
【計】 homogeneous coordinate system
equality
【電】 uniformity
【計】 coordinated system
均勻坐标系統(Homogeneous Coordinate System)是計算機圖形學與投影幾何中的核心數學工具,其核心特征是通過增加一個維度參數,将笛卡爾坐标系中的點擴展為齊次形式,從而實現平移、旋轉、縮放等線性變換的統一矩陣運算。例如,二維點$(x,y)$可表示為$(x, y, 1)$或$(x, y, w)$(其中$w eq 0$),三維點同理擴展為四維坐标。
統一變換矩陣:在計算機圖形渲染中,齊次坐标允許将平移、旋轉、縮放等操作整合為單一的4×4矩陣運算,例如三維平移矩陣可表示為: $$ begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & t_x 0 & 1 & 0 & t_y 0 & 0 & 1 & t_z 0 & 0 & 0 & 1 end{bmatrix} $$ (來源:劍橋大學數學系線性代數教材)
無窮遠點表示:當齊次坐标的$w$分量為0時,可描述笛卡爾坐标系中的無窮遠點,這一特性在透視投影計算中至關重要,例如OpenGL和Vulkan圖形API均依賴此原理實現三維到二維的映射。
比例不變性:齊次坐标$(x, y, z, w)$與$(kx, ky, kz, kw)$($k eq 0$)表示同一個空間點,該性質使得透視除法(perspective division)成為可能,這是現代GPU渲染管線的基礎操作(參考:Wolfram MathWorld齊次坐标條目)。
“均勻坐标系統”的英文翻譯為“homogeneous coordinate system”,是計算機圖形學和幾何學中的核心概念。其核心特點與作用如下:
通過增加一個維度将N維空間坐标擴展為N+1維表示。例如:
中文“均勻坐标”可能存在翻譯混淆。英文“homogeneous”更準确應譯為“齊次”(數學中描述線性方程組或多項式次數一緻性的術語),而“均勻”對應英文“uniform”。因此專業文獻中普遍使用“齊次坐标系統”這一譯名。
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