向量

向量加法

不多说,直接加就是了
平行四边形法则或者三角形法则

向量点乘

也没什么好说的,高中数学

有什么用
可以通过向量点乘来判断向量间的夹角,两向量的方向关系

向量叉乘*

叉乘和点乘是完全不一样的计算,向量叉乘仅在三维空间中有定义。对于两个向量a = (a1,a2,a3a_1, a_2, a_3)和b=(b1,b2,b3b_1, b_2, b_3),它们的叉乘 a×b\mathbf{a} \times \mathbf{b} 的结果垂直于 a\mathbf{a}b\mathbf{b}

1.几何意义

垂直性:叉乘的结果向量垂直于原向量,并且其方向由右手(螺旋)法则(四指从前乘绕向后乘,大拇指方向即为所得叉乘向量方向)决定。
模长:叉乘的模长等于两个向量所构成的平行四边形的面积,即:
a×b=absinθ|\mathbf{a} \times \mathbf{b}| = |\mathbf{a}||\mathbf{b}| \sin\theta
其中 θ\theta 是两向量之间的夹角。

2.运算性质

反交换律:a×b=(b×a)\mathbf{a} \times \mathbf{b} = -(\mathbf{b} \times \mathbf{a})
分配律:a×(b+c)=a×b+a\mathbf{a} \times (\mathbf{b} + \mathbf{c}) = \mathbf{a} \times \mathbf{b} + \mathbf{a} ×c\times \mathbf{c}
与标量乘法结合:k(a×b)=(ka)×b=a×(kb)k(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) = (k\mathbf{a}) \times \mathbf{b} = \mathbf{a} \times (k\mathbf{b})

3.利用叉乘可以构建三维坐标系

4.在图形学应用:判断向量方位/判断点与面与向量位置

问题参考下图:

  1. 向量方位(看左图):
    如果 a×b=c\mathbf{a} \times \mathbf{b} = c 所得的c是正的,那么可以判断ba的左侧
    如果反过来,b×a=c\mathbf{b} \times \mathbf{a} = c 所得的c是负的,那么可以判断ab的右侧
    (可以自己用右手法则验证一下)
  2. 点与面的位置(看右图):
    AP×AB\overrightarrow{AP} \times \overrightarrow{AB}BP×BC\overrightarrow{BP} \times \overrightarrow{BC}CP×CA\overrightarrow{CP} \times \overrightarrow{CA} 所得的结果都是同侧,那么可以判断P点在 ΔABC\Delta ABC
    如果其中任何一个值表示另一侧,则P不在 ΔABC\Delta ABC

以上知识在图形学中的重点

例如做三角形的光栅化,要判断三角形覆盖了哪些像素点,要知道像素是否在三角形内部,对像素进行着色

矩阵(基础部分)

不多说,大一线代知识

矩阵相乘

计算方法

如下图:
要算C第几行第几列就去找前面A第几行和B第几列

性质:

如下图:

矩阵与向量

其实跟矩阵相乘差不多,只不过有一个矩阵变成了1*n的向量,不多说

转置矩阵

单位矩阵与矩阵的逆

向量相乘表示为矩阵相乘

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