《Practical WPF Charts and Graphics 》翻译——之九

齐次坐标系下的几何变换与组合变换原理
本文深入探讨了齐次坐标系中拉伸、旋转等基本变换的数学表达及其组合变换的特性,解释了如何通过矩阵运算实现连续变换,并详细介绍了如何将变换应用于任意点,以优化图形对象的处理流程。
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齐次坐标系里的拉伸


类似的,拉伸方程(2.1)可以在齐次坐标系里可以表示成


也可以表示成下面这种形式:


就像连续的平移是加法,我们期望连续的拉伸是相乘。给定


和将方程(2.9)带入方程(2.10)得到


前面的方程得到的矩阵结果是


因此,拉伸确实是相乘

反射式拉伸的一种特殊情况,拉伸因子是-1。你可以用拉伸的方式表示一个反射。

齐次坐标系里的旋转

齐次坐标系里的旋转可以表示成


我们可以将方程(2.11)写成


R(θ)是齐次坐标系里的旋转矩阵。你可以期望两个连续的旋转应该是相加。给定


和将方程(2.12)带入方程(2.13)得到


的矩阵结果是


因此,旋转确实是相加。


组合变换

图形应用程序应用不止一个变换到图形对象上很常见。例如,你也许想要先应用一个拉伸变换S,然后应用一个旋转变换R。你可以组合基本的S,T,R矩阵去产生想要的一般变换结果。组合变换的基本目的是通过应用一个组合的变换到一个点上,而不是一个接一个地应用一系列的变换,由此来增加效率。

考虑关于任意点P1的一个对象的旋转。既然你只知道怎么关于原点旋转,你需要将原始的问题转化成一系列分开的问题。因此,为了关于P1旋转,你需要进行一系列基本的变换:

  • 将它平移到原点
  • 旋转到想要的角度
  • 平移使得从原点回到P1

这一系列变换如图2-4,里面一个矩形关于P1(x1,y1)进行了旋转。首先的平移量是(-x1,-y1),后一个平移量是相反的(x1,y1)。结果和仅仅应用旋转有很大的差别。网状的变换如下


图2-4 关于P1旋转一个矩形



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