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我正在 Autodesk Maya 中用 Python 编写函数(使用 PyMel for Maya)

我有三个 3D 点;p0,p1,p2。

然后他们进行刚性变换,所以在变换(仿射变换)之后我有了他们的新位置;q0、q1、q2。

转型前我还有第四点;p3。我想在相同的变换后计算它的位置;q4。

所以我需要计算变换矩阵,然后应用到p4。我也不知道该怎么办。List = 对象数组

import pymel.core as pm
import pymel.core.datatypes as dt

p0 = dt.Vector(pm.getAttr(list[0]+".tx"), pm.getAttr(list[0]+".ty"), pm.getAttr(list[0]+".tz"))
p1 = dt.Vector(pm.getAttr(list[1]+".tx"), pm.getAttr(list[1]+".ty"), pm.getAttr(list[1]+".tz"))
p2 = dt.Vector(pm.getAttr(list[2]+".tx"), pm.getAttr(list[2]+".ty"), pm.getAttr(list[2]+".tz")
p3 = dt.Vector(pm.getAttr(list[3]+".tx"), pm.getAttr(list[3]+".ty"), pm.getAttr(list[3]+".tz"))

3D 点从 Maya 场景中的动画对象中读取。所以在另一帧,我运行这段代码来得到

q0 = dt.Vector(pm.getAttr(list[0]+".tx"), pm.getAttr(list[0]+".ty"), pm.getAttr(list[0]+".tz"))
q1 = dt.Vector(pm.getAttr(list[1]+".tx"), pm.getAttr(list[1]+".ty"), pm.getAttr(list[1]+".tz"))
q2 = dt.Vector(pm.getAttr(list[2]+".tx"), pm.getAttr(list[2]+".ty"), pm.getAttr(list[2]+".tz"))
#q3 = TransformationMatrix between (p0,p1,p2) and (q0,q1,q2), applied to p3

我试图用向量计算,但由于除以零而导致错误......所以我认为变换矩阵应该可以毫无问题地解决它。

我的最后期限不远了,我真的需要帮助解决这个问题!请帮忙!

编辑: 如何使用 python 执行坐标仿射变换?

我需要这个函数“solve_affine”,但每组只需要 3 点而不是 4 点。而且我不能使用 numpy ......

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这是使用 numpy 和 scipy 的解决方案。scipy 主要用于生成随机旋转,除了易于自己编码的 scipy.linalg.norm。从 numpy 中使用的主要东西是叉积和矩阵乘法,这也很容易自己编写代码。

基本思想是这样的:给定三个不共线的点 x1,x2,x3,可以找到向量(轴)v1,v2,v3 的正交三元组,其中 v1 在平面中的 x2-x1,v2 方向上由 (x2-x1) 和 (x3-x1) 跨越,并且 v3 完成了三重奏。

点 y1,y2,y3 相对于 x1,x2,x3 旋转和平移。从 y1,y2,y3 生成的轴 w1,w2,w3 从 v1,v2,v3 旋转(即不平移)。这两组三元组都是正交的,因此很容易从中找到旋转:R = W * transpose(V)

一旦我们有了旋转,找到平移很简单:y1 = R*x + t,所以t = y1 - R*x。使用最小二乘求解器并结合所有三个点来估计 t 可能会更好。

import numpy
import scipy.linalg


def rand_rot():
    """Return a random rotation

    Return a random orthogonal matrix with determinant 1"""
    q, _ = scipy.linalg.qr(numpy.random.randn(3, 3))
    if scipy.linalg.det(q) < 0:
        # does this ever happen?
        print "got a negative det"
        q[:, 0] = -q[:, 0]
    return q


def rand_noncollinear():
    """Return 3 random non-collinear vectors"""
    while True:
        b = numpy.random.randn(3, 3)
        sigma = scipy.linalg.svdvals(b)
        if sigma[2]/sigma[0] > 0.1:
            # "very" non-collinear
            break
        # "nearly" collinear; try again

    return b[:, 0], b[:, 1], b[:, 2]


def normalize(a):
    """Return argument normalized"""
    return a/scipy.linalg.norm(a)


def colstack(a1, a2, a3):
    """Stack three vectors as columns"""
    return numpy.hstack((a1[:, numpy.newaxis],
                         a2[:, numpy.newaxis],
                         a3[:, numpy.newaxis]))


def get_axes(a1, a2, a3):
    """Generate orthogonal axes from three non-collinear points"""
    # I tried to do this with QR, but something didn't work
    b1 = normalize(a2-a1)
    b2 = normalize(a3-a1)
    b3 = normalize(numpy.cross(b1, b2))
    b4 = normalize(numpy.cross(b3, b1))
    return b1, b4, b3

# random rotation and translation
r = rand_rot()
t = numpy.random.randn(3)

# three non-collinear points
x1, x2, x3 = rand_noncollinear()
# some other point
x4 = numpy.random.randn(3)

# the images of the above in the transformation.
# y4 is for checking only -- won't be used to estimate r or t
y1, y2, y3, y4 = [numpy.dot(r, x) + t
                  for x in x1, x2, x3, x4]


v1, v2, v3 = get_axes(x1, x2, x3)
w1, w2, w3 = get_axes(y1, y2, y3)

V = colstack(v1, v2, v3)
W = colstack(w1, w2, w3)

# W = R V, so R = W * inverse(V); but V orthogonal, so inverse(V) is
# transpose(V):
rfound = numpy.dot(W, V.T)

# y1 = R x1 + t, so...
tfound = y1-numpy.dot(r, x1)

# get error on images of x2 and x3, just in case

y2err = scipy.linalg.norm(numpy.dot(rfound, x2) + tfound - y2)
y3err = scipy.linalg.norm(numpy.dot(rfound, x3) + tfound - y3)

# and check error image of x4 -- getting an estimate of y4 is the
# point of all of this
y4err = scipy.linalg.norm(numpy.dot(rfound, x4) + tfound - y4)

print "y2 error: ", y2err
print "y3 error: ", y3err
print "y4 error: ", y4err
于 2014-05-04T05:49:47.170 回答
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描述和您的代码都令人困惑。描述有点模糊,而代码示例缺少重要的点点滴滴。所以我是这样理解这个问题的:

知道两个空间中的三个点如何构造从空间 A 到空间 B 的变换?

两个空间变换

图 1:如何在 2 个空间之间形成转换。

答案取决于空间的变换类型。您会看到三个点总是形成一个平面跨度。这意味着您可以知道新空间的旋转、变换和均匀缩放是什么。您还可以知道平面上的剪切,以及不均匀的比例。但是,您无法知道平面法线方向上的剪切或非均匀比例。

因此,为了有意义,问题变成了如何旋转和翻译两个空间以匹配?这很容易做到翻译部分是直接的:

反式 = q0 - p0

这使您可以进行轮换,这已在几篇文章中进行了解释:

您还可以在此之后计算比例因子。

于 2014-05-31T10:30:22.953 回答
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我想通了

p0p1 = p1-p0
p0p2 = p2-p0
p0p3 = p3-p0

q0q1 = q1-q0
q0q2 = q2-q0
q0q3 = q3-q0

before = dt.Matrix([p0.x, p0.y, p0.z, 0],[p1.x, p1.y, p1.z, 0],[p2.x, p2.y, p2.z, 0], [0,0,0,1]);
after = dt.Matrix([q0.x, q0.y, q0.z, 0],[q1.x, q1.y, q1.z, 0],[q2.x, q2.y, q2.z, 0], [0,0,0,1]);

normal = p0p1.cross(p0p2).normal()
dist = p0p3.dot(normal)
q3 = p3 - dist*normal

transformMatrix = before.inverse()*after
solve = dt.Matrix(q3.x, q3.y, q3.z, 1)*transformMatrix

q3 =  dt.Vector(solve[0][0], solve[0][1], solve[0][2])

newNormal = q0q1.cross(q0q2).normal()
q3 = q3 + newNormal*dist

pm.move(list[3], q3, r=False)

变换矩阵仅适用于平面 p0p1p2 内的点。所以我通过变换p3的投影点来解决它,然后将它从平面上移出相同的距离。

如果您有一个仅涉及矩阵的解决方案,请随时分享,它可能仍然对我有帮助!:)

于 2014-05-03T17:48:22.610 回答