יישומים: גרפיקה ממוחשבת וטרנספורמציות במישור

30%
📖שיעור
55 דקות

יישומים: גרפיקה ממוחשבת וטרנספורמציות במישור

נראה כיצד חיבור וכפל של מספרים מרוכבים מבצעים טרנספורמציות גרפיקה ממוחשבת על קודקודי עצם: הזזה (חיבור), מתיחה/כיווץ (כפל בממשי), שיקוף (צמוד) וסיבוב (כפל ב-cosα+isinα)\cos \alpha +i \cdot \sin \alpha ), ונרכיב כמה טרנספורמציות יחד.

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-i=i = סיבוב ב-9090^{\circ}

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 4+2i4+2i באמצעות חיבור 1+3i-1+3i.

(4+2i)+(-1+3i)=3+5i
1

שלב 1 — הזזה = חיבור

z+d=(4+2i)+(1+3i)z + d = (4+2i) + (-1+3i).

דוגמה 2: סיבוב ב-90° (כפל ב-i)

סובבו את הנקודה A=2+3iA=2+3i ב-9090^{\circ} נגד כיוון השעון סביב הראשית.

i(2+3i) = -3+2i
1

שלב 1 — סיבוב 90=90^{\circ} = כפל ב-i

i(2+3i)i \cdot (2+3i).

דוגמה 3: שיקוף ומתיחה

נתונה הנקודה z=32i.(z=3-2i. (א) שקפו ביחס לציר הממשי. (ב) מתחו את התוצאה פי 2.

1

שלב 1 — שיקוף = צמוד

zˉ=3(2)i=3+2iz̄ = 3 - (-2)i = 3 + 2i.

דוגמה 4: הרכבת טרנספורמציות — סדר חשוב

קחו את z=2.(z=2. (א) סובבו ב-9090^{\circ} ואז הזיזו ב-1+i.(1+i. (ב) הזיזו ב-1+i1+i ואז סובבו ב-9090^{\circ}. השוו.

בדרך כלל.

1

שלב 1 — מסלול (א): סיבוב

i2=2ii \cdot 2 = 2i.

בדיקה מהירה

בדיקה מהירה

בגרפיקה ממוחשבת, איזו פעולה על מספרים מרוכבים מבצעת הזזה (translation) של עצם במישור?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

תשובה מספרית

נקודה בתמונה ממוחשבת היא A=2+3iA=2+3i. מכפילים אותה ב-i (סיבוב ב-90)90^{\circ}). מהו הרכיב הממשי של הנקודה החדשה?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

בתמונת חתול ממוחשבת, האוזן השמאלית נמצאת בנקודה A=1+6iA=1+6i. 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?

מניחים שכל טרנספורמציה היא כפל.

איך מתקנים?

הזזה היא חיבור של מספר קבוע (z+d)(z+d). כפל מבצע סיבוב ומתיחה, לא הזזה.

טעות נפוצה: מתעלמים מסדר הטרנספורמציות בהרכבה

"סובב ואז הזז" נותן iz+d; "הזז ואז סובב" נותן iz+id.

למה זה קורה?

מניחים שסיבוב והזזה מתחלפים.

איך מתקנים?

בדרך כלל הסדר משנה: iz+diz+d שונה מ-i(z+d)i(z+d). בצעו את הפעולות בסדר הנתון בדיוק.

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?

חושבים שהצמוד משקף ביחס לציר המדומה.

איך מתקנים?

הצמוד zˉ=xyiz̄=x-yi משקף ביחס לציר הממשי (x). שיקוף ביחס לציר המדומה (y) הוא zˉ=x+yi-z̄=-x+yi.

סיכום

מה למדנו?

טרנספורמציות גרפיקה ממוחשבת במספרים מרוכבים:

  1. הזזה: (חיבור).
  2. מתיחה/כיווץ: (כפל בממשי k>0).
  3. שיקוף ביחס לציר הממשי: .
  4. סיבוב בזווית : ; בפרט כפל ב-i = סיבוב .
  5. 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!

תרגול