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].
Определения
Геометрическое
Биекция евклидова пространства или плоскости в себя, отображающая параллельные прямые в параллельные прямые, называется аффинным преобразованием.
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:
- Выбрать «новый» базис пространства с «новым» началом координат ;
- Каждой точке пространства поставить в соответствие точку , имеющую те же координаты относительно «новой» системы координат, что и в «старой».
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
- Способ «резинового листа» (Локально-аффинная трансформация)
Примечания
- Каган В.Ф. Основы теории поверхностей в тензорном изложении. — Рипол-классик, 2013. — 518 с. — ISBN 9785458491099.
- И. М. Виноградов. Аффинное преобразование // Математическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . — 1977—1985.
- OpenGL Transformation (англ.). Дата обращения: 4 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
- Transforms (Direct3D 9) (англ.). Дата обращения: 4 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
Ссылки
- Аффинное преобразование плоскости и его матричное представление
- Ершов А.В. Линейные и аффинные пространства и отображения. М.: МФТИ, 2016. 69 с.