[工学]Chapt 5 图形变换理论.ppt

华中理工大学计算机学院 陆枫 99-7 1999年7月 图 形 变 换 6.1 基本概念 6.1.1 齐次坐标 齐次坐标表示就是用n+1维向量表示一个n维向量。 齐次坐标的不唯一性 规范化齐次坐标表示就是h=1的齐次坐标表示。 如何从齐次坐标转换到规范化齐次坐标？ 6.1.2 几何变换 图形的几何变换是指对图形的几何信息经过平移、比例、旋转等变换后产生新的图形，是图形在方向、尺寸和形状方面的变换。 6.1.3 二维变换矩阵 6.2 二维图形的几何变换 基本几何变换都是相对于坐标原点和坐标轴进行的几何变换 6.2.1 平移变换 平移是指将p点沿直线路径从一个坐标位置移到另一个坐标位置的重定位过程。 平移是一种不产生变形而移动物体的刚体变换（rigid-body transformation） 6.2.2 比例变换 比例变换是指对p点相对于坐标原点沿x方向放缩Sx倍，沿y方向放缩Sy倍。其中Sx和Sy称为比例系数。 推导： 矩阵： 整体比例变换： 6.2.3 旋转变换 二维旋转是指将p点绕坐标原点转动某个角度（逆时针为正，顺时针为负）得到新的点p’的重定位过程。 顺时针旋转θ角? 简化计算? 6.2.4 对称变换 对称变换后的图形是原图形关于某一轴线或原点的镜像。 (1)关于x轴对称 (2)关于y轴对称 (3)关于原点对称 (4)关于y=x轴对称 (5)关于y=-x轴对称 6.3 三维图形的几何变换 三维齐次坐标变换矩阵 三维基本几何变换 三维基本几何变换都是相对于坐标原点和坐标轴进行的几何变换 假设三维形体变换前一点为p(x,y,z)，变换后为p(x,y,z)。 1. 平移变换 2. 比例变换 (1)局部比例变换 (2)整体比例变换 3. 旋转变换 (1)绕z轴旋转 (2)绕x轴旋转 (3)绕y轴旋转 4. 对称变换 (1)关于坐标平面对称 关于xoy平面进行对称变换的矩阵计算形式为：? 关于yoz平面的对称变换为： 关于zox平面的对称变换为: (2)关于坐标轴对称变换 关于x轴进行对称变换的矩阵计算形式为：? 关于y轴的对称变换为： 关于z轴的对称变换为： 6.4 投影变换 投影变换就是把三维立体（或物体）投射到投影面上得到二维平面图形。 平面几何投影主要指平行投影、透视投影以及通过这些投影变换而得到的三维立体的常用平面图形：三视图、轴测图。 观察投影是指在观察空间下进行的图形投影变换。 平面几何投影可分为两大类： 透视投影的投影中心到投影面之间的距离是有限的 平行投影的投影中心到投影面之间的距离是无限的 投影中心、投影面、投影线：? 平行投影 平行投影可分成两类：正投影和斜投影。 7.4.1 正投影 正投影又可分为：三视图和正轴测。 当投影面与某一坐标轴垂直时，得到的投影为三视图；否则，得到的投影为正轴测图。? 三视图： 三视图包括主视图、侧视图和俯视图三种，投影面分别与X轴、Y轴和Z轴垂直。 正轴测图 正轴测有等轴测、正二测和正三测三种。 当投影面与三个坐标轴之间的夹角都相等时为等轴测； 当投影面与两个坐标轴之间的夹角相等时为正二测； 当投影面与三个坐标轴之间的夹角都不相等时为正三测。? 1. 三视图 计算步骤： (1) 确定三维形体上各点的位置坐标 (2) 引入齐次坐标，求出所作变换相应的变换矩阵 (3) 将所作变换用矩阵表示，通过运算求得三维形体上各点(x,y,z)经变换后的相应点(x,y)或(y,z) (4) 由变换后的所有二维点绘出三维形体投影后的三视图。? 2. 主视图 将三维形体向xoz面（又称V面）作垂直投影（即正平行投影），得到主视图。? 3. 俯视图 三维形体向xoy面（又称H面）作垂直投影得到俯视图， (1) 投影变换 (2)使H面绕x轴负转90° (3)使H面沿z方向平移一段距离-z0? 4. 侧视图 获得侧视图是将三维形体往yoz面（侧面W）作垂直投影。 (1) 侧视图的投影变换 (2)使W面绕z轴正转90° (3)使W面沿负x方向平移一段距离x0 5. 正轴测图的投影变换矩阵 分析： 公式推导： (1) 先绕y轴顺时针旋转α角 (2) 再绕x轴逆时针旋转β角 (3) 将三维形体向xoy平面作正投影? 最后得到正轴测图的投影变换矩阵 6. 正等测图 分析： 公式推导： 将α和β的值代入(7-1)式得到正等测图的投影变换矩阵： 7.5 透视投影 分析： 灭点： 不平行于投影面的平行线的投影会汇聚到一个点，这个点称为灭点(Vanishing Point)。 坐标轴方向的平行线在投影面上形成的灭点称作主灭点。 一点透视有一个主灭点，即投影面与一个坐标轴正交，与另外两个坐标轴平行。 两点透视有两个主灭点，即投影面与两个坐标轴相交，与另一