四维矩阵(Matrix4)
表示为一个 4x4 matrix.
在3D计算机图形学中,4x4矩阵最常用的用法是作为一个变换矩阵Transformation Matrix。 有关WebGL中使用的变换矩阵的介绍,请参阅本教程this tutorial。
这使得表示三维空间中的一个点的向量Vector3通过乘以矩阵来进行转换,如平移、旋转、剪切、缩放、反射、正交或透视投影等。这就是把矩阵应用到向量上。
任何3D物体Object3D都有三个关联的矩阵:
- Object3D.matrix: 存储物体的本地变换。 这是对象相对于其父对象的变换。
- Object3D.matrixWorld: 对象的全局或世界变换。如果对象没有父对象,那么这与存储在矩阵matrix中的本地变换相同。
- Object3D.modelViewMatrix: 表示对象相坐标相对于摄像机空间坐标转换, 一个对象的 modelViewMatrix 是物体世界变换矩阵乘以摄像机相对于世界空间变换矩阵的逆矩阵。
- Camera.matrixWorldInverse: 视矩阵 - 摄像机世界坐标变换的逆矩阵。
- Camera.projectionMatrix: 表示将场景中的信息投影到裁剪空间。
注意行优先列优先的顺序。
设置set()方法参数采用行优先row-major, 而它们在内部是用列优先column-major顺序存储在数组当中。
这意味着
const m = new THREE.Matrix4(); m.set( 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44 );元素数组elements将存储为:
m.elements = [ 11, 21, 31, 41, 12, 22, 32, 42, 13, 23, 33, 43, 14, 24, 34, 44 ];在内部,所有的计算都是使用列优先顺序进行的。然而,由于实际的排序在数学上没有什么不同, 而且大多数人习惯于以行优先顺序考虑矩阵,所以three.js文档以行为主的顺序显示矩阵。 请记住,如果您正在阅读源代码,您必须对这里列出的任何矩阵进行转置transpose,以理解计算。
Extracting position, rotation and scale
There are several options available for extracting position, rotation and scale from a Matrix4.
- Vector3.setFromMatrixPosition: can be used to extract the translation component.
- Vector3.setFromMatrixScale: can be used to extract the scale component.
- Quaternion.setFromRotationMatrix, Euler.setFromRotationMatrix or extractRotation can be used to extract the rotation component.
- decompose can be used to extract position, rotation and scale all at once.
构造器(Constructor)
Matrix4()
创建并初始化一个4X4的单位矩阵identity matrix.
属性(Properties)
.elements : Array
矩阵列优先column-major列表。
方法(Methods)
.clone () : Matrix4
创建一个新的矩阵,元素elements与该矩阵相同。
.compose ( position : Vector3, quaternion : Quaternion, scale : Vector3 ) : this
设置将该对象位置 position,四元数quaternion 和 缩放scale 组合变换的矩阵。
.copy ( m : Matrix4 ) : this
.copyPosition ( m : Matrix4 ) : this
将给定矩阵m : Matrix4 的平移分量拷贝到当前矩阵中。
.decompose ( position : Vector3, quaternion : Quaternion, scale : Vector3 ) : null
将矩阵分解到给定的平移position ,旋转 quaternion,缩放scale分量中。
Note: Not all matrices are decomposable in this way. For example, if an object has a non-uniformly scaled parent, then the object's world matrix may not be decomposable, and this method may not be appropriate.
.determinant () : Float
计算并返回矩阵的行列式determinant 。
基于这个的方法概述here。
.equals ( m : Matrix4 ) : Boolean
如果矩阵m 与当前矩阵所有对应元素相同则返回true。
.extractBasis ( xAxis : Vector3, yAxis : Vector3, zAxis : Vector3 ) : this
将矩阵的基向量basis提取到指定的3个轴向量中。 如果矩阵如下:
a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p然后x轴y轴z轴被设为:
xAxis = (a, e, i) yAxis = (b, f, j) zAxis = (c, g, k)
.extractRotation ( m : Matrix4 ) : this
将给定矩阵m的旋转分量提取到该矩阵的旋转分量中。
.fromArray ( array : Array, offset : Integer ) : this
array - 用来存储设置元素数据的数组
offset - (可选参数) 数组的偏移量,默认值为 0。
使用基于列优先格式column-major的数组来设置该矩阵。
.invert () : this
Inverts this matrix, using the analytic method. You can not invert with a determinant of zero. If you attempt this, the method produces a zero matrix instead.
.getMaxScaleOnAxis () : Float
获取3个轴方向的最大缩放值。
.identity () : this
将当前矩阵重置为单位矩阵identity matrix。
.lookAt ( eye : Vector3, center : Vector3, up : Vector3, ) : this
构造一个旋转矩阵,从eye 指向 center,由向量 up : Vector3 定向。 <!-- Constructs a rotation matrix, looking from eye towards center oriented by the up vector.-->
.makeRotationAxis ( axis : Vector3, theta : Float ) : this
axis — 旋转轴,需要被归一化。
theta — 旋转量(弧度)。
设置当前矩阵为围绕轴 axis 旋转量为 theta弧度。
这是一种有点争议但在数学上可以替代通过四元数Quaternions旋转的办法。 请参阅此处here的讨论。
.makeBasis ( xAxis : Vector3, yAxis : Vector3, zAxis : Vector3 ) : this
通过给定的三个向量设置该矩阵为基矩阵basis:
xAxis.x, yAxis.x, zAxis.x, 0, xAxis.y, yAxis.y, zAxis.y, 0, xAxis.z, yAxis.z, zAxis.z, 0, 0, 0, 0, 1
.makePerspective ( left : Float, right : Float, top : Float, bottom : Float, near : Float, far : Float ) : this
创建一个透视投影矩阵perspective projection。 在引擎内部由PerspectiveCamera.updateProjectionMatrix()使用。
.makeOrthographic ( left : Float, right : Float, top : Float, bottom : Float, near : Float, far : Float ) : this
创建一个正交投影矩阵orthographic projection。 在引擎内部由OrthographicCamera.updateProjectionMatrix()使用。
.makeRotationFromEuler ( euler : Euler ) : this
将传入的欧拉角转换为该矩阵的旋转分量(左上角的3x3矩阵)。 矩阵的其余部分被设为单位矩阵。根据欧拉角euler的旋转顺序order,总共有六种可能的结果。 详细信息,请参阅本页this page。
.makeRotationFromQuaternion ( q : Quaternion ) : this
将这个矩阵的旋转分量设置为四元数q指定的旋转,如下链接所诉here。 矩阵的其余部分被设为单位矩阵。因此,给定四元数q = w + xi + yj + zk,得到的矩阵为:
1-2y²-2z² 2xy-2zw 2xz+2yw 0 2xy+2zw 1-2x²-2z² 2yz-2xw 0 2xz-2yw 2yz+2xw 1-2x²-2y² 0 0 0 0 1
.makeRotationX ( theta : Float ) : this
theta — Rotation angle in radians.
把该矩阵设置为绕x轴旋转弧度theta (θ)大小的矩阵。 结果如下:
1 0 0 0 0 cos(θ) -sin(θ) 0 0 sin(θ) cos(θ) 0 0 0 0 1
.makeRotationY ( theta : Float ) : this
theta — Rotation angle in radians.
把该矩阵设置为绕Y轴旋转弧度theta (θ)大小的矩阵。 结果如下:
cos(θ) 0 sin(θ) 0 0 1 0 0 -sin(θ) 0 cos(θ) 0 0 0 0 1
.makeRotationZ ( theta : Float ) : this
theta — Rotation angle in radians.
把该矩阵设置为绕z轴旋转弧度theta (θ)大小的矩阵。 结果如下:
cos(θ) -sin(θ) 0 0 sin(θ) cos(θ) 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
.makeScale ( x : Float, y : Float, z : Float ) : this
x - 在X轴方向的缩放比。
y - 在Y轴方向的缩放比。
z - 在Z轴方向的缩放比。
将这个矩阵设置为缩放变换:
x, 0, 0, 0, 0, y, 0, 0, 0, 0, z, 0, 0, 0, 0, 1
.makeShear ( x : Float, y : Float, z : Float ) : this
x - 在X轴上剪切的量。
y - 在Y轴上剪切的量。
z - 在Z轴上剪切的量。
将此矩阵设置为剪切变换:
1, y, z, 0, x, 1, z, 0, x, y, 1, 0, 0, 0, 0, 1
.makeTranslation ( x : Float, y : Float, z : Float ) : this
x - 在X轴上的平移量。
y - 在Y轴上的平移量。
z - 在Z轴上的平移量。
设置该矩阵为平移变换:
1, 0, 0, x, 0, 1, 0, y, 0, 0, 1, z, 0, 0, 0, 1
.multiply ( m : Matrix4 ) : this
将当前矩阵乘以矩阵m。
.multiplyMatrices ( a : Matrix4, b : Matrix4 ) : this
.multiplyScalar ( s : Float ) : this
当前矩阵所有的元素乘以该缩放值s
.premultiply ( m : Matrix4 ) : this
将矩阵m乘以当前矩阵。
.scale ( v : Vector3 ) : this
将该矩阵的列向量乘以对应向量v的分量。
.set ( n11 : Float, n12 : Float, n13 : Float, n14 : Float, n21 : Float, n22 : Float, n23 : Float, n24 : Float, n31 : Float, n32 : Float, n33 : Float, n34 : Float, n41 : Float, n42 : Float, n43 : Float, n44 : Float ) : this
以行优先的格式将传入的数值设置给该矩阵中的元素elements。
.setFromMatrix3 ( m : Matrix3 ) : this
Set the upper 3x3 elements of this matrix to the values of the Matrix3 m.
.setPosition ( v : Vector3 ) : this
.setPosition ( x : Float, y : Float, z : Float ) : this // optional API
取传入参数v : Vector3中值设置该矩阵的位置分量,不影响该矩阵的其余部分——即,如果该矩阵当前为:
a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p变成:
a, b, c, v.x, e, f, g, v.y, i, j, k, v.z, m, n, o, p
.toArray ( array : Array, offset : Integer ) : Array
array - (可选参数) 存储矩阵元素的数组,如果未指定会创建一个新的数组。
offset - (可选参数) 存放矩阵元素数组的偏移量。
使用列优先column-major格式将此矩阵的元素写入数组中。
.transpose () : this
将该矩阵转置Transposes。