矩阵旋转变换,就是说给定一个角度和点,我们将点绕着一个坐标轴旋转。在旋转过程中发生变化的总是x,y,z三个坐标里面的其中两个,而不让第三个坐标值变化。这意味着,旋转路径总在三个坐标轴平面中的一个之中:绕 Z 轴的是 XY 面、绕 X 轴的是 YZ 面、绕 Y 轴的是 XZ 面。还有许多复杂的旋转变换可以让你绕任意一个向量旋转,但是眼下我们并不需要讨论这些。
让我们概括地定义这个问题这个问题,看看下面的这个图:

我们想沿着圆圈从(x1,y1)移动到(x2,y2)。也就是说我们让向量(x1,y1)转过 a2 角度。我们假设这个圆的半径是 1。这意味着下列成立:
x1 = cos(a1)
y1 = sin(a1)
x2 = cos(a1+a2)
y2 = sin(a1+a2)
我们用下面的三角恒等式来产生 x2 和 y2 :
cos(a+b) = cos(a)*cos(b) - sin(a)*sin(b)
sin(a+b) = sin(a)*cos(b) + cos(a)*sin(b)
通过面的式子我们可以推导出:
x2 = cos(a1+a2) = cos(a1)*cos(a2) - sin(a1)*sin(a2) = x1*cos(a2) - y1*sin(a2)
y2 = sin(a1+a2) = sin(a1)*cos(a2) + cos(a1)*sin(a2) = y1*cos(a2) + x1*sin(a2)
在上面的图中我们看向 xy 平面,Z 轴指向屏幕内部!如果 X 分量和 Y 分量是四维向量的一部分,那样上面的等式可以写成下面的矩阵形式(不影响 Z 和 W )为:

如果我们想创建一个绕着 X 轴或者绕着 Y 轴的旋转变换矩阵,那么方程基本相同但是矩阵的安排却略有不同!这是绕 X 轴旋转的矩阵:
y1 = cos(a1)
z1 = sin(a1)
y2 = cos(a1+a2)
z2 = sin(a1+a2)
y2 = cos(a1+a2) = cos(a1)*cos(a2) - sin(a1)*sin(a2) = y1*cos(a2) - z1*sin(a2)
z2 = sin(a1+a2) = sin(a1)*cos(a2) + cos(a1)*sin(a2) = z1*cos(a2) + y1*sin(a2)

绕 Y 轴的旋转矩阵为:
z1 = cos(a1)
x1 = sin(a1)
z2 = cos(a1+a2)
x2 = sin(a1+a2)
x2 = sin(a1+a2) = sin(a1)*cos(a2) + cos(a1)*sin(a2) = x1*cos(a2) + z1*sin(a2)
z2 = cos(a1+a2) = cos(a1)*cos(a2) - sin(a1)*sin(a2) = z1*cos(a2) - x1*sin(a2)
