2D Transformations - Các phép biến đổi 2D

2D TransformationsCác phép biến đổi 2D1Bản chất của phép biến đổi hình học là thay đổi vị trí của đối tượng, làm thay đổi đối tượng về hướng, kích thước, hình dạng.Hai phương pháp để biến đổi hình học:Biến đổi đối tượng: thay đổi tọa độ của đối tượng.Biến đổi hệ tọa độ: tạo hệ tọa độ mới và tất cả đối tượng sẽ được chuyển về hệ tọa độ mới.Các phép biến đổi hình học cơ bản: tịnh tiến, quay, biến đổi tỉ lệ, biến dạng.Giới thiệu2Một phép biến đổi là một ánh xạ T:Phép biến đổi hình họcP(x,y)Q(x’,y’)3Phép biến đổi Affine là phép biến đổi với f(x,y) và g(x,y) là 2 hàm tuyến tính:Biểu diễn phép biến đổi Affine dưới dạng ma trận:Thông thường, chúng ta chỉ khảo sát phép biến Affine nên ta thường dùng thuật ngữ phép biến đổi để ngụ ý là phép biến đổi Affine.Phép biến đổi hình học (cont.)4Phép tịnh tiến dùng để dịch chuyển đối tượng từ vị trí này sang vị trí khác.Phép tịnh tiến - TranslationtrxtryPQ5Gọi tr = (trx , try) là vector tịnh tiến từ điểm P đến điểm Q thì:Ma trận biến đổi của phép tịnh tiến: Phép tịnh tiến (cont.)6Đổi hướng đối tượng.Phép quay gồm có tâm quay C, góc quay α. Biến đổi điểm P thành Q sao cho:P và Q nằm trên đường tròn tâm C, Góc PCQ bằng αDo vị trí của tâm quay nên ta có 2 loại phép quay:Phép quay quanh gốc tọa độPhép quay quanh một tâm bất kìGóc quay theo qui ước chiều dương là ngược chiều kim đồng hồ.Phép quay - Rotation+CαQP7Phép quay một góc α quanh gốc tọa độPQOO8Phép quay một góc α quanh gốc tọa độPhép đối xứng tâm (gốc tọa độ)P và Q đối xứng qua gốc tọa độ. Do đó, phép đối xứng tâm là phép quay quanh gốc tọa độ một góc 1800.=1800PQOO9Phép quay một góc α quanh tâm bất kìPQOC(xc,yc)P’Q’PT(-xc,-yc)P’T(α)Q’T(xc,yc)Q10Ta có thể chứng minh phép quay tâm C(xc, yc) một góc α là kết hợp của các phép biến đổi sau đây:Tịnh tiến theo vector (-xc,-yc) để dịch chuyển tâm quay về gốc tọa độ: P’ = T(-xc, -yc) . PQuay quanh gốc tọa độ một góc : Q’ = T() . P’Tịnh tiến theo vector (xc,yc) để đưa tâm quay về vị trí ban đầu: Q = T(xc,yc) . Q’Kết hợp 3 phép biến đổi trên ta được: Q = T(xc,yc) . T() . T(-xc,-yc) . PNhư vậy, ma trận biến đổi của phép quay tâm bất kì là: Phép quay một góc α quanh tâm bất kì (cont.)11Phép biến đổi tỉ lệ - ScalingCo giản đối tượngsx và sy được gọi là hệ số co giản theo trục x và trục y12Khi sy = 1 thì đối tượng co giản theo trục xKhi sx = 1 thì đối tượng co giản theo trục yPhép biến đổi tỉ lệ (cont.)13Khi sy = sy thì ta gọi đây là phép biến đổi đồng dạng – uniform scaling, bảo toàn tính cân xứng của đối tượng. Nếu sx = sy < 1 thì đây là phép thu nhỏ, ngược lại thì đây là phép phóng to Phép biến đổi tỉ lệ (cont.)Thu nhỏPhóng to14Đối xứng qua trục hoành: Phép biến đổi tỉ lệ (cont.)Phép đối xứng trụcĐối xứng qua trục tung: 15Thay đổi hình dạng của đối tượngPhép biến dạng theo trục x làm thay đổi hoành độ còn tung độ giữ nguyên.Phép biến dạng theo trục y làm thay đổi tung độ còn hoành độ giữ nguyên.Phép biến dạng - Shearing16Phép biến dạng tổng quátPhép biến dạng - Shearing17Bài tậpBiến đổi đối tượng 2DMô tả tính chất hình học của đối tượngTâm, có tọa độ so với hệ tọa độ thực : centerDạng hình học, có dạng đa giác đối xứng qua tâm : pointsMàu sắc : colorcenterpointscolorHệ tọa độ thựcHệ tọa độ đối tượng18Bài tậpBiến đổi đối tượng 2D (cont.)Áp dụng các phép biến đổi trên đối tượngTịnh tiến đối tượng bằng vectơ tr, thực chất là tịnh tiến tâm của đối tượngQuay đối tượng theo góc angle, thực chất là quay các đỉnh của đa giácHệ tọa độ thựctr19Bài tậpBiến đổi đối tượng 2D (cont.)Cấu trúc dữ liệu#define MAXNUMPOINTS 10struct Point2D{ double x, y;};struct Object{ Point2D center; Point2D points[MAXNUMPOINTS]; int numOfPoints; int color; Point2D tr; double angle; // };20Bài tậpBiến đổi đối tượng 2D (cont.)Vẽ đối tượng đối tượng: void drawObject(Object &o);Vẽ đa giác xác định bởi points, lưu ý các điểm points[i] có tọa độ thực là: points[i] + centerĐối tượng được vẽ bằng màu colorTịnh tiến đối tượng: void translateObject(Object &o);Tịnh tiến tâm của đối tượng theo vectơ tịnh tiến : center = center + trLưu ý trường hợp đối tượng vượt khỏi khung nhìn:Tính lại tâm của đối tượngTính lại vectơ tịnh tiếntr21Bài tậpBiến đổi đối tượng 2D (cont.)Quay đối tượng: void roatateObject(Object &o);Quay các đỉnh của đa giác của đối tượng theo theo góc angle : rotatePoints(o.points[i], o.angle);Chương trình chính:Object o;initObject(o);while (!kbhit()){ o.color = CYAN; drawObject(o); delay(50); o.color = BLACK; drawObject(o); translateObject(o); ratateObject(o); // }22