二维图形几何变换课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,4,章 图形变换,(,二维,),提出问题：,如何对二维图形进行方向、尺寸和形状方面的变换,如何方便地实现在显示设备上对二维图形进行观察,第4章 图形变换(二维)提出问题：如何对二维图形进行方向、尺,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。,基本概念,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,二维图形几何变换,平移变换,旋转变换,比例变换,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,二维图形几何变换平移变换 基本几何变换都是相对于坐标原点,二维变换矩阵,T1：,比例、旋转、对称、错切,T2：,平移,T3：,投影,T4：,整体缩放,T1,T3,T2,T4,二维变换矩阵T1：比例、旋转、对称、错切T1T3T2T4,平移是一种不产生变形而移动物体的刚体变换（,rigid-body transformation）,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-bod,T,x,，T,y,称为平移矢量,推导：,矩阵：,平移变换,x=x+Tx,y=y+Ty,Tx，Ty称为平移矢量推导：平移变换x=x+Tx,y=y,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,S,x,倍，沿,y,方向放缩,S,y,倍。其中,S,x,和,S,y,称为比例系数。,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,推导：,矩阵：,比例变换,x=Sx*X,y=Sy*Y,推导：比例变换x=Sx*X,y=Sy*Y,比例变换,比例变换,整体比例变换：,比例变换,问题：,S1,时缩还是放？,x y 1=x y s=x/s y/s s/s,整体比例变换：比例变换问题：S1时缩还是放？x y,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。,X = rcos(a+),=,rcosa,cos-,rsina,sin,= x cos -y sin,y= rsin(a+),=,rcosa,sin+,rsina,cos,= x sin +y cos,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,推导：,矩阵：逆时针旋转,角,顺时针旋转,角?,旋转变换,X = rcos(a+),=,rcosa,cos-,rsina,sin,= x cos -y sin,y= rsin(a+),=,rcosa,sin+,rsina,cos,= x sin +y cos,推导：顺时针旋转角?旋转变换y= rsin(a+),简化计算（,很小）,旋转变换,简化计算（很小）旋转变换,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。,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。,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。,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,对称变换,(1)关于x轴对称对称变换,(2)关于,y,轴对称,对称变换,(2)关于y轴对称对称变换,(3)关于原点对称,对称变换,(3)关于原点对称对称变换,(4)关于,y=x,轴对称,对称变换,(4)关于y=x轴对称对称变换,(5)关于,y=-x,轴对称,对称变换,(5)关于y=-x轴对称对称变换,错切变换,错切变换，也称为剪切、错位变换，用于产生弹性物体的变形处理。,错切变换 错切变换，也称为剪切、错位变换，用于产生弹性物,其变换矩阵为：,(1)沿,x,方向错切,(2)沿,y,方向错切,(3)两个方向错切,错切变换,其变换矩阵为： (1)沿x方向错切错切变换,二维图形几何变换的计算,几何变换均可表示成,P = P * T,的形式：,1. 点的变换,2. 直线的变换,3. 多边形的变换,4. 曲线的变换,二维图形几何变换的计算几何变换均可表示成 P = P *,4.1.3,复合变换,复合变换是指：,图形作一次以上的几何变换，变换结果是每次的变换矩阵相乘。,任何一复杂的几何变换都可以看作基本几何变换的组合形式。,复合变换具有形式：,4.1.3 复合变换复合变换是指：,6.3.1 二维复合平移,两个连续平移是加性的。,6.3.2 二维复合比例,连续比例变换是相乘的。,6.3.3 二维复合旋转,两个连续旋转是相加的。可写为：,4.1.3,复合变换,6.3.1 二维复合平移4.1.3 复合变换,其它二维复合变换,4.1.3,复合变换,其它二维复合变换4.1.3 复合变换,6.3.5 相对任一参考点的二维几何变换,相对某个参考点(,x,F,y,F,),作二维几何变换，其变换过程为：,(1) 平移,(2) 针对原点进行二维几何变换。,(3) 反平移,复合变换,x,y,F(x,F,y,F,),o,P,P,6.3.5 相对任一参考点的二维几何变换相对某个参考点(xF,相对任一参考点的二维几何变换,例1. 相对点(,x,F,y,F,),的旋转变换,x,y,F(x,F,y,F,),o,P,x,y,o,P,P,x,y,o,P,P,Tx,Ty,Tx=-,x,F,Ty=-,y,F,x,y,o,P,Tx,Ty,Tx=,x,F,Ty=,y,F,P,相对任一参考点的二维几何变换例1. 相对点(xF,yF)的旋,相对任意方向的二维几何变换,相对任意方向作二维几何变换，其变换的过程是：,(1) 旋转变换,(2) 针对坐标轴进行二维几何变换；,(3) 反向旋转,例3. 相对直线,y=x,的反射变换,复合变换,相对任意方向的二维几何变换 相对任意方向作二维几何变换，,例4. 将正方形,ABCO,各点沿图6-8所示的(0,0)(1,1)方向进行拉伸，结果为如图所示的，写出其变换矩阵和变换过程。,复合变换,例4. 将正方形ABCO各点沿图6-8所示的(0,0)(,坐标系之间的变换,问题：,复合变换,坐标系之间的变换问题：复合变换,分析：,坐标系之间的变换,分析：坐标系之间的变换,可以分两步进行：,坐标系之间的变换,可以分两步进行：坐标系之间的变换,于是：,坐标系之间的变换,于是：坐标系之间的变换,光栅变换,直接对帧缓存中象素点进行操作的变换称为光栅变换。,光栅平移变换：,光栅变换直接对帧缓存中象素点进行操作的变换称为光栅变换。,90、180和270的光栅旋转变换：,光栅变换,阵列每个象素值颠倒,交换行与列,a11 a12 a13,a21 a22 a23,a13 a12 a11,a23 a22 a21,a13 a23,a12 a22,a11 a21,a13 a23,a12 a22,a11 a21,90、180和270的光栅旋转变换： 光栅变换阵列每,光栅变换,90、180和270的光栅旋转变换：,a11 a12 a13,a21 a22 a23,a23 a22 a21,a13 a12 a11,阵列每个象素值颠倒,将行序颠倒,a13 a12 a11,a23 a22 a21,a23 a22 a21,a13 a12 a11,光栅变换90、180和270的光栅旋转变换： a11,任意角度的光栅旋转变换：,光栅变换,Gray(A)=, ,Gray(i),A,在,i,上的覆盖率(,Gray(x),表示某点的灰度等级),i=1,n,Gray(A)=Gray(1),A,在,1,上的覆盖率,+,Gray(2),A,在,2,上的覆盖率,+,Gray(3),A,在,3,上的覆盖率,任意角度的光栅旋转变换： 光栅变换Gray(A)= G,光栅比例变换：,光栅变换,1,2,3,4,1,2, ,Gray(i),S,i,i=1,n,Gray(A)=,S,i,i=1,n,G=(G1+G2+G3+G4)/4,G=(G1,S1 + G2,S2,)/(S1 + S2),光栅比例变换： 光栅变换123412 Gray(i),变换的性质,仿射变换具有平行线不变性和有限点数目的不变性,平移、比例、旋转、错切和反射等变换均是二维仿射变换的特例，反过来，任何常用的二维仿射变换总可以表示为这五种变换的复合。,二维仿射变换是具有如下形式的二维坐标变换：,变换的性质仿射变换具有平行线不变性和有限点数目的不变性二维仿,二维几何变换具有如下一些性质：,直线的中点不变性；,平行直线不变性；,相交不变性；,仅包含旋转、平移和反射的仿射变换维持角度和长度的不变性；,比例变化可改变图形的大小和形状；,错切变化引起图形角度关系的改变，甚至导致图形发生畸变。,变换的性质,二维几何变换具有如下一些性质：直线的中点不变性；变换的性质,