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
UIU1144 小时前
P1233 [ICPC 2001 Taejon R] 木棍加工
数据结构·c++·算法·动态规划
论文复现现场4 小时前
WRF、FEA 能用 L40S 加速吗?求解器检查、断点恢复与长期运行
java·数据库·算法·wrf·有限元分析·gpu计算·断点续算
ZhengEnCi4 小时前
用 AI 写代码为什么拼到最后还是拼人:算力瓶颈与领域专家提示词的本质差异
算法·架构
秋天的怀念_David5 小时前
第二十一夜 · 数字黑洞与西西弗斯的惩罚
java·程序人生·算法
碧海银沙音频科技研究院6 小时前
在PC电脑上用Whisper→Marian算法实现离线语音翻译功能
算法·whisper
niyongsheng7 小时前
3D 装箱算法工程化:数据结构、放置启发式与支撑规则
数据结构·算法·rust
j7~9 小时前
【穷举、深搜与回溯算法】一棵决策树讲透全排列与子集
数据结构·c++·算法·leetcode·回溯·递归
傅科摆 _ py10 小时前
DP,贪心,堆和栈,二分力扣复习
开发语言·python·算法
Shaoshing11 小时前
LeetCode100 42.接雨水
java·算法·leetcode
域限奇点访客11 小时前
用AI生成问卷的网站怎么选?看题目录入结构、题型映射和生成后的校验
算法