Loading [MathJax]/jax/output/CommonHTML/jax.js

вторник, 2 ноября 2021 г.

Композиция проективных преобразований

Если к результату проективного преобразования мы применим второе, также проективное преобразование, то какое преобразование мы получим в результате? Попробуем разобраться.

Пусть первое преобразование задается коэффициентами aij: {x=a11x+a12y+a13a31x+a32y+1y=a21x+a22y+a23a31x+a32y+1 И пусть второе преобразование задается коэффициентами bij: {x=b11x+b12y+b13b31x+b32y+1y=b21x+b22y+b23b31x+b32y+1 Представим первое преобразование в виде дробей: {x=CxCzy=CyCz x=b11CxCz+b12CyCz+b13b31CxCz+b32CyCz+1y=b21CxCz+b22CyCz+b23b31CxCz+b32CyCz+1 В числителях и знаменателях мы можем домножить на Cz, поскольку эта величина не бесконечность и не ноль: {x=b11Cx+b12Cy+b13Czb31Cx+b32Cy+Czy=b21Cx+b22Cy+b23Czb31Cx+b32Cy+Cz Поскольку величины Cx, Cy и Cz есть линейные формы от x и y, то числители и знаменатели полученных дробей также есть линейные формы от x и y. Следовательно, композиция двух проективных преобразований есть также проективное преобразование.

Теперь раскроем выражения для x и y полностью: x=(b11a11x+b11a12y+b11a13++b12a21x+b12a22y+b12a23++b13a31x+b13a32y+b13)/Cz y=(b21a11x+b21a12y+b21a13++b22a21x+b22a22y+b22a23++b23a31x+b23a32y+b23)/Cz Cz=b31a11x+b31a12y+b31a13++b32a21x+b32a22y+b32a23++a31x+a32y+1 Поскольку это преобразование является проективным, мы можем его представить в предположительном виде: {x=c11x+c12y+c13c31x+c32y+1y=c21x+c22y+c23c31x+c32y+1 Соответственно, коэффициенты cij выражаются через aij и bij: c11=b11a11+b12a21+b13a31c12=b11a12+b12a22+b13a32c13=b11a13+b12a23+b13c21=b21a11+b22a21+b23a31c22=b21a12+b22a22+b23a32c23=b21a13+b22a23+b23c31=b31a11+b32a21+a31c32=b31a12+b32a22+a32c33=b31a13+b32a23+1 Очевидно, что эта система уравнений задает произведение квадратных матриц: C=BA C=(c11c12c13c21c22c23c31c32c33) B=(b11b12b13b21b22b23b31b321) A=(a11a12a13a21a22a23a31a321) Если исходные преобразования A и B были каноническими и имели единицу в правом нижнем элементе a33=b33=1 то композиция двух канонических проективных преобразований уже не является каноническим преобразованием. Для приведения к каноническому виду все коэффициенты cij нужно поделить на c33: c33=b31a13+b32a23+1 Соответственно, каноническое представление композиции двух канонических проективных преобразований невозможно, если выполняется равенство: b31a13+b32a23=1 Но, если оставаться в неканонических представлениях, в которых a331 b331 то композиция таких преобразований в неканонической форме также всегда существует как неканоническое проективное, достаточно найти произведение матриц из исходных коэффициентов.

Теперь сравним проективное преобразование и аффинное: {x=a11x+a12y+a131y=a21x+a22y+a231 В таком представлении аффинное преобразование выглядит как проективное и при этом каноническое, как если бы мы приравняли a31=a32=0 То есть, вообще говоря, аффинное преобразование есть частный случай проективного и аффинное преобразование всегда можно представить как проективное.

Если есть два аффинных преобразования, заданных коэффициентами aij и bij соответственно, то оба их произведения есть не только каноническое проективное преобразование, но также оно является и аффинным.

А именно, вопрос стоит в том, чему равно значение выражения b31a13+b32a23 для случая произведения BA и чему равно a31b13+a32b23 для случая произведения AB.

Поскольку для аффинного преобразования (а по условию здесь оба аффинные) знаменатели равны единице, то a31=a32=b31=b32=0 И, соответственно, оба вышеприведенные выражения не равны -1. Следовательно, каноническое представление результата композиции преобразования существует.

Если традиционно аффинное преобразование представляется в виде сложения и умножения (xy)=(a11a12a21a22)(xy)+(a13a23) то в дополненном варианте оно представимо в виде одного умножения: (xy1)=(a11a12a13a21a22a23001)(xy1) И здесь матрица умножаемая на дополненный вектор и есть матрица коэффициентов проективного преобразования, соответствующего исходному аффинному.

Соответственно, если матрица в нижней строке состоит не из нулей и единицы, то вместо дополненной единицы в результате окажется некая неконстантная величина: (xyz) Но эта величина не есть величина того же рода и рода, что и координаты x и y, поскольку справа всегда на её месте стоит единица (в дополненном варианте). Но, тем не менее, именно такие дополненные координаты и называют однородными координатами проективного преобразования.

Комментариев нет:

Отправить комментарий