和方向的有向线段

  • 矢量的大小:矢量的长度,非负值。
  • 矢量的方向:描述矢量在空间中指向的方向。

图形上每个矢量是位置无关的,比如使用笛卡尔坐标描述矢量时,每个坐标相当于描述对应维度(xy其他)中有符号位移

比如三维矢量[3,-1,2]可以表示为①向+x轴平移3个单位②向+y轴平移-1个单位(或者-y轴平移1个单位)③向+z轴平移2个单位。其实顺序不重要,移动的总量是一样的。

零矢量:矢量中唯一没有方向的,可以理解为无位移(而不是一个点因为矢量不描述一点)

点与矢量的关系

假设有点(x,y)与矢量[x,y]

如果从原点开始按照矢量[x,y]指定的量移动,最终将到达点(x,y)的位置。或者说矢量[x,y]给出了原点到点(x,y)的位移。

单位矢量:只关注方向不关注大小

单位矢量/归一化矢量 表示大小为1(单位长度)的矢量

有时会将单位向量称为法线,法线通常隐含垂直于其他东西的矢量,主要关注点在垂直而不是单位长度。法线往往是单位向量,但是也有例外(所以需要注意例外的情况)

总结

  • 归一化矢量是大小为单位长度的矢量
  • 法线与某些东西垂直的矢量,通常情况是单位长度

计算公式
v 的单位矢量=v /|v|

数学运算

标量和矢量的乘法,标量乘以矢量的每个分量
k[x,y,z] = [x,y,z]k = [kx,ky,kz]

矢量的加法与减法

规则:相应分量相加/相减

a +b = b +a
a -b = -(b -a)

比如a +b ,三角形法则几何理解为从一个点开始应用由a 指定的位移,然后再应用由b 指定的位移

减法的几何意义计算一个点到另一个点的位移

比如a点到b的距离,将ab 理解为来自原点的矢量,b -a 产生的是从ab 的矢量,矢量b-a 的长度就是两点之间的距离。

矢量的点积与叉积


矩阵

矩阵的几何意义

  • 方阵的行可以理解为坐标空间的基矢量
  • 将矢量从原始空间变化到新坐标空间的方法是:矢量 * 矩阵
  • 原始坐标空间到由基矢量定义的坐标空间的变化是线性变化(保留直线、平行线也保持平行、原点不移动变化不包含平移),但角度、长度、面积等可能在变化后发生变化。
  • 可以通过可视化变化后坐标空间的基矢量来可视化矩阵。
相关推荐
廖菌15 小时前
DATASPACE3D 产品介绍:面向数字孪生与 Web3D 场景的一体化可视化搭建平台
前端·webgl
苏州邦恩精密16 小时前
蔡司3D扫描仪怎么选?从企业检测需求看供应商实力
人工智能·机器学习·3d·自动化·制造
3D小将1 天前
3D格式转换之GLB转GLB(模型优化与标准化重打包)
3d·solidworks模型·ug模型·sketchup模型·igs模型
真鬼1231 天前
【Unity WebGL】内嵌网页与双向通信
unity·游戏引擎·webgl
某林2121 天前
从硬件解耦、3D公差设计到ROS 2柔性导航
人工智能·3d·机器人·ros2·技术复盘
图扑软件2 天前
WebGIS 零碳智能港口态势感知与 VR 远控系统
物联网·自动化·vr·webgl·数字孪生·3d 渲染
逸模2 天前
逸模智造・BIM 效能专栏一|极速土建翻模,2D 一键跨越 3D
笔记·3d·bim·土建·翻模
winfredzhang2 天前
WebGL 2 实战:单文件移植与扩展 Heartfelt 玻璃雨滴折射效果
webgl·雨滴·hml·水雾
陈天伟教授2 天前
eDrawings 2026 x64 Edition-免费 3D 模型和 2D 工程图查看器
3d
Tian_Hang3 天前
eclipse ditto 学习笔记
运维·服务器·开发语言·javascript·3d