如何通俗的解释仿射变换?

摘要:
2仿射变换仿射变换从几何角度看只有两点:变换前是直的,变换后仍然是直的。直线的比例不变,所以原点不变。在上一节中,我们说过线性变换是通过矩阵乘法实现的,而仿射变换不能单独通过矩阵乘法来实现,但也需要加法。因为我们将仿射变换表示为:2.2通过线性变换完成仿射变换。这对我来说是一个非常美丽的地方:你是什么意思?

原文地址:https://www.matongxue.com/madocs/244.html

简单来说,“仿射变换”就是:“线性变换”+“平移”。
先看什么是线性变换?

1 线性变换

线性变换从几何直观有三个要点:
  • 变换前是直线的,变换后依然是直线
  • 直线比例保持不变
  • 变换前是原点的,变换后依然是原点
比如说旋转:
比如说推移:
这两个叠加也是线性变换:
自己动手试一下(观察下是否符合之前的三个要求):
Graphics
Created with GeoGebra
1.1 代数
简单讲一下旋转是怎么实现的,可以让我们进一步了解代数是怎么描述线性变换的。
你可以手动操作下,会发现旋转矩阵在不断变化(为了方便观察旋转,我标记出一个顶点):
Graphics
Created with GeoGebra
总结下来,线性变换是通过矩阵乘法来实现的。

2 仿射变换

仿射变换从几何直观只有两个要点:
  • 变换前是直线的,变换后依然是直线
  • 直线比例保持不变
少了原点保持不变这一条。
比如平移:
因此,平移不再是线性变化了,而是仿射变化。
2.1 代数
我们来看下仿射变换是怎么用代数来表示的。
上一节我们说了,线性变换是通过矩阵乘法来实现的,仿射变换不能光通过矩阵乘法来实现,还得有加法。
因为我们表示仿射变换为:
vec{y}=Avec{x}+vec{b}
2.2 通过线性变换来完成仿射变换
这是我觉得非常优美的一个地方:
什么意思?继续举例子:
这样我就可以在三维空间下通过egin{bmatrix}A&vec{b}\0&1end{bmatrix}这个线性变换来操作z=1平面上的二维正方形,完成仿射变换:
自己动手操作一下:
Graphics
Created with GeoGebra
我们平移到需要的位置的时候:
如果还有没有清楚的地方,可以结合之前的描述,看一下维基百科“仿射变换”词条里的一个gif动图,非常生动的表明了这一过程:

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