יישומים: גרפיקה ממוחשבת וטרנספורמציות במישור
מבוא
מטרות השיעור
- להבין שעצם גרפי מיוצג על ידי קודקודים — מספרים מרוכבים — שעליהם פועלים
- הזזה באמצעות חיבור, מתיחה/כיווץ באמצעות כפל בממשי
- שיקוף באמצעות הצמוד, סיבוב באמצעות כפל ב-
- להרכיב כמה טרנספורמציות יחד ולשים לב לסדר הפעולות
- לקשר את הכל לכלל "כפל = סיבוב ומתיחה" שליווה אותנו לאורך היחידה
הרעיון המרכזי
טרנספורמציות באמצעות חיבור וכפל
בגרפיקה ממוחשבת מייצגים עצם על ידי קודקודיו במישור גאוס. כדי להזיז, למתוח, לשקף או לסובב את העצם — פועלים על כל קודקוד באותה פעולה:
- הזזה (translation): כאשר d=p+qi קבוע. כל נקודה נעה באותו וקטור.
- מתיחה/כיווץ (scaling): כאשר k>0 ממשי. מרחיק (k>1) או מקרב (0<k<1) מן הראשית.
- שיקוף ביחס לציר הממשי: (הצמוד) — .
- סיבוב בזווית סביב הראשית: . הרדיוס נשמר (), הזווית גדלה ב-.
כפל ב- סיבוב ב-
המקרה הפשוט והשימושי ביותר: , ולכן כפל ב-i מסובב כל נקודה ב- נגד כיוון השעון סביב הראשית, בלי מתיחה. כך, למשל, : הנקודה (1,6) עוברת ל-(-6,1). כל קודקודי התמונה מסתובבים יחד ושומרים על צורתה.
הרכבת טרנספורמציות — הסדר משנה
מרכיבים טרנספורמציות על ידי החלת פעולה אחר פעולה. הסדר חשוב: סיבוב ואז הזזה אינו שווה בדרך כלל להזזה ואז סיבוב. למשל, "סובב ב- ואז הזז ב-d" הוא , ואילו "הזז ואז סובב" הוא — תוצאה שונה. זהו יישום ישיר של תכונות החיבור והכפל המרוכב.
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: הזזה
הזיזו את הנקודה באמצעות חיבור .
שלב 1 — הזזה = חיבור
דוגמה 2: סיבוב ב-90° (כפל ב-i)
סובבו את הנקודה ב- נגד כיוון השעון סביב הראשית.
שלב 1 — סיבוב כפל ב-i
דוגמה 3: שיקוף ומתיחה
נתונה הנקודה א) שקפו ביחס לציר הממשי. (ב) מתחו את התוצאה פי 2.
שלב 1 — שיקוף = צמוד
דוגמה 4: הרכבת טרנספורמציות — סדר חשוב
קחו את א) סובבו ב- ואז הזיזו ב-ב) הזיזו ב- ואז סובבו ב-. השוו.
בדרך כלל.
שלב 1 — מסלול (א): סיבוב
בדיקה מהירה
בגרפיקה ממוחשבת, איזו פעולה על מספרים מרוכבים מבצעת הזזה (translation) של עצם במישור?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
נקודה בתמונה ממוחשבת היא . מכפילים אותה ב-i (סיבוב ב-. מהו הרכיב הממשי של הנקודה החדשה?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
בתמונת חתול ממוחשבת, האוזן השמאלית נמצאת בנקודה . כדי לסובב את התמונה כופלים כל נקודה ב-i. מהו המיקום החדש של האוזן השמאלית ומה המשמעות הגאומטרית?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: מבצעים הזזה בכפל במקום בחיבור
טעות: הזזת z ב-d נכתבת .
נכון: z+d.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מתעלמים מסדר הטרנספורמציות בהרכבה
"סובב ואז הזז" נותן iz+d; "הזז ואז סובב" נותן iz+id.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מבלבלים שיקוף ביחס לציר ה-x עם ציר ה-y
טעות: משקף את z ביחס לציר ה-y.
נכון: משקף ביחס לציר ה-x.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
טרנספורמציות גרפיקה ממוחשבת במספרים מרוכבים:
- הזזה: (חיבור).
- מתיחה/כיווץ: (כפל בממשי k>0).
- שיקוף ביחס לציר הממשי: .
- סיבוב בזווית : ; בפרט כפל ב-i = סיבוב .
- בהרכבה — הסדר משנה.
זכרו: הזזה = חיבור, סיבוב/מתיחה = כפל. זהו השיא היישומי של "כפל = סיבוב ומתיחה" שליווה את כל היחידה.
סיימתם את היחידה על ההצגה הקוטבית, דה-מואבר, שורשי היחידה, המקומות הגאומטריים והיישומים — כל הכבוד!
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי לבצע ולהרכיב טרנספורמציות גרפיקה ממוחשבת באמצעות מספרים מרוכבים!