试推导把二维平面上的任一条直线p1(x1,y1)、p2(x2,y2)变换成与y坐标轴重合的变换矩阵。
时间: 2024-10-16 11:20:59 浏览: 60
在二维平面上,如果我们想将任意一条由两点P1(x1, y1)和P2(x2, y2)确定的直线变换到与y轴平行的位置,首先我们需要确定这条直线的斜率k,它等于(y2 - y1) / (x2 - x1)。如果斜率为0,则直线就是y轴本身,不需要变换;若斜率不为0,我们可以将其变换为垂直于原方向的新坐标系。
新坐标系的x'轴保持不变,而y'轴则沿着原直线的负垂线方向(因为我们要让y'轴与y轴重合,所以垂线需要是负的)。假设直线与x轴正方向之间的角度为θ,那么tan(θ) = k。
为了找到变换矩阵,我们首先做旋转,即绕原点逆时针旋转90度减去θ,然后做缩放和平移。旋转矩阵R(-θ)是:
```
[cos(-θ), -sin(-θ)]
[sin(-θ), cos(-θ)]
```
由于我们在新的坐标系中,y'轴长度变为原来的|k|,x'轴长度不变,所以缩放矩阵S是:
```
[1, 0]
[0, |k|]
```
最后,加上平移矩阵T(-x1, y1),使得原点(0,0)映射到新坐标系的原点:
```
[1, 0, -x1]
[0, 1, y1]
```
将这三部分矩阵相乘,我们得到最终的变换矩阵M:
```
[cos(-θ), -sin(-θ), -x1*cos(-θ) + y1*sin(-θ)]
[sin(-θ), cos(-θ), -x1*sin(-θ) + y1*cos(-θ)]
[ 0, |k|, |k|x1 - y1]
```
这就是将直线变换到与y坐标轴重合的变换矩阵。需要注意的是,如果k == 0,上述旋转部分就不适用了,直接取缩放和平移矩阵即可。
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