题目
三维变换的变换矩阵和二维变换的矩阵相同.
三维变换的变换矩阵和二维变换的矩阵相同.
题目解答
答案
F
解析
考查要点:本题主要考查学生对二维变换矩阵与三维变换矩阵区别的理解,重点在于掌握不同维度变换矩阵的结构差异。
解题核心思路:
- 维度决定矩阵大小:二维变换矩阵是$2 \times 2$,三维变换矩阵是$3 \times 3$,矩阵大小不同。
- 变换作用对象不同:二维矩阵作用于平面坐标$(x, y)$,三维矩阵作用于空间坐标$(x, y, z)$,需额外处理第三个维度。
- 变换类型扩展:三维变换包含更多类型(如绕不同轴的旋转、三维缩放),需更大矩阵表示。
破题关键点:
- 直接对比矩阵维度:若维度不同,则矩阵必然不同。
- 理解三维矩阵的结构:三维矩阵包含二维矩阵的子部分,但扩展了第三维的控制项。
三维变换矩阵与二维变换矩阵的本质区别:
-
矩阵维度不同
- 二维变换矩阵:大小为$2 \times 2$,例如旋转矩阵:
$\begin{pmatrix} \cosθ & -\sinθ \\ \sinθ & \cosθ \end{pmatrix}$ - 三维变换矩阵:大小为$3 \times 3$,例如绕$z$轴旋转矩阵:
$\begin{pmatrix} \cosθ & -\sinθ & 0 \\ \sinθ & \cosθ & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$
关键差异:三维矩阵多一行、一列,用于处理$z$轴坐标。
- 二维变换矩阵:大小为$2 \times 2$,例如旋转矩阵:
-
变换作用范围不同
- 二维矩阵仅改变$x$和$y$坐标,无法表示$z$轴操作。
- 三维矩阵可同时操作$x$、$y$、$z$三个坐标,例如三维缩放矩阵:
$\begin{pmatrix} s_x & 0 & 0 \\ 0 & s_y & 0 \\ 0 & 0 & s_z \end{pmatrix}$
其中$s_z$是三维独有的缩放因子。
-
变换类型扩展
- 三维变换包含更多自由度(如绕不同轴的旋转),需更多元素描述。
- 二维变换无法直接表示三维空间中的倾斜、投影等操作。
结论:三维变换矩阵与二维变换矩阵在维度、结构、功能上均不同,因此题目说法错误。