旋转矩阵的作用:世界坐标变换;求解局部坐标系下的局部坐标

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1、旋转矩阵代表了一个局部坐标系

以下数据以平面直角坐标系为例,三维空间同理
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
上图中,B点为旋转前的点,C点为B点旋转后的对应点(逆时针旋转90°),对应的旋转矩阵为:
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
对坐标轴做相同旋转:
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
我们再对比下旋转矩阵,可以发现旋转后的坐标轴可以在旋转矩阵中找到,其实这个旋转矩阵也表示了一个坐标系,相对于原有的坐标系(世界坐标系),该坐标系为局部坐标系,该坐标系的x轴方向为(0,1),y轴方向为(-1,0),原点为(0,0)。也可以将旋转矩阵视为:
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
x向量表示为x轴方向,y向量表示y轴方向,o表示原点

2、世界坐标变换

矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数

3、求解局部坐标系下的局部坐标

矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
再上图中,我们可以发现C点在x’oy’坐标系(局部坐标系)中的局部坐标为(4,0);
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
在比较下这个图片中B点的坐标,可以发现B点的世界坐标也可以理解为C点在局部坐标系的局部坐标,即:
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
而这个局部坐标系就是旋转矩阵本身,所以我们在已知一点P的世界坐标及旋转矩阵(或局部坐标系)的情况下就可以反求出P点在该局部坐标系下的局部坐标,公式为:
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数

4、缩放、旋转、平移矩阵公式

缩放矩阵
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
(图片引用来自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/144323332)
旋转矩阵
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
(图片引用来自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/183973440)
平移矩阵(4*4)
矩阵 世界坐标变换局部坐标,Cesium,WebGL,矩阵,线性代数
(图片引用来自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/388164543)

为什么平移矩阵是4*4的?因为平移是非线性操作,必须添加一列并且该列不参与线性变换,所以要增加一个维度

5、变换顺序:SRT(缩放-旋转-平移),原因

推荐看这篇文章:https://blog.csdn.net/zsq306650083/article/details/50561857文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-814966.html

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