二维的旋转平移矩阵

在二维空间中,旋转和平移变换可以通过2x2的旋转矩阵和2x3的变换矩阵来表示。

二维旋转矩阵用于表示一个点或向量在二维平面上的旋转。对于绕原点逆时针旋转θ角的变换,其旋转矩阵为:

复制代码

复制代码

|---|-----------------------|
| | R = | cosθ -sinθ | |
| | | sinθ cosθ | |

如果有一个二维点P(x, y),则旋转后的点P'(x', y')可以通过矩阵乘法得到:

复制代码

复制代码

|---|--------------------------------|
| | | x' | | cosθ -sinθ | | x | |
| | | y' | = | sinθ cosθ | | y | |

计算后得到:

复制代码

复制代码

|---|-----------------------------|
| | x' = x * cosθ - y * sinθ |
| | y' = x * sinθ + y * cosθ |

二维平移矩阵则用于表示一个点或向量在二维平面上的平移。平移矩阵是一个3x3的矩阵,它可以在旋转矩阵的基础上增加平移向量。平移矩阵的形式如下:

复制代码

复制代码

|---|-------------------|
| | T = | 1 0 tx | |
| | | 0 1 ty | |
| | | 0 0 1 | |

其中,tx和ty分别表示在x轴和y轴上的平移距离。为了使用平移矩阵,我们通常将二维点P(x, y)扩展为齐次坐标形式P_h(x, y, 1)。然后,通过矩阵乘法应用平移矩阵:

复制代码

复制代码

|---|------------------------------|
| | | x' | | 1 0 tx | | x | |
| | | y' | = | 0 1 ty | | y | |
| | | 1 | | 0 0 1 | | 1 | |

计算后得到:

复制代码

复制代码

|---|----------------|
| | x' = x + tx |
| | y' = y + ty |

复合变换(即先进行旋转再进行平移)则需要将旋转矩阵和平移矩阵结合起来。这通常通过将旋转矩阵与平移矩阵相乘来实现,形成一个总的变换矩阵。注意,矩阵乘法不满足交换律,因此变换的顺序很重要。先旋转后平移的复合变换矩阵形式如下:

复制代码

复制代码

|---|----------------------------------|
| | M = T * R = | cosθ -sinθ tx | |
| | | sinθ cosθ ty | |
| | | 0 0 1 | |

然后,对于二维点P(x, y),其经过旋转和平移后的新位置P'(x', y')可以通过以下方式计算:

复制代码

复制代码

|---|------------------------------------|
| | | x' | | cosθ -sinθ tx | | x | |
| | | y' | = | sinθ cosθ ty | | y | |
| | | 1 | | 0 0 1 | | 1 | |

计算后得到变换后的坐标(x', y')。

相关推荐
smj2302_7968265240 分钟前
解决leetcode第3989题网格中保持一致的最大列数
python·算法·leetcode
巧克力男孩dd2 小时前
Python超典型练习题(第一次作业)
开发语言·python·算法
爱刷碗的苏泓舒2 小时前
平方根信息滤波:矩阵推导及 GNSS 参数估计应用
线性代数·算法·矩阵·gnss·参数估计·测量平差·平方根信息滤波
想做小南娘,发现自己是女生喵3 小时前
第 2 章 顺序表和 vector
java·数据结构·算法
艾醒4 小时前
2026年第29周(7.13-7.19)AI全复盘:技术突破、行业趣闻翻车、算力服务器商业动态
人工智能·算法
雪碧聊技术4 小时前
动态规划算法—01背包问题
算法·动态规划
bu_shuo4 小时前
c与cpp中的argc和argv
c语言·c++·算法
普贤莲花4 小时前
【2026年第29周---写于20260718】---整理,断舍离
程序人生·算法·生活
Reart5 小时前
Leetcode 674.最长连续递增序列 (719)
后端·算法
Reart5 小时前
Leetcode 300.最长递增子序列(719)
算法