反射矩阵(reflection matrix)推导

设平面为(nx,ny,nz,d),则以此平面为镜面的列主序反射矩阵如下:

推导如下:

一,平台的表示:

如图所示,过点p,法向量为n的平面,可表示为:

np+d=0

其中d为平面到原点的有向距离。如果平面面向原点,则d为正,如果平面背向原点,则d为负。

于是平面可以表示为四维向量(nx,ny,nz,d)。

二,reflection matrix推导:

如图平面为np+d=0,Q为空间任一点,Q‘为Q在平面上的投影,Q‘‘为Q关于平面的对称点,有如下关系:

r=Q-p

a=(rn)n

b=r-a

c=-a

Q‘=p+b

Q‘‘=Q‘+c

np+d=0

综合以上各式,得:

Q‘‘=Q-2(Qn+d)n

写成分量形式即:

Q‘‘x=Qx-2(Qx*nx+Qy*ny+Qz*nz+d)*nx

Q‘‘y=Qy-2(Qx*nx+Qy*ny+Qz*nz+d)*ny

Q‘‘z=Qz-2(Qx*nx+Qy*ny+Qz*nz+d)*nz

整理得:

Q‘‘x=Qx(1-2nx*nx)+Qy(-2ny*nx)+Qz(-2nz*nx)-2d*nx

Q‘‘y=Qx(-2nx*ny)+Qy(1-2ny*ny)+Qz(-2nz*ny)-2d*ny

Q‘‘z=Qx(-2nx*nz)+Qy(-2ny*nz)+Qz(1-2nz*nz)-2d*nz

写成矩阵形式即:

这样就得到了reflection matrix。

unity standard assets里的Water.cs中有下面一段计算reflection matrix的代码,与上面结果一致:

// Calculates reflection matrix around the given plane
        static void CalculateReflectionMatrix(ref Matrix4x4 reflectionMat, Vector4 plane)
        {
            reflectionMat.m00 = (1F - 2F * plane[0] * plane[0]);
            reflectionMat.m01 = (- 2F * plane[0] * plane[1]);
            reflectionMat.m02 = (- 2F * plane[0] * plane[2]);
            reflectionMat.m03 = (- 2F * plane[3] * plane[0]);

reflectionMat.m10 = (- 2F * plane[1] * plane[0]);
            reflectionMat.m11 = (1F - 2F * plane[1] * plane[1]);
            reflectionMat.m12 = (- 2F * plane[1] * plane[2]);
            reflectionMat.m13 = (- 2F * plane[3] * plane[1]);

reflectionMat.m20 = (- 2F * plane[2] * plane[0]);
            reflectionMat.m21 = (- 2F * plane[2] * plane[1]);
            reflectionMat.m22 = (1F - 2F * plane[2] * plane[2]);
            reflectionMat.m23 = (- 2F * plane[3] * plane[2]);

reflectionMat.m30 = 0F;
            reflectionMat.m31 = 0F;
            reflectionMat.m32 = 0F;
            reflectionMat.m33 = 1F;
        }

参考:http://www.euclideanspace.com/maths/geometry/affine/reflection/matrix/

时间: 2024-10-13 09:23:55

反射矩阵(reflection matrix)推导的相关文章

【Math for ML】矩阵分解(Matrix Decompositions) (上)

I. 行列式(Determinants)和迹(Trace) 1. 行列式(Determinants) 为避免和绝对值符号混淆,本文一般使用\(det(A)\)来表示矩阵\(A\)的行列式.另外这里的\(A∈R^{n×n}\)默认是方阵,因为只有方阵才能计算行列式. 行列式如何计算的就不在这里赘述了,下面简要给出行列式的各种性质和定理. 定理1:当且仅当一个方阵的行列式不为0,则该方阵可逆. 定理2:方阵\(A\)的行列式可沿着某一行或某一列的元素展开,形式如下: 沿着第\(i\)行展开:\[de

矩阵(matrix)

我们定义一个矩阵的权值为这个矩阵四个角上的数值的最小值.现在小M有一个矩阵,他想在这个矩阵中寻找到一个权值最大的子矩阵,请你告诉他这个最大权值.(距形规模最大为2000*2000) 比赛 看到第二题那么大的数据 就他妈不想写了..直接写了个爆搜看第三题,也就是这题..总感觉可以做的感觉,但就是想不出好的办法,爆搜估计也就10分,感觉不大合算,自己写了几组数据,感觉答案一般都会在2*2的矩形里,就直接枚举了2*2的矩形,还怀揣着骗个30~40的分,结果逗比了,0分..标准算法应该是二分答案,将不比

Java反射(Reflection)

基本概念 在Java运行时环境中,对于任意一个类,能否知道这个类有哪些属性和方法?对于任意一个对象,能否调用它的任意一个方法? 答案是肯定的. 这种动态获取类的信息以及动态调用对象的方法的功能来自于Java语言的反射(Reflection)机制. Java反射机制主要提供了以下功能: 1.在运行时判断任意一个对象所属的类. 2.在运行时构造任意一个类的对象. 3.在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法. 4.在运行时调用任意一个对象的方法. 5.在运行时设定任意一个对象的属性值. Refl

Swift - 反射(Reflection)的介绍与使用样例(附KVC介绍)

1,反射(Reflection) 对于C#.Java开发人员来说,肯定都对反射这个概念相当熟悉.所谓反射就是可以动态获取类型.成员信息,同时在运行时(而非编译时)可以动态调用任意方法.属性等行为的特性. 以Java上的两个知名框架(hibernate和spring)为例.hibernate的属性映射就是通过反射来赋值的,spring的bean的创建就是根据配置的class来反射构建的. 2,Objective-C 的 Runtime在使用ObjC开发时很少强调其反射概念,因为ObjC的Runti

OpenGL投影矩阵(Projection Matrix)构造方法

(翻译,图片也来自原文) 一.概述 绝大部分计算机的显示器是二维的(a 2D surface).在OpenGL中一个3D场景需要被投影到屏幕上成为一个2D图像(image).这称为投影变换(参见这或这),需要用到投影矩阵(projection matrix). 首先,投影矩阵会把所有顶点坐标从eye coordinates(观察空间,eye space或view space)变换到裁剪坐标(clip coordinated,属于裁剪空间,clip space).然后,这些裁剪坐标被变换到标准化设

图片变换 矩阵 Bitmap Matrix

Matrix矩阵介绍 在Android中,对图片的处理需要使用到Matrix类,Matrix是一个3 x 3的矩阵,内部就是个一维数组,内部有9个元素:可以通过setValues( float[])进行初始化,通过getValues(float[])拿到当前矩阵的值. 其具体坐标对应的属性为: {MSCALE_X,MSKEW_X,MTRANS_X,  MSKEW_Y, MSCALE_Y,MTRANS_Y,  MPERSP_0,MPERSP_1,MPERSP_2} 比如我想知道现在x方向缩放比例:

51. 顺时针打印矩阵[print matrix in clockwise direction]

[题目] 输入一个矩阵,按照从外向里以顺时针的顺序依次打印出每一个数字. 例如:如果输入如下矩阵: 1            2            3            4 5            6            7            8 9            10          11           12 13          14          15           16 则依次打印出数字1, 2, 3, 4, 8, 12, 16, 15, 14

n*m 矩阵: set matrix zeroes

问题描述 有个 N * M 的矩阵,其中有的元素是 0,如果是 0,那么将该行和该列都设置为0. 需要 O(1) 的空间复杂度 问题分析 初看此问题,确实很简单,没有过多算法内容. 如果有 O( M + N) 的空间,那么可以存储所有的含有 0 的列和行.然后再逐一设置 0 即可. 现在要求是使用 O(1) 的空间复杂度,该如何处理? 问题求解 扫描 (Row >= 1 && Column >= 1) 的元素,如果元素为0,则将第一行和第一列对应的位置设置为0 扫描完矩阵后,所

C# 反射(Reflection)

什么是反射 发射是 .net framework 提供的一个帮助类库,用于读取和使用元数据. 用到的类:System.Reflection,System.Type.System.Type 类对于反射起着核心的作用. 当反射请求加载的类型时,公共语言运行时将为它创建一个 Type. 您可以使用 Type 对象的方法.字段.属性和嵌套类来查找有关该类型的所有信息. 反射优缺点 优点: 1.反射提高了程序的灵活性和扩展性. 2.降低耦合性,提高自适应能力. 3.它允许程序创建和控制任何类的对象,无需提