2. Koordináta-rendszerek és transzformációk

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Geometriai transzformációk a felsőtagozaton
Advertisements

ALAKZATOK TRANSZFORMÁCIÓJA ÚJ KÉPSÍKOK BEVEZETÉSÉVEL
Koordináta transzformációk
Koordináta transzformációk
Geometriai Transzformációk
Analitikus (koordináta) geometriai gyorstalpaló
Geometriai transzformációk
Geometriai modellezés
Geometriai modellezés
Regresszió számítás Mérnöki létesítmények ellenőrzése, terveknek megfelelése Geodéziai mérések – pontok helyzete, pontszerű információ Lineáris regresszió.
Euklidészi gyűrűk Definíció.
A vetítések geometriája
Hasonlósági transzformáció
Transzformációk kucg.korea.ac.kr.
A számítógépi grafika matematikai háttere
Számítógépes grafika, PPKE-ITK, Benedek Csaba, 2010 Geometriai modellezés 2. előadás.
2. előadás GÉPRAJZ, GÉPELEMEK I..
Lineáris algebra Mátrixok, determinánsok, lineáris egyenletrendszerek
A MŰSZAKI KÉPALKOTÁS.
3. Vetületi ábrázolások számítási eljárásai
Web-grafika II (SVG) 2. gyakorlat Kereszty Gábor.
P z : egy „elemi” projektív transzformáció M = ( m m m m ); P z = ( ) | m m m m | | | | m m m m | | | ( p p p p ) ( 0 0 r 1 ) az.
2. Koordináta-rendszerek és transzformációk 2.1. Koordináta-rendszerek 2.2. Az egyenes és a sík egyenlete 2.3. Affin transzformációk 2.4. Projektív transzformációk.
SzTE JGYTFK Matematika Tanszék
Számítógépes geometria
Lineáris transzformáció sajátértékei és sajátvektorai
MATEMATIKA ÉS INFORMATIKA I.
Lineáris egyenletrendszerek (Az evolúciótól a megoldáshalmaz szerkezetéig) dr. Szalkai István Pannon Egyetem, Veszprém /' /
dr. Szalkai István Pannon Egyetem, Veszprém
Lineáris algebra.
szakmérnök hallgatók számára
Koordináta-geometria
3.3. Axonometrikus ábrázolások Rövid áttekintés
4.7. Textúra A felület anyagszerűsége Sík-képek ráborítása a felületre
Bevezetés a Számítógépi grafikába - előadás
2. Koordináta-rendszerek és transzformációk
3.4. Perspektív ábrázolások
2. Koordináta-rendszerek és transzformációk
3. Vetületi ábrázolások számítási eljárásai
Készítette: Kreka Bálint
2008/2009 tavasz Klár Gergely  Gyakorlatok időpontjai: ◦ Szerda 10:05–11:35 ◦ Csütörtök 10:00+ε –11:30+ε  Gyakvez: ◦ Klár Gergely ◦
MATEMATIKA GEOMETRIAI TRANSZFORMÁCIÓK: Egybevágósági transzformáció
TÖMBÖK Asszociatív adatszerkezetek Tömbök
16. Modul Egybevágóságok.
1. feladat Az ábrán egy épülő ház tetőszerkezetét látjuk. A „mester” szerint ez akkor lesz a legstabilabb, ha a „ferde” CD nyeregtetőt annak F felezőpontjában,
VARIÁCIÓK ISMÉTLÉS NÉLKÜLI ESET DEFINÍCIÓ
Analitikus geometria gyorstalpaló
Transzformációk Szirmay-Kalos László. Transzformációk (x,y) (x’,y’) = T(x,y) l Tönkre tehetik az egyenletet l Korlátozzuk a transformációkat és az alakzatokat.
3. Vetületi ábrázolások számítási eljárásai
Lineáris egyenletrendszerek, leképezések, mátrixok
Geometriai transzformációk
2.2. Az egyenes és a sík egyenlete
Lineáris algebra.
2. hét: Síkbeli erőrendszerek eredője Készítette: Pomezanski Vanda
1 Vektorok, mátrixok.
Máté: Orvosi képfeldolgozás8. előadás1 Kondenzált képek Transzport folyamat, pl. mukocilliáris klírensz (a légcső tisztulása). ROI kondenzált kép F 1 F.
Számítógépes grafika, PPKE-ITK, Benedek Csaba, 2010 Geometriai modellezés 2. előadás.
Hasonlósági transzformáció ismétlése
ALAKZATOK TRANSZFORMÁCIÓJA ÚJ KÉPSÍKOK BEVEZETÉSÉVEL
A MŰSZAKI KÉPALKOTÁS.
3.4. Perspektív ábrázolások
3.2. Axonometria – Műszaki rajzok párhuzamos vetítéssel
Digitális képanalízis
Hasonlóság modul Ismétlés.
Bevezetés a számítógépi grafikába
Bevezetés a számítógépi grafikába 1.Bevezetés: A Számítógépi grafika tárgya 2.Képek kódolása 3.A geometrikus grafika alapjai 4.Koordináta-rendszerek és.
3D grafika összefoglalás
Szécsi László 3D Grafikus Rendszerek 7. előadás
ELEMI GEOMETRIAI ISMERETEK
Összefoglalás (nem teljes)
Előadás másolata:

2. Koordináta-rendszerek és transzformációk 2.2. Az egyenes és a sík egyenlete 2.3. Affin transzformációk 2.4. Projektív transzformációk

Mire használjuk? Transzformációk a grafikában: - tárgyak elhelyezése, - részek összeállítása - tárgyak valószerű átalakításai (GM), - a tárgyak képe: vetítés síkra - egyebek

Milyen transzformációk kellenek? - E 3 –ban és H 3 -ban ( H 3 = E 3  I 3 ) - minden pontnak van transzformáltja, - H 3  H 3 (kölcsönösen egyértelmű) - pontot  pont, - egyenes  egyenes - sík  sík - illeszkedést tartó módon. Ilyenek a kollineációk, (projektív transzformációk)

Kollineációk (projektív transzformációk) Kollineációk a projektív geometriában . . . Itt: a transzformációk geometriai, szemléletes jelentése . . . A transzformációk számítási eljárásai: Pontok transzformációja: X’ = M44  X Egyenes transzformációja: Ha e = ( P, Q ), akkor e’ = ( P’, Q’ ) ; P’ = M44  P , Q’ = M44  Q stb: alakzatok meghatározó pontjait . . .

A kollineációk mátrix alakja H3 pontjai: X = [x1, x2, x3, h] T  H 3; h = 0|1; X  l  X ; l  0; H3 kollineációi: { M44 ; det M44  0}; M  m  M ; m  0 X’ = M44  X = = (m11 m12 m13 m14)  (x1) = (m11x1+m12x2+m13x3+m14h) = (x1’) |m21 m22 m23 m24| |x2| |m21x1+m22x2+m23x3+m24h| |x2’| |m31 m32 m33 m34| |x3| |m31x1+m32x2+m33x3+m34h| |x3’| (m41 m42 m43 m44) (h ) (m41x1+m42x2+m43x3+m44h) (h ’)

X’ = M44  X = = (m11 m12 m13 m14)  (x1) = (m11x1+m12x2+m13x3+m14h) = (x1’) |m21 m22 m23 m24| |x2| |m21x1+m22x2+m23x3+m24h| |x2’| |m31 m32 m33 m34| |x3| |m31x1+m32x2+m33x3+m34h| |x3’| (m41 m42 m43 m44) (h ) (m41x1+m42x2+m43x3+m44h) (h ’) = (m11 m12 m13 m14)  (x1) = m11x1+m12x2+m13x3+m14h = x1’ |x2| |x3| (h )

E3 és H3 kollineációi: csoport E 3 kollineációi: affin transzformációk, alcsoport, E 3  E 3 és I 3  I 3 H 3 kollineációi: a projektív transzformációk csoportja H 3  H 3, egy – egyértelmű leképezés, pont-, egyenes-, sík- és illeszkedést tartó H 3 = E 3  I 3 esetleg egy közönséges sík  I 3 és akkor I 3  egy közönséges síkra

A következő órákon: Affin transzformációk Párhuzamos vetítés Axonometria Projektív transzformáció Középpontos vetítés Perspektíva

2.3.1. Affin transzformációk (a grafikában – szemléletes bevezetés)

Affin transzformációk Szemléletes geometria, ill. analitikus geometria E n  E n pont-, egyenes-, sík- és illeszkedést tartó transzformációk P’ = A33 · P + d P’ = A34 · P ; x’ = a11 · x + a12 · y + a13 · z + a14 y’ = a21 · x + a22 · y + a23 · z + a24 z’ = a31 · x + a32 · y + a33 · z + a34 d

Affin transzformációk Például: eltolás, forgatás, tükrözés, stb Reguláris affinitások: det A  0; E n  E n ; n = 2, 3, … (Ha det A = 0 : vetítés egy síkra, vagy más altérre) Szóhasználat: affin transzformáció, affinitás (?), transzformáció, leképezés Pont-transzformáció: alakzatok pontjait Koordináta-rendszer transzformáció: áttérés új KR-re A tér leképezése egy másik térre pl. VKR  KKR

Affin transzformáció mátrix-szorzással Homogén mátrix alakja: A44 utolsó sora: (0, 0, 0, c) ; c  0; általában = 1 Egy pont homogén alakja: X = [x, y, z, h] T ; h = 0 | 1 X’ = A44  X = (a11 a12 a13 a14 )  (x) = (x’) ; h = 0 | 1 |a21 a22 a23 a24 | |y| |y’| |a31 a32 a33 a34 | |z| |z’| ( 0 0 0 1 ) (h) (h’); h’ = h !!! közönséges pont  közönséges pont, ideális pont  ideális pont: az ideális sík  önmaga.

Affin transzformációk A mátrix megadása: geometria jelentése alapján: szemléletes elemi affinitások szorzataként vagy 4 meghatározó pont-párból: a „határozatlan együtthatók módszere”

„Elemi” affin transzformációk „elemi”: szemléletes és egyszerű a mátrixa Eltolás (T) , forgatás (R), léptékezés (S) , nyírás (N) Tükrözés, báziscsere, Tétel: Ha A affin traanszformáció, akkor van olyan T, R1, R2, R3, S, N, a amelyekkel: A = N  S  O  T; O = R1  R2  R3 azaz: P ’ = A  P = (N  S  O  T)  P Minden A ilyenekből áll !

A mátrix vizsgálata A mátrix jellemző elemei: A44 = (sx a12 a13 dx ); det A  0 ; > 1 | < 1 |a21 sy a23 dy | |a31 a32 sz dz | ( 0 0 0 1 )

Egyszerű affinitások: 1. Eltolás Adott: d = (dx, dy, dz) eltolás-vektor Minden pontra: X’ = X + d = (x + dx, y + dy, z + dz) d X’ = T  X = (X + d) (x’) = ( 1 0 0 dx ) · (x) = ( x + dx ) |y’| | 0 1 0 dy | |y| | y + dy | |z’| | 0 0 1 dz | |z| | z + dz | (1 ) ( 0 0 0 1 ) (1) ( 1 ) T2  (T1  P) = (T2  T1)  P = T3  P

Egysz. aff. 2. Forgatás a Z tengely körül x’ = x  cos a - y  sin a y’ = x  sin a + y  cos a z’ = z; A síkban: a kezdőpont (origó) körül: a 3. sor és 3. oszlop nélkül a Z tengely körüli forgatások kommutatív csoportja: Ortonormált transzformáció, determinánsa 1. Rz = (co –si 0 0 ) | si co 0 0 | | 0 0 1 0 | ( 0 0 0 1 ) co = cos a si = sin a

Forgatás az X és az Y tengely körül Rx = (1 0 0 0) |0 co –si 0| |0 si co 0| (0 0 0 1) Ry = (co 0 –si 0) |0 1 0 0| |si 0 co 0| ( 0 0 0 1) co = cos a si = sin a x’ = x y’ = y  cos a - z  sin a z’ = y  sin a + z  cos a illetve: x’ = x  cos a – z  sin a y’ = y z’ = x  sin a + z  cos a egyazon tengely körüli forgatások kommutatív csoportot alkotnak

Forgatás és eltolás egymásutánja (R  T) ≠ (T  R) ! Egy pont: P(1,1) egy forgatás: R (-900) (CLW) egy eltolás: T(1,1) T  P = (2,2); R  (T  P ) = (2,-2) R  P = (1,-1); T (R  P ) = (2,0)

Forgatások a térben az origón átmenő (ferde) tengely körül: X’ = R*  X = [ (R z-1  R x-1)  R y (a)  (R x  R z) ]  X A ferde tengely (a terem sarkán át) 1. a Z körül a ZY síkba : R z 2. itt az X körül az Y-tengelybe : R x 3. Az Y körül a kívánt forgatást: R y (a) 4-5. Végül az 1.-2. fordítottját (fordított sorrendben). X Y Z

Forgatások a térben - 2 Forgatás tetszőleges tengely körül. A tengely (egy pontját) eltoljuk O-ba: T és ekörül forgunk (mint előbb): R*(a) Végül az eltolás fordítottja: X’ = (T-1  R*(a)  T)  X Transzformációk megadása: szemléletes elemi geometria transzformációk sorozatával !!

Egyszerű. aff.: Áttérés új KR-re; báziscsere KR-transzformáció egy új KR tengelyirányai: u, v, w egységvektorok. X’ = B  X B = (ux uy uz 0) x’ = uxx + uyy + uzz |vx vy vz 0| y’ = vxx + vyy + vzz |wx wy wz 0| z’ = wxx + wyy + wzz ( 0 0 0 1) Az origó áthelyezésével a ( cx, cy, cz) pontba: X’ = ( T(-cx, -cy, -cz)  B )  X

Egysz.aff.: 3. Léptékezés (skálázás) Léptékezés (skálázás) az origóból kiindulva: X’ = S  X S = ( sx 0 0 0 ) x’ = sx  x | 0 sy 0 0 | y’ = sy  y | 0 0 sz 0 | z’ = sz  z ( 0 0 0 1 ) Determinánsa: D = sx  sy  sz ; (egyik sem nulla). Egyenletes (izotrop) léptékezés: sx= sy= sz Egyenlőtlen (anizotrop) különben

Tükrözések: si < 0 x’ = -1 · x, y’ = y, z’ = z : tükrözés az YZ síkra. Tükrözések: S(1,1,1) Ha 1 tényező negatív: tükrözés koordináta-síkra, (det = -1) ha 2 koordináta tengelyre, (det = +1) ha 3 a kezdőpontra. (det = -1) Ha det = -1, a tér irányítása megfordul ! Általános helyzetű tükrözés: X’ = (ÁTHELYEZÉS -1  TÜKRÖZÉS  ÁTHELYEZÉS )  X Mozgatás: eltolások és forgatások; méret és alaktartó

Tengelycsere (A teljesség kedvéért :) Permutációs mátrixok; például: Cyz = ( 1 0 0 0 ) · [ x ] = [ x ] | 0 0 1 0 | | y | | z | | 0 1 0 0 | | z | | y | ( 0 0 0 1 ) [1 ] [ 1] az Y és Z tengelyt fölcseréli determinánsa = -1 !!!

Egysz.aff.: 4. Nyírás Merev test alakjának változása terhelés hatására. Az „elcsúszó kártyacsomag” Az XZ síkkal párhuzamosan, X irányban, az y összetevővel arányos nyírás: x’ = x + a  y ; X’ = Nxy  X; Nxy = ( 1 a 0 0 ) y’ = y | 0 1 0 0 | z’ = z | 0 0 1 0 | ( 0 0 0 1 ) Nyírás a tengelyek más szereposztásával: más háromszög mátrix

Az affin transzformációk néhány tulajdonsága A baricentrikus koordináták affin-invariánsak: ha valamilyen t-vel: R = (1 - t)  P + t  Q, akkor ugyanezzel : R’= (1 - t)  P’ + t  Q’ (P’, Q’, R’) = A  (P, Q, R) Az egyenes pontjainak osztóviszonya affin-invariáns: (P’Q’R’) = (PQR); (PQR) = PR / RQ; R  Q Párhuzamos szakaszok hossza egyforma arányban változik: P’Q’ / PQ = R’S’ / RS, ha PQ || RS (Különböző irányokban az arány különböző lehet)

Az affin transzformációk osztályozása csoportot alkotnak Alcsoport: hasonlósági transzformációk : T  R  S(s,s,s) Alcsoport: mozgás transzformációk : T  R = egybevágósági transzformációk „Másodfajú” egybevágóság: a tükrözés is. Ha det A = 0: a tér vetítése egy síkra, vagy egyenesre

Elhelyező transzformáció: hasonlóság SKR  VKR; M = T  S  R

Affin transzformáció megadása: 4-4 pont E 3 egy affinitását meghatározza 4 „független” pont és képe. (E 2 -ben 3) „független”: kifeszítik a teret egyik három sem esik egy egyenesbe.

Pl.: Izometria - 4 független pont és képe: {O A B C}  {O’ A’ B’ C’} 0 1 0 0 0 –f f 0 0 0 1 0 0 –g –g h 0 0 0 1 m 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 a = OA = 1, AB = 2 f = AB/2 = 2/2, g = AB (3/2)/3, h = 2g; m = akármi, de  0

A határozatlan együtthatók módszerével- olv: A44  ( O A B C ) := ( O’ A’ B’ C’) ! ( a11 a12 a13 a14 )  ( 0 1 0 0 ) = | a21 a22 a23 a24 | | 0 0 1 0 | | a31 a32 a33 a34 | | 0 0 0 1 | ( 0 0 0 1 ) ( 1 1 1 1 ) = ( a14 a11+a14 a12+a14 a13+a14 ) := ( 0 –f f 0 ) | a24 a21+a24 a22+a24 a23+a24 | | 0 –g –g h | | a34 a31+a34 a32+a34 a33+a34 | | m 0 0 0 | ( 1 1 1 1 ) ( 1 1 1 1 ) 3 x 4 = 12 egyenlet, 12 ismeretlen: aik Van megoldás, ha det A44  0 (ha független pontok)