根据三维点坐标计算变换矩阵
时间: 2023-09-30 18:05:50 浏览: 270
要根据三维点坐标计算变换矩阵,需要知道变换前后的坐标系之间的关系。如果已知变换前后每个点的坐标,可以通过最小二乘法求解变换矩阵。
设变换前的三维点坐标为P1(x1, y1, z1),变换后的三维点坐标为P2(x2, y2, z2),变换矩阵为M,那么可以写出如下方程组:
P1 * M = P2
其中,P1和P2都是3x1的矩阵,M是3x3的矩阵。由于方程组中有3个未知数(M的9个元素),至少需要3个点才能求解。
将上面的方程展开,得到以下9个方程:
x1 * m11 + y1 * m21 + z1 * m31 = x2
x1 * m12 + y1 * m22 + z1 * m32 = y2
x1 * m13 + y1 * m23 + z1 * m33 = z2
x1 * m14 + y1 * m24 + z1 * m34 = 1
x2 * m11 + y2 * m21 + z2 * m31 = x1
x2 * m12 + y2 * m22 + z2 * m32 = y1
x2 * m13 + y2 * m23 + z2 * m33 = z1
x2 * m14 + y2 * m24 + z2 * m34 = 1
m44 = 1
对于每个点对,都可以得到上面的9个方程,将它们写成矩阵形式:
| x1 y1 z1 1 0 0 0 0 0 | | m11 | | x2 |
| x2 y2 z2 1 0 0 0 0 0 | | m12 | | y2 |
| x3 y3 z3 1 0 0 0 0 0 | | m13 | | z2 |
| 0 0 0 0 x1 y1 z1 1 0 | | m14 | | 1 |
| 0 0 0 0 x2 y2 z2 1 0 | * | m21 | = | y1 |
| 0 0 0 0 x3 y3 z3 1 0 | | m22 | | z1 |
| 0 0 0 0 0 0 0 0 x1 | | m23 | | 1 |
| 0 0 0 0 0 0 0 0 x2 | | m24 | | 1 |
| 0 0 0 0 0 0 0 0 x3 | | m33 | | 1 |
将所有点对应的方程组组合成一个大的方程组,可以得到一个9x9的矩阵A和一个9x1的矩阵b:
A * M = b
其中,A是一个9x9的矩阵,M是一个3x3的矩阵,b是一个9x1的矩阵。通过最小二乘法,可以求解出M,使得A * M最小化b的平方和。
最终得到的M就是变换矩阵。
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