Autor Tema: Buscar matriz de transformación afín en 3D con solo tres puntos y una recta.

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24 Diciembre, 2020, 05:16 am
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Ainor

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Necesito encontrar la matriz de transformación afín para un transformación en 3D. Para lograrlo solo tengo 3 puntos en ambos sistemas de coordenadas y una recta paralela.
Ejemplo:
Sistema de coordenada \( A \): Tengo \( 3 \) puntos \( A_1, A_2, A_3 \) y la recta \( AP \).
Sistema de coordenada \( B \): Tengo \( 3 \) puntos \( B_1, B_2, B_3 \) y la recta \( BQ \).
Las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

La matriz de transformación debe transformar \( A_1 \) a \( B_1 \), \( A_2 \) a \( B_2 \), \( A_3 \) a \( B_3 \) y las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

Se que para hacer este tipo de transformación en 3D necesito 4 puntos, pero en este caso solo tengo 3 puntos y las rectas.
Entonces:
¿Es posible encontrar una transformación bajo estas condiciones?


24 Diciembre, 2020, 08:45 am
Respuesta #1

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Necesito encontrar la matriz de transformación afín para un transformación en 3D. Para lograrlo solo tengo 3 puntos en ambos sistemas de coordenadas y una recta paralela.
Ejemplo:
Sistema de coordenada \( A \): Tengo \( 3 \) puntos \( A_1, A_2, A_3 \) y la recta \( AP \).
Sistema de coordenada \( B \): Tengo \( 3 \) puntos \( B_1, B_2, B_3 \) y la recta \( BQ \).
Las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

La matriz de transformación debe transformar \( A_1 \) a \( B_1 \), \( A_2 \) a \( B_2 \), \( A_3 \) a \( B_3 \) y las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

Se que para hacer este tipo de transformación en 3D necesito 4 puntos, pero en este caso solo tengo 3 puntos y las rectas.
Entonces:
¿Es posible encontrar una transformación bajo estas condiciones?

Entiendo que es una transformación afín sin más, es decir, no tiene porque se isométrica.

En ese caso hay infinitas soluciones. La transformación afín puede escribirse como:

\( \begin{pmatrix}{x'}\\{y'}\\{z'}\\{1}\end{pmatrix}=\begin{bmatrix}{ }&{ }&{ }&{p}\\{}&{T}&{}&{q}\\{}&{}&{}&{r}\\{0}&{0}&{0}&{1}\end{bmatrix}
\begin{pmatrix}{x}\\{y}\\{z}\\{\color{red}1\color{black}}\end{pmatrix} \)

donde \( T \) es una matriz \( 3\times 3 \) que representa como actúa sobre vectores.

Entonces tiene que cumplirse que lleve los tres puntos \( A_i \) en los tres puntos \( B_i \), y que el vector director de la recta \( AP \) al mutliplicarlo por la matriz \( T \) se transforme en un múltiplo de un vector director de \( BQ \).

Saludos.

CORREGIDO

24 Diciembre, 2020, 09:39 am
Respuesta #2

Ainor

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Hola

Necesito encontrar la matriz de transformación afín para un transformación en 3D. Para lograrlo solo tengo 3 puntos en ambos sistemas de coordenadas y una recta paralela.
Ejemplo:
Sistema de coordenada \( A \): Tengo \( 3 \) puntos \( A_1, A_2, A_3 \) y la recta \( AP \).
Sistema de coordenada \( B \): Tengo \( 3 \) puntos \( B_1, B_2, B_3 \) y la recta \( BQ \).
Las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

La matriz de transformación debe transformar \( A_1 \) a \( B_1 \), \( A_2 \) a \( B_2 \), \( A_3 \) a \( B_3 \) y las rectas \( AP \) y \( BQ \) deben ser paralelas.

Se que para hacer este tipo de transformación en 3D necesito 4 puntos, pero en este caso solo tengo 3 puntos y las rectas.
Entonces:
¿Es posible encontrar una transformación bajo estas condiciones?

Entiendo que es una transformación afín sin más, es decir, no tiene porque se isométrica.

En ese caso hay infinitas soluciones. La transformación afín puede escribirse como:

\( \begin{pmatrix}{x'}\\{y'}\\{z'}\\{1}\end{pmatrix}=\begin{bmatrix}{ }&{ }&{ }&{p}\\{}&{T}&{}&{q}\\{}&{}&{}&{r}\\{0}&{0}&{0}&{1}\end{bmatrix}
\begin{pmatrix}{x}\\{y}\\{z}\\{t}\end{pmatrix} \)

donde \( T \) es una matriz \( 3\times 3 \) que representa como actúa sobre vectores.

Entonces tiene que cumplirse que lleve los tres puntos \( A_i \) en los tres puntos \( B_i \), y que el vector director de la recta \( AP \) al mutliplicarlo por la matriz \( T \) se transforme en un múltiplo de un vector director de \( BQ \).

Saludos.


Gracias por su ayuda pero tengo una duda en su respuesta quien es el vector \( \begin{pmatrix}{p}\\{q}\\{r}\end{pmatrix} \),  quien es \( {t} \) y como puede obligar que el vector director de la recta \( AP \) al mutliplicarlo por la matriz \( T \) se transforme en un múltiplo de un vector director de \( BQ \).
Y en caso que la transformación deba ser isométrica, habría alguna solución?

Saludos

24 Diciembre, 2020, 12:01 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Gracias por su ayuda pero tengo una duda en su respuesta quien es el vector \( \begin{pmatrix}{p}\\{q}\\{r}\end{pmatrix} \)

Esas coordenadas \( (p,q,r) \) es la imagen del origen de coordenadas. Pero digamos que eso no es relevante a efectos de cálculo. Simplemente imponiendo las condiciones que te indicado tienes ecuaciones para hallar todas las incógnitas: la matriz \( T \) y los valores de \( p,q,r \).

Citar
,  quien es \( {t} \)

Fue una errata, perdona. Debería de ser un uno.

Citar
y como puede obligar que el vector director de la recta \( AP \) al mutliplicarlo por la matriz \( T \) se transforme en un múltiplo de un vector director de \( BQ \).

Pues tu escoges el múltiplo de te de la gana. Es decir escoges un vector \( \vec u \) director de \( AP \) un vector \( \vec v \) director de \( BQ \) e impones \( T\vec u=\vec v. \)

En concreto si tomas la matriz \( M \) cuyas columnas son los vectores \( \vec A_1A_2,\vec A_1A_3,\vec u \) y otra \( N \) cuyas columnas son los vectores \( \vec B_1B_2,\vec B_1B_3,\vec v \) entonces tiene que cumplirse que: \( TM=N \) y por tanto \( T=M^{-1}N \).

Después \( (p,q,t)^t=B_1^t-TA_1^t \).

Esto funciona siempre que los puntos dados estén en posición general; pudiera ser que los puntos estuviesen en posiciones especiales (colineales y cosas así) que hiciesen que el problema no tuviese solución o más soluciones. Eso en las cuentas anteriores se reflejaría en el hecho de que las matrices \( M \) y \( N \) no fuesen inversibles. En ese caso la condición para que tuviese solución es que fuesen equivalentes por filas.


Citar
Y en caso que la transformación deba ser isométrica, habría alguna solución?

Pues la solución (si existe) es casi la misma pero escogiendo los vectores \( \vec u \) y \( \vec v \) con la misma norma.

Pero para que la solución (en el caso de isometría) exista los datos tienen que conservar las distancias, es decir, \( d(A_1,A_2)=d(B_1,B_2) \), \( d(A_1,A_3)=d(B_1,B_3) \) y \( d(A_2,A_3)=d(B_2,B_3) \).

Saludos.

25 Diciembre, 2020, 03:20 am
Respuesta #4

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