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剪切变换

发布时间:2023-09-16 20:24:22

剪切变换

剪切变换(shear transformation)是空间线性变换之一,是仿射变换的一种原始变换。它指的是类似于四边形不稳定性那种性质,方形变平行四边形,任意一边都可以被拉长的过程。

剪切变换简介

剪切变换(shear transformation)是空间线性变换之一。变换后的新坐标值

如图1(a)所示,相当于原坐标值

经横向剪切。其中

值为剪切常数。剪切变换可以仅是

坐标、或仅是

坐标受横向剪切,也可以是两个坐标同时受横向剪切。仅

坐标受横向剪切时的变换关系如图1(b)所示,取决于下式所示的矩阵乘法运算:

坐标或

坐标受剪切以及

坐标同时受剪切时的变换矩阵分别为:

剪切变换剪切矩阵

从一系列的旋转、平移和缩放变换,我们可以得到任意的仿射变换,但是还有一类非常重要的变换——剪切变换,由于该类变换比较重要,所以我们把它当作基本变换,而不是从其他3类变换推导而来。考虑一个处于原点的立方体,该立方体的各表面对齐于各坐标轴,从正

轴位置看到的视图如图2所示。如果把顶面向右拉而底面向左拉,会得到一个沿

轴方向剪切的对象。由于

轴和

轴方向都不受剪切影响,因此称该剪切变换为

轴剪切,以区别于其他方向的剪切变换。利用图3中简单的三角几何关系,我们发现可以用角度

来表示剪切变换的特性。该剪切变换方程为:

从上述3个方程,得到剪切变换矩阵为:

如果沿着相反方向进行剪切变换,则得到剪切的逆变换,因此有

剪切变换通用的3D剪切矩阵

在3D环境下,对象可沿任一坐标轴、任一坐标平面或二者组合实现剪切变换。通用的3D剪切矩阵如下所示:

其中包含了6个剪切参数。该矩阵作用于某一顶点坐标后的效果如下所示:

下面的示例显示了沿

轴方向上的剪切变换且

对应的矩阵可表示为:

亦即,根据式(1),

。图4显示了一个位于原点处的单位立方体经剪切变换后的效果。

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