二維座標系的轉換

2021-09-18 07:34:26 字數 1588 閱讀 8751

二維座標系的變換分為旋轉變換和平移變換。

一、旋轉變換

假設已知基座標係xoy中的一點p(x,y),座標原點為o,繞點o旋轉θ,可以求得點p在新座標系x'oy'中座標值(x',y'),如下圖所示:

求解x'和y'的關鍵是堅持用已知的邊做斜邊來求解,結合上圖利用三角函式可以求得:

x'=x·cos(θ)+y·sin(θ)

y'=y·cos(θ)-x·sin(θ)

那麼點p在x'oy'中的座標值為(x',y')。

同理如果知道p點在座標系x'oy'中的座標(x',y'),可以求得點p在基座標係xoy中的座標值:

x=x'·cos(-θ)+y'·sin(-θ)

y=y'·cos(-θ)-x'·sin(-θ)

通過上述兩個算式可以知道:已知乙個點p在乙個座標系中的座標值(x,y),那麼把座標系繞座標原點旋轉θ以後,點p在新座標系中的座標值x'和y'分別為:

x'=x·cos(θ)+y·sin(θ)

y'=y·cos(θ)-x·sin(θ)

繞座標原點逆時針旋轉θ,上式θ值為正,順時針旋轉θ,上式θ值為負。

二、平移變換

已知基座標係xoy,把座標系平移(a,b)得到乙個新的座標系x'o'y',如果基座標係中一點p(x,y),跟隨座標系一起平移,那麼此時p點在基座標係xoy中的座標為(x+a,y+b)。

根據向量加法可以求得:

op=oo'+o'p'=t+o'p'

所以向量op'的座標為(x+a,y+b)。

三、旋轉平移變換

旋轉平移變換是以上兩種情況的疊加,已知旋轉平移後的座標系x'o'y'中的一點p'(x',y'),求p'在基座標係中的座標值:

可以先求出p'在座標系xo'y中的座標值,x'o'y'順時針旋轉θ(此時θ應取負值)可以變換為座標系xo'y,然後座標系xo'y經過平移(-a,-b)可以變換為座標系xoy,至此可以求出座標系x'o'y'中的一點p'(x',y')在基座標係xoy中的座標值x,y分別為:

x=x'·cos(θ)+y'·sin(θ)+a

y=y'·cos(θ)-x'·sin(θ)+b

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