Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020

Podobné dokumenty
Operačná analýza 2

1. KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1. Nájdite výsledok operácie v tvare x+yi, kde x, y R. a i (5 2i)(4 i) b. i(1 + i)(1 i)(1 + 2i)(1 2i) (1 7i) c. (2+3i) a+bi d

Katedra matematiky Fakulty humanitných a prírodných vied Prešovskej univerzity v Prešove ZOBRAZENIA a KUŽEĽOSEČKY Doc. RNDr.Ján Duplák, PhD. 2005

8 Cvičenie 1.1 Dokážte, že pre ľubovoľné body X, Y, Z platí X + Y Z = Z + Y X. 1.2 Dokážte, že pre ľubovoľné body A, B, D, E, F, G afinného priestoru

9. kapitola Maticová algebra II systém lineárnych rovníc, Frobeniova veta, Gaussova eliminačná metóda, determinanty 1. Systém lineárnych rovníc Systém

2.5. Dotyčnica krivky, dotykový kužeľ. Nech f je krivka a nech P V (f) (t.j. m P (f) 1). Ak m P (f) = r a l je taká priamka, že I P (f, l) > r, potom

1 Matematika 2 Lineárna algebra Úvod Prehl ad. Tieto poznámky obsahujú podklady k prednáške Matematika 2 na špecializácii Aplikovaná informatika: jedn

9.1 MOMENTY ZOTRVACNOSTI \(KVADRATICKÉ MOMENTY\) A DEVIACNÝ MOMENT PRIEREZU

Matematika 2 - cast: Funkcia viac premenných

Pokrocilé programovanie XI - Diagonalizácia matíc

Informačná a modelová podpora pre kvantifikáciu prvkov daňovej sústavy SR

Hranoly (11 hodín) September - 17 hodín Opakovanie - 8. ročník (6 hodín) Mesiac Matematika 9. ročník 5 hodín/týždeň 165 hodín/rok Tematický celok Poče

Metrické konštrukcie elipsy Soňa Kudličková, Alžbeta Mackovová Elipsu, ako regulárnu kužeľosečku, môžeme študovať synteticky (konštrukcie bodov elipsy

Úvod do lineárnej algebry Monika Molnárová Prednášky 2006

Axióma výberu

Poznámky k cvičeniu č. 2

Microsoft Word - Final_test_2008.doc

Měření rychlosti zvuku ve vzduchu Mária Čarná Dalibor Javůrek Filip Jareš

Vypracovane otazky k bakalarskym statnicim

(Pom\371cka k p\370\355prav\354 v\375ukov\351 hodiny s podporou Classroom Managementu \(Matematika\))

ŠkVP_MAT

III. Diferenciálny počet funkcie viac premenných (Prezentácia k prednáškam, čast B) Matematická analýza IV (ÚMV/MAN2d/10) RNDr. Lenka Halčinová, PhD.

O možnosti riešenia deformácie zemského povrchu z pohladu metódy konecných prvkov konference pro studenty matematiky

Bariéra, rezonančné tunelovanie Peter Markoš, KF FEI STU February 25, 2008 Typeset by FoilTEX

Online fakturácia

Microsoft Word - Transparencies03.doc

Neineárne programovanie zimný semester 2018/19 M. Trnovská, KAMŠ, FMFI UK 1

Biharmonická rovnica - ciže co spôsobí pridanie jedného laplasiánu

Študent 1. kapitola Maticová algebra I 1.1 Definícia matice V mnohých prípadoch dáta majú štruktúru dvojrozmernej tabuľky, ktorá má m riadkov a n stĺp

Obsah 1 Úvod Predhovor Sylaby a literatúra Základné označenia

gis5 prifuk

Obsah 1 Úvod Predhovor Sylaby a literatúra Grupy a podgrupy 4 2

8

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

BEOSZTÁS KÉSZÍTÉS KÉZIKÖNYV

Obsah 1 Úvod Predhovor Sylaby a literatúra Základné označenia

Numerické riešenie všeobecnej (klasickej) DMPK rovnice.

FYZIKA I Rámcove otázky 1998

MRBT 2014 Projekt M7: Detekce textur Vedoucí: Aleš Jelínek Vypracoval: Dávid Pacura UAMT VUT FEKT

Otázky k štátnej skúške z predmetu didaktika matematiky Prípravy študenta na štátnice - tvorba 14-tich rôznych príprav na vyučovaciu jednotku k temati

Microsoft Word - 06b976f06a0Matice - Uzivatelska Dokumentacia

SK MATEMATICKÁOLYMPIÁDA skmo.sk 2009/ ročník MO Riešenia úloh česko-poľsko-slovenského stretnutia 1. Určte všetky trojice (a, b, c) kladných r

Katalóg cieľových požiadaviek k maturitnej skúške

1-INF-155 Algebra 2 Martin Sleziak 10. februára 2013

Ďalšie vlastnosti goniometrických funkcií

Matematický model činnosti sekvenčného obvodu 7 MATEMATICKÝ MODEL ČINNOSTI SEKVENČNÉHO OBVODU Konečný automat predstavuje matematický model sekvenčnéh

Seriál XXXII.II Mechanika, FYKOS

Microsoft Word - Algoritmy a informatika-priesvitky02.doc

Detail správy a súvisiace prvky Dátum zverejnenia: Verzia: 5 Dátum aktualizácie: Detail správy a súvisiace prvky UPOZORNENIE

Prepis:

Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 Eukleidovské shodnosti v rovině Zbyněk Šír Matematický ústav UK Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 1 / 9

Eukleidovské shodnosti Definice: Zobrazení f : R n R n se nazývá shodné, jestliže pro každé dva body x, y R n platí x y = f(x) f(y). Věta: Shodná zobrazení f : R n R n jsou právě zobrazení tvaru f(x) = A x+p, kde p R n je libovolný vektor a A je matice n n splňující A T A = E. Souřadnice bodů i vektorů bude psát jako sloupcové vektory. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 2 / 9

Důkaz Snadno ověříme, že každné zobrazení g(x) = A x+p, kde A T A = E je shodné. Definujme body O = [0,...,0], E i = [0,..., 0, 1, 0,...,0] pro i = 1,...,n. Mějme dáno nějaké shodné f : R n R n. Vektory E i O tvoří ON bázi a proto i f(e i ) f(o) musí tvořit ON bázi (jednotkovou délku máme přímo a kolmost máme z pravoúhlých trojúhelníků E i E j O). Sestrojme matici A, která má v i-tém sloupečku vektor f(e i ) f(o), ta je tedy orthonormální a definujme vektor p = f(o) a uvažujme shodnost g(x) = A x+p. Existuje inverzní zobrazení g 1 (x) = A T x A T p Zobrazení h = g 1 f zobrazuje body O a E i na sebe (nechává je na místě). Každé takové zobrazení už je identita a v důsledu f g. Předchozí bod plyne z toho, že když mají dva body stejnou vzdálenost od O a (jinou) stejnou vzdálenost od E i, pak už mají stejnou i-tou souřadnici. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 3 / 9

Důsledky předchozí věty Shodná zobrazení jsou prostá. Všechny shodnosti prostoru R n tvoří grupu E(n). Její dimenze (počet stupňů volnosti) je n(n + 1)/2. Lineární zobrazení vektorového prostoru R n do sebe dané maticí A se nazývá asociované lineární zobrazení k f. Bodům, které se zobrazí na sebe říkáme samodružné body f(x) = x. Vlastním směrům asociovaného zobrazení říkáme samodružné směry. Shodné zobrazení nazveme přímé, když det A = 1 a nepřímé, když det A = 1. Reálná vlastní čísla matice A mohou být jen ±1. Přímé shodnosti tvoří podgrupu. Shodná zobrazení, kde A = E tvoří podgrupu posunutí, což je vlastně vektorový prostor R n. Shodná zobrazení, kde p = 0 tvoří podgrupu isometrií vektorového prostoru R n, která se označuje ON(n) a nazývá se ortonormální grupa. Jde o grupu ortonormálních matic. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 4 / 9

Skládání shodných zobrazení Jak se shodná zobrazení vlastně skládají? Mějme f(x) = A x+p a g(x) = B x+q, pak g f(x) = (B A) x+(q+bp). Tedy grupová operace mezi dvojicemi má tvar (B, q) (A, p) = (B A, q+bp). Jedná se o klasický příklad semidirektního součinu Namísto můžeme psát ( x 1 E(n) = ON(n) R n. ) = x = A x+p ( A p 0 1 )( x 1 Skládání a inverze funguje tak jak má. Jedná se o vnoření E(n) do grupy regulárních matic GL(n+1). Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 5 / 9 ).

Shodnosti v rovině Věta: Každá přímá shodnost v R 2 má tvar x a b p x y = b a p y 1 0 0 1 a každá nepřímá shodnost má tvar x a b p x y = b a p y 1 0 0 1 x y 1 x y 1, kde a 2 + b 2 = 1. Důkaz: snadný Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 6 / 9

Jak parametrizovat tuto grupu? Kružnice a 2 + b 2 = 1 se parametrizuje jako a = cosα, b = sinα. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 7 / 9

Jak parametrizovat tuto grupu? Kružnice a 2 + b 2 = 1 se parametrizuje jako a = cosα, b = sinα. Ale lze i racionálně stereografickou projekcí. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 7 / 9

Jak parametrizovat tuto grupu? Kružnice a 2 + b 2 = 1 se parametrizuje jako a = cosα, b = sinα. Ale lze i racionálně stereografickou projekcí. a = 1 t2 2t 1+t2, b = 1+t2, kde t = tan(α/2). Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 7 / 9

Jak parametrizovat tuto grupu? Kružnice a 2 + b 2 = 1 se parametrizuje jako a = cosα, b = sinα. Ale lze i racionálně stereografickou projekcí. a = 1 t2 2t 1+t2, b = 1+t2, kde t = tan(α/2). [0,t] [cosα,sinα] = [ ] 1 t 2 2t 1+t, 2 1+t 2 [ 1, 0] α 2 α Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 7 / 9

Příklady Ověřte, že následující zobrazeníje shodnost reálné roviny a určete samodružné body a směry. x = 3 5 x 4 5 y + 1 (1) y = 4 5 x + 3 y 2. (2) 5 Nalezněte všechny shodnosti, pro které je bod [4, 0] a směry (1, 1) a (1, 1) samodružné. Rovnoměrně animujte přesun objektu v rovině z jedné polohy do druhé. Analyzujte a vykreslete kuželosečku s rovnicí 52x 2 72xy + 73y 2 280x + 290y + 325 = 0. Napište v prostoru rovnice osové souměrnosti podle přímky o parametrickém vyjádření x = 1+t, y = 2 t a z = 3t. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 8 / 9

Klasifikace shodností v rovině Věta: Každá přímá shodnost v R 2 je bud posunutí, nebo otočení. Každá nepřímá shodnost je bud osová souměrnost, nebo posunutá osová souměrnost (směr posunutí je rovnoběžný osou). Důkaz: Určíme jaká mohou být vlastní čísla, vlastní vektory a samodružné body pro přímou shodnost a pro nepřímou shodnost. Zbyněk Šír (MÚ UK) - Geometrie pro počítačovou grafiku - PGR020 9 / 9