68911

Преобразования в пространстве

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

В трехмерном случае (3D) рассмотрим однородные координаты. Поступая аналогично тому, как это было сделано в размерности два, заменим координатную тройку (х, у, z), задающую точку в пространстве, на четверку чисел (х, у, z, 1).

Русский

2014-09-27

54.5 KB

2 чел.

ЛЕКЦИЯ 8

Преобразования в пространстве.

В трехмерном случае (3D) рассмотрим однородные координаты.

Поступая аналогично тому, как это было сделано в размерности два, заменим координатную тройку (х, у, z), задающую точку в пространстве, на четверку чисел (х, у, z, 1).

Каждая точка пространства (кроме начальной точки О) может быть задана четверкой одновременно не равных нулю чисел; эта четверка чисел определена однозначно с точностью до общего множителя.

Предложенный переход к новому способу задания точек дает возможность воспользоваться матричной записью и в более сложных, трехмерных задачах.

Любое аффинное преобразование в трехмерном пространстве может быть представлено в виде суперпозиции вращений, растяжений, отражений и переносов. Поэтому вполне уместно сначала подробно описать матрицы именно этих преобразований (ясно, что в данном случае порядок матриц должен быть равен четырем).

 Матрицы вращения в пространстве.

Матрица вращения вокруг оси  абсцисс на угол phi:

           1       0                0            0

           0   Cos(phi)    Sin(phi)     0

 [Rх]= 0  -Sin(phi)    Cos(phi)    0

           0        0                 0          1

Матрица вращения вокруг оси ординат на  угол phi: 

         Cos(phi)       0           -Sin(phi)    0

             0               1               0             0

 [Ry]=Sin(phi)       0            Cos(phi)    0       

             0               0              0              1

Матрица вращения вокруг оси аппликат на угол phi: 

         Cos(phi)     Sin(phi)     0        0

         -Sin(phi)    Cos(phi)     0       0

 [Ry]=  0                0              1        0    

            0                0              0        1

Матрица растяжения (сжатия):

где а > 0 - коэффициент растяжения (сжатия) вдоль

оси абсцисс;                                                               

b > 0 - коэффициент растяжения (сжатия) вдоль

оси ординат;

c > 0 - коэффициент растяжения (сжатия) вдоль си аппликат.

          a    0    0    0

          0    b    0    0

[D] =  0    0     c    0

          0    0     0    1

Матрицы отражения.

Матрица отражения относительно плоскости ху:

           1    0    0    0

           0    1    0    0

[Mz]=  0    0   -1    0

           0    0    0    1

Матрица отражения относительно плоскости  yz:

           -1    0     0      0

            0    1     0      0

[Mx]=   0    0     1      0

            0    0      0      1

Матрица отражения относительно плоскости zx:

            1    0     0      0

            0   -1     0      0

[My]=   0    0     1      0

            0    0      0      1

Матрица переноса (здесь (l,m,n) - вектор переноса):

            1    0    0   0

            0    1    0   0

[T]=      0    0    1   0

             l    m    n   1

Замечание. Как и в двумерном случае, все выписанные матрицы невырожденны.

Приведем   важный пример построения матрицы сложного преобразования по его геометрическому описанию.

Пример 1. Построить матрицу вращения на угол phi вокруг прямой L, проходящей через точку А(а, b, с) и имеющую направляющий вектор (I, т, п).Можно считать, что направляющий вектор прямой является единичным:

  2          2         2 

 L    +M     + N  =1.

Платоновы тела

Правильными многогранниками (Платоновыми телами) называются такие выпуклые многогранники, все грани которых суть правильные многоугольники и все многогранные углы при вершинах равны между собой.

Существует ровно 5 правильных многогранников (это доказал Евклид): правильный тетраэдр, гексаэдр (куб), октаэдр, додекаэдр и икосаэдр. Их основные характеристики приведены в следующей таблице.

Название многогранника

Число граней - Г

Число ребер - Р

Число вершин - В

Тетраэдр

4

6

4

Гексаэдр

6

12

8

Октаэдр

8

12

6

Додекаэдр

12

30

20

Икосаэдр

20

30

12

Нетрудно заметить, что в каждом из пяти случаев числа Г, Р и В связаны равенством Эйлера

Г + В = Р + 2.

Правильные многогранники обладают многими интересными свойствами. Здесь мы коснемся только тех свойств, которые можно применить для построения этих многогранников.

Для полного описания правильного многогранника вследствие его выпуклости достаточно указать способ отыскания всех его вершин.

Операции построения первых трех Платоновых тел являются особенно простыми.

Куб (гексаэдр) строится совсем несложно.

Используя куб, можно построить тетраэдр и октаэдр.

Для построения тетраэдра достаточно провести скрещивающиеся диагонали противоположных граней куба .

Тем самым вершинами тетраэдра являются любые 4 вершины куба, попарно не смежные ни с одним из его ребер.

Для построения октаэдра воспользуемся следующим свойством двойственности: вершины октаэдра суть центры (тяжести) граней куба

Координаты вершин октаэдра по координатам вершин куба легко вычисляются (каждая координата вершины октаэдра является средним арифметическим одноименных координат четырех вершин содержащей ее грани куба).

Додекаэдр и икосаэдр также можно построить при помощи куба.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47480. Банківська справа. Методичні вказівки 350.5 KB
  Сутність грошей. Походження грошей. Роль держави у творенні грошей. Форми грошей та їх еволюція.
47481. Гроші та кредит. Методичні матеріали 456.5 KB
  Навчальна карта самостійної роботи студента з дисципліни “Гроші та кредит†При підсумковому контролі у формі іспиту Види самостійної роботи Планові терміни виконання Форми контролю та звітності Максимальна кількість балів Денна і вечірня форма навчання І. 5 Разом балів за обов’язкові види СРС 45 ІІ. Пошук та аналіз статистичних даних за заданою проблематикою Протягом V та VІ...
47483. Бухгалтерський облік. Методичні матеріали 388 KB
  Методичні матеріали щодо змісту та організації самостійної роботи студентів поточного і підсумкового контролю їх знань з навчальної дисципліни “Бухгалтерський облік†для спеціальності 6402 Правознавство Укладачі к. Перелік питань що виносяться на поточний та підсумковий контроль Дати визначення господарського обліку його видів та їх характеристика. Визначити види господарського обліку їх особливості і взаємозв’язок.
47484. ЦИВІЛЬНЕ ПРОЦЕСУАЛЬНЕ ПРАВО. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ 313 KB
  Види цивільного судочинства: позовне провадження провадження окреме провадження наказне провадження. Суть та значення наказного провадження. Провадження у справі до судового розгляду. Завдання зміст і процесуальний порядок провадження до судового розгляду.
47485. ЕКОЛОГІЧНЕ ПРАВО. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ 272 KB
  МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ЩОДО ЗМІСТУ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ПОТОЧНОГО І ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ ЇХ ЗНАНЬ З ДИСЦИПЛІНИ ЕКОЛОГІЧНЕ ПРАВО УХВАЛЕНО: на засіданні кафедри цивільного та трудового права Протокол №9 від 23. Механізм формування екологічного права. Місце екологічного права в системі екологічних і правових наук.
47486. МІЖНАРОДНЕ ПРАВО. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ 228.5 KB
  ВАДИМА ГЕТЬМАНА КАФЕДРА МІЖНАРОДНОГО ТА ЄВРОПЕЙСЬКОГО ПРАВА МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ЩОДО ЗМІСТУ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ПОТОЧНОГО І ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ ЇХ ЗНАНЬ З ДИСЦИПЛІНИ МІЖНАРОДНЕ ПРАВО УХВАЛЕНО: на засіданні кафедри міжнародного та європейського права Протокол № 6 від 14. 28 ПИТАННЯ ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЕКЗАМЕН З ДИСЦИПЛІНИ Міжнародне право як особлива правова система Між владні відносини як об’єкт міжнародного права jus inter gentes...
47487. ПРАВО СОЦІАЛЬНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ. МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ 251 KB
  МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ ЩОДО ЗМІСТУ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ПОТОЧНОГО І ПІДСУМКОВОГО КОНТРОЛЮ ЇХ ЗНАНЬ З ДИСЦИПЛІНИ ПРАВО СОЦІАЛЬНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УХВАЛЕНО: на засіданні кафедри цивільного та трудового права Протокол №7 від 10. Історія розвитку інституту соціального забезпечення. Організаційноправові форми соціального забезпечення. Надання соціальних послуг – як організаційноправова форма соціального забезпечення.
47488. Методические рекомендации. Бухгалтерский учет, анализ и аудит 700.5 KB
  Методические рекомендации охватывают все этапы подготовки выполнения оформления и защиты выпускной квалификационной работы. Некрасова 2010 Содержание Назначение выпускной квалификационной работы общие требования к ее содержанию Выбор темы назначение руководителя выпускной квалификационной работы Контроль выполнения выпускной аттестационной работы