空间中的点线和面

  1. 表示空间中任意一个点
  2. 空间中一条直线的表示
  3. 空间中平面的表示
  4. 平面内任意一点的坐标

  在三维空间中,最基本的元素莫过于基本的点,线和面。

  他们之间的关系,可以这样理解,点按着一定的方向平移可以得到直线,线按照一定的方向平移可以得到平面,这个结论想象一下就可以理解了。

​ 可是要在数理逻辑上来表示这些元素,就需要根据一定的公理,定理来确定了。

表示空间中任意一个点

  在三维空间中,要表示任意一个点可以使用三维坐标来表示点的位置信息。

  因此,在三维空间中,一个点的位置信息可以表示为(x,y,z)。

空间中一条直线的表示

  在二维空间中,一条直线的表示可以靠一个点的位置加上一个方向矢量来表达。在三维空间中也同样可以根据这样的手段来表达三维空间里的直线。

p = $\vec{a}$t + b

​ 其中b为直线上一个已知的点,a为直线的方向矢量,t为比例系数,计算得到的p就是直线上任意点的位置坐标信息了。

空间中平面的表示

  空间中表示一个平面,可以根据该平面内一点,和法向量来确定,法向量确定的是平面的朝向。但其实这是根据一条公理进一步推论的。该公理的描述如下

**不共线的三点确定一个平面**

  根据这三点,以其中一点O为原点,计算两条向量 $\vec{a}$ ,$\vec{b}$ ,法向量 $\vec{n}$ 就等于$\vec{a}$ x $\vec{b}$ 。然后就可以使用O和法向量 $\vec{n}$ 来表示一个平面了。

  但是在许多三维场景中,多边形物体都是通过一个个三角形面来表示的,而法向量是可以计算出来的。所以这里我推崇用不共线的三点来表示一个平面,在需要法向量的时候,根据三点计算即可,也可以提前计算好存储在变量中。

平面内任意一点的坐标

  根据上一小节中平面的表示方法,可以推出平面内任意一点的坐标的表示方法。

  首先我们根据点O,A,B计算两条向量 $\vec{a}$ ,$\vec{b}$ 。点O为该平面内原点,向量 $\vec{a}$ 和 $\vec{b}$ 为基向量。平面内所有点可以用以下的公式表示

p = O + $\alpha$$\vec{a}$ + $\beta$$\vec{b}$

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