Title: 681 Introduction to Computer Graphics
1Object Representation
Define object in world space Object space data
Translation Rotation Scale
Desired operations Interpolation concatenation
Handle rotation, translation, scale independently
2Orientation Representation
orientation
3Orientation Representation
Rotation Matrix
Fixed Angles
Euler Angles
Axis-Angle
Quaternion
4Interpolation
5Concatenation
6Transformation Matrices
7Transformation Matrices
0
0
-1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
8Fixed Angles
E.g., (Z,Y,X)
Rx(q1). Ry(q2). Rz(q3). P
9Fixed Angles
E.g., (0,90,0)
Y
Y
X
X
Z
Z
10Fixed Angles
E.g., (-45,90,0)
Y
Y
X
X
Z
Z
11Gimbal Lock
E.g., (0,90,0)
E.g., (e,90,0)
Y
E.g., (0,90e,0)
X
E.g., (0,90,e)
Z
12Fixed Angles
E.g., (-45,90,0)
E.g., (0,90,0)
Y
Y
Z-axis rotation
X
X
Z
Z
13Fixed Angle Interpolation
(0,90,0) to (-45,90,0)
14Euler Angles
(e.g., z,y,x)
Y
y
Z
z
x
X
15Euler Angles
(z,y,x)
Rz(q1).P
Rz(q1).Ry(q2). Rz(-q1).P
Rz(q1). Ry(q2). Rz(-q1). Rz(q1).P
Rz(q1). Ry(q2). P
Rz(q1). Ry(q2). Rx(q3). Ry(- q2). Rz(-q1).P
Rz(q1). Ry(q2). Rx(q3). Ry(- q2). Rz(-q1).
Rz(q1). Ry(q2). P
Rz(q1). Ry(q2). Rx(q3). P
16Axis-Angle
(Ax,Ay,Az,q)
A
q
Y
Z
X
Eulers rotation theorem
17Axis-Angle
(Ax,Ay,Az,q)
A1
q1
Y
A2
q2
Z
X
Eulers rotation theorem
18Quaternions
q s,v
s,x,y,z
A
q
(cos(q/2),sin(q/2)A)
19Quaternions
s1,v1 s2,v2 s1s2,v1v2
s1,v1 s2,v2 s1s2-v1.v2,s1v2s2v1v1Xv2
q sqrt(ss xx yy zz)
q 1,0,0,0 q
q-1 -s,v/q2
q q-1 1,0,0,0
20Quaternions - rotate a point
v (x,y,z) gt 0,v
Rotq(v) v q 0,v q-1
21Quaternions - composite transformations
Rotq(Rotp(v)) Rotq( p 0,v p-1 )
Rotq(Rotp(v)) q p 0,v p-1 q -1
Rotq(Rotp(v)) q p 0,v (qp) -1
Rotq(Rotp(v)) Rotqp(v))
22Unit Quaternion
q
q
s,v -s, -v