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二維座標旋轉

在二維空間中,坐標的旋轉可以通過以下方式進行理解和計算:

旋轉公式:

當一個點\(P(x, y)\)繞原點逆時針旋轉角度θ後,新的坐標\(P'(x', y')\)可以通過以下公式計算得出:
\(x' = x \cos \theta - y \sin \theta\)
\(y' = x \sin \theta + y \cos \theta\)

旋轉矩陣:

旋轉矩陣可以表示為:
\(R(\theta) = \begin{bmatrix} \cos \theta & -\sin \theta \\ \sin \theta & \cos \theta \end{bmatrix}\)

因此,旋轉後的坐標可以通過原始坐標與旋轉矩陣相乘得到:
\(\begin{bmatrix} x' \\ y' \end{bmatrix} = R(\theta) \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix}\)

繞任意點的旋轉:

當需要繞任意點\(O(x_0, y_0)\)旋轉時,首先將原點平移至該點,執行繞原點的旋轉,然後再將原點平移回原位置。這可以通過以下步驟實現:

平移中心到原點:\(T(-x_0, -y_0)\)

旋轉:\(R(\theta)\)

反向平移中心回原點:\(T(x_0, y_0)\)

總的變換矩陣為:\(T(-x_0, -y_0)R(\theta)T(x_0, y_0)\)

編程實現:

Python中,可以使用numpy庫來實現二維坐標的旋轉。例如,給定一個頂點數組和一個旋轉角度,可以創建一個旋轉矩陣,然後將頂點數組乘以該矩陣來獲取旋轉後的坐標。

通過上述方法,可以在二維空間中對坐標進行精確的旋轉操作。