3D數學學習筆記——笛卡爾坐標系


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1.3D數學是一門和計算機幾何相關的學科。計算幾何則是研究用數值方法解決幾何問題的學科。

3D數學解說怎樣在3D空間中准確度量位置距離角度

 

2.在3D數學里使用最廣泛的度量體系是笛卡爾坐標系統。(笛卡爾數學由法國數學家Rene Descartes發明,並以他的名字命名)

 

3.關於數的類型:實數包括有理數無理數(假設用小數表示小數后面有無窮多位)。

    實數數學被非常多人覺得是數學中最重要的領域之中的一個,由於它是project學的基礎,人類使用實數創建了文明。

  最酷的事情是有理數可數。而實數不可數。研究自然數和整數的領域稱作離散數學,研究實數的領域稱作連續數學

(很多物理學家們都覺得:實數僅僅是一種錯覺,由於宇宙是離散和有限的。)

 

4.c++提供的多種數據類型來描寫敘述3D虛擬世界。包含short,int,float和double。

   short是16位整數。能夠代表65536個不同的數值,盡管這個數非常大,可是量度現實世界還是遠遠不夠的。

  int是32位整數。能夠代表4,294,967,296個不同的數值。

  float是32位有理數,能夠代表4,294,967,296個數值。

  double是64位有理數,與float類似。

 

5.為虛擬世界選擇度量單位的關鍵是選擇離散的精度。

有一種錯誤的觀點覺得short、int是離散的,而float、double是連續的,而實踐上這些數據類型都是離散的。

 

    計算機圖形學第一准則:近似原則 假設它看上去是對的它就是對的。(感覺應該叫計算機實現第一准則—_—!)

 

6.2D笛卡爾坐標系有下面兩點定義:

    A. 每一個2D笛卡爾坐標系都有一個特殊的點。稱作原點(Origin(0,0)),它是坐標系的中心。

   B. 每一個2D笛卡爾坐標系都有兩條過原點的直線向兩邊無限延伸,稱做(axis)。

兩個軸相互垂直。

 

    笛卡爾坐標系特點:

    A. 2D坐標空間是無限伸展的。

  B. 坐標系中的直線沒有寬度,坐標系中每一個點都是坐標系的一部分

 

7.2D笛卡爾坐標系:水平的軸稱作X軸。向右為X軸的正方向,垂直的軸稱作Y軸,向上為Y軸的正方向。這是表示2D坐標系的慣使用方法。

(注意:名詞“水平”和“垂直”實際上並不准確)。

 

8.例如以下圖,不管我們為X軸和Y軸選擇什么方向,總能通過旋轉使X軸向右為正。Y軸向上為正。全部從某種意義上講,全部的2D坐標系都是“等價”的。

 

    ps:這樣的說法對3D坐標系是不成立的。

9.關於2D笛卡爾坐標系的其它一些概念:

    A. 在2D平面中,兩個數(x,y)就能夠定位一個點,且2D坐標的標准表示法就是(x。y)。

   B. (x。y)每個分量都是到對應的軸的有符號距離,x分量表示該點到Y軸的“有符號距離”。相同Y分量表示該點到X軸的“有符號距離”。

   ps:有符號距離是指在某個方向上距離為正,而在相反的方向上距離為負。

 

 

10.3D坐標系:我們須要用3個軸來表示三維坐標系,前兩個軸稱作X軸和Y軸,這類似於2D平面,但並不等同於2D的軸,第3個軸稱作Z軸。(3各軸互相垂直)。

 

11.在3D中定位一個點須要3個數:x,y和z。分別代表該點到yz,xz和xy平面的有符號距離

 

 

12.對於隨意的3D坐標系。通過旋轉我們僅僅能使用個軸和目標同樣,第三個軸總是和目標方向相反。

 

       3D坐標系之間不一定是等價的。

實際上,存在兩種全然不同的3D坐標系:左手坐標系和右手坐標系。假設同屬於左手坐標系或右手坐標系。則能夠通過旋轉來重合,否則不能夠。

 

        

 

    左手坐標系和右手坐標系沒有好壞之分,在不同的研究領域和不同的背景下,人們會選擇不同的坐標系。假設運用某種技術結果不正確。那么非常可能是弄錯了坐標系類型

   ps:以后筆記里使用的都是左手坐標系。也就是左圖中的坐標系。(本人剛好是左撇子,嘿嘿—_—!)。

 

   參考文獻:(1)《3D Math Primer for Graphics and Game Development》

           (2)百度百科

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