Аффинное преобразование

Аффи́нное преобразование, иногда афинное преобразование[1] (от лат. affinis «соприкасающийся, близкий, смежный») — отображение плоскости или пространства в себя, при котором параллельные прямые переходят в параллельные прямые, пересекающиеся — в пересекающиеся, скрещивающиеся — в скрещивающиеся[2].

красный треугольник переходит в синий при аффинном преобразовании , если новые координаты отобразить в прежнем базисе

Определения

Геометрическое

Биекция евклидова пространства или плоскости в себя, отображающая параллельные прямые в параллельные прямые, называется аффинным преобразованием.

Алгебраическое

Аффинное преобразование есть преобразование вида

где  — обратимая матрица и .

Комментарии

  • Заметим, что в геометрическом определении не предполагается непрерывность. Однако непрерывность следует из определения не вполне тривиальным образом. Более того, оба определения равносильны по так называемой основной теореме аффинной геометрии.
  • Заметим, что преобразование является аффинным, если его можно получить следующим образом:
    1. Выбрать «новый» базис пространства с «новым» началом координат ;
    2. Каждой точке пространства поставить в соответствие точку , имеющую те же координаты относительно «новой» системы координат, что и в «старой».

Примеры

Примерами аффинных преобразований являются

Свойства

  • При аффинном преобразовании прямая переходит в прямую.
    • Если размерность пространства , то любое преобразование пространства (то есть биекция пространства на себя), которое переводит прямые в прямые, является аффинным. Это определение используется в аксиоматическом построении аффинной геометрии
  • Аффинные преобразования образуют группу относительно композиции.
  • Любые три точки, не лежащие на одной прямой и их образы соответственно (не лежащие на одной прямой) однозначно задают аффинное преобразование плоскости.

Типы аффинных преобразований

  • Эквиаффинное преобразование — аффинное преобразование, сохраняющее площадь (также сохраняется аффинная длина).
  • Центроаффинное преобразование — аффинное преобразование, сохраняющее начало координат.

Матричное представление

Как и другие проективные преобразования, аффинное преобразование можно записать как матрицу перехода в однородных координатах:

Матричное представление используется, в частности, для записи аффинных преобразований в компьютерной графике. Указанная выше форма используется в OpenGL[3]; в DirectX (где координаты представляются в виде матриц 1×4) она транспонирована[4].

Вариации и обобщения

  • В приведённом выше определении аффинного преобразования можно использовать любое поле, а не только поле вещественных чисел .
  • Отображение между метрическими пространствами называется аффинным, если оно переводит геодезические в геодезические (с учётом параметризации).
  • Аффинные преобразования пространства являются частным случаем проективных преобразований того же пространства. В свою очередь, проективные преобразования пространства можно представить как аффинные преобразования пространства .

См. также

Примечания

  1. Каган В.Ф. Основы теории поверхностей в тензорном изложении. Рипол-классик, 2013. — 518 с. — ISBN 9785458491099.
  2. И. М. Виноградов. Аффинное преобразование // Математическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. — 1977—1985.
  3. OpenGL Transformation (англ.). Дата обращения: 4 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  4. Transforms (Direct3D 9) (англ.). Дата обращения: 4 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.