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matrice di spostamento, Appunti di Strumentazione Biomedica

studiate perfavore laureatevi studuando da questi appunti

Tipologia: Appunti

2022/2023

Caricato il 17/11/2023

TommasoFerrandina
TommasoFerrandina 🇮🇹

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MATRICE DI ROTAZIONE
La matrice di rotazione è una matrice quadrata che viene utilizzata per
eseguire una trasformazione di rotazione in uno spazio tridimensionale. Questa
matrice è utilizzata per ruotare un vettore o un sistema di coordinate attorno a
un punto o un asse.
Per una rotazione bidimensionale in senso antiorario di un angolo θ attorno
all'origine (0,0), la matrice di rotazione è la seguente:
Per una rotazione tridimensionale in senso antiorario di un angolo θ attorno a
un asse specificato (x, y o z), le matrici di rotazione sono le seguenti:
Dove θ è l'angolo di rotazione in radianti. Queste matrici di rotazione possono
essere utilizzate per ruotare vettori o sistemi di coordinate nello spazio
tridimensionale. La scelta dell'asse di rotazione determina quale delle tre
matrici di rotazione tridimensionali deve essere utilizzata.
SIGNIFICATO GEOMETRICO MATRICE DI ROTAZIONE
La matrice di rotazione è un concetto fondamentale nella geometria e
nell'analisi degli spazi tridimensionali. Ha un significato geometrico importante
in quanto rappresenta una trasformazione lineare che modifica l'orientamento
di un oggetto nello spazio senza alterare la sua forma o dimensione. Vediamo
nel dettaglio il significato geometrico della matrice di rotazione:
1. Conservazione della Lunghezza e dell'Angolo:
- Una matrice di rotazione è ortogonale, il che significa che la sua trasposta è
uguale alla sua inversa: RT = R-1. Questa proprietà implica che la lunghezza di
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MATRICE DI ROTAZIONE

La matrice di rotazione è una matrice quadrata che viene utilizzata per eseguire una trasformazione di rotazione in uno spazio tridimensionale. Questa matrice è utilizzata per ruotare un vettore o un sistema di coordinate attorno a un punto o un asse. Per una rotazione bidimensionale in senso antiorario di un angolo θ attorno all'origine (0,0), la matrice di rotazione è la seguente: Per una rotazione tridimensionale in senso antiorario di un angolo θ attorno a un asse specificato (x, y o z), le matrici di rotazione sono le seguenti: Dove θ è l'angolo di rotazione in radianti. Queste matrici di rotazione possono essere utilizzate per ruotare vettori o sistemi di coordinate nello spazio tridimensionale. La scelta dell'asse di rotazione determina quale delle tre matrici di rotazione tridimensionali deve essere utilizzata. SIGNIFICATO GEOMETRICO MATRICE DI ROTAZIONE La matrice di rotazione è un concetto fondamentale nella geometria e nell'analisi degli spazi tridimensionali. Ha un significato geometrico importante in quanto rappresenta una trasformazione lineare che modifica l'orientamento di un oggetto nello spazio senza alterare la sua forma o dimensione. Vediamo nel dettaglio il significato geometrico della matrice di rotazione:

  1. Conservazione della Lunghezza e dell'Angolo:
    • Una matrice di rotazione è ortogonale, il che significa che la sua trasposta è uguale alla sua inversa: RT^ = R-1. Questa proprietà implica che la lunghezza di

un vettore rimane invariata dopo la rotazione. In altre parole, la rotazione non modifica la distanza tra i punti nello spazio.

  • Inoltre, la rotazione preserva gli angoli tra i vettori. Questo significa che se due vettori formano un certo angolo tra loro prima della rotazione, manterranno lo stesso angolo relativo anche dopo la rotazione.
  1. Rappresentazione del Cambiamento di Coordinate:
  • La matrice di rotazione può anche essere vista come una rappresentazione delle nuove coordinate degli assi del sistema di riferimento dopo la rotazione. Ogni colonna della matrice di rotazione rappresenta un vettore dell'asse (x, y o z) dopo la rotazione.
  1. Rappresentazione delle Rotazioni Attorno agli Assi:
  • Le colonne della matrice di rotazione rappresentano i nuovi assi del sistema di riferimento dopo la rotazione. Ad esempio, nella matrice di rotazione ( R_z ) per una rotazione attorno all'asse z, la prima colonna rappresenta il nuovo asse x, la seconda colonna rappresenta il nuovo asse y e la terza colonna rappresenta il nuovo asse z.
  1. Composizione delle Rotazioni:
  • La composizione di più rotazioni può essere ottenuta moltiplicando le rispettive matrici di rotazione. Questa operazione rappresenta una sequenza di rotazioni attorno agli assi del sistema di riferimento corrente. L'ordine delle rotazioni influisce sul risultato finale, il che significa che l'orientamento del sistema di riferimento può variare in base all'ordine delle rotazioni. In sintesi, la matrice di rotazione rappresenta una trasformazione lineare che preserva lunghezze, angoli e orientamento degli assi. Questo è fondamentale in applicazioni come la grafica computerizzata, la robotica, la visione artificiale e molte altre discipline in cui è necessario comprendere e manipolare gli oggetti nello spazio tridimensionale. ROTAZIONE ‘’TERNA CORRENTE’’ Quando si parla di rotazione rispetto alla "terna corrente" in un contesto tridimensionale, ci si riferisce a una rotazione di un oggetto o di un sistema di coordinate rispetto all'orientamento attuale del sistema di riferimento. Supponiamo di avere un oggetto o una terna di coordinate (ad esempio, x, y, z) che è già posizionato in uno spazio tridimensionale. Ora vogliamo ruotare questo oggetto o sistema di coordinate di un certo angolo attorno a uno specifico asse all'interno del sistema di riferimento corrente. Per eseguire una rotazione rispetto alla terna corrente, è necessario seguire questi passaggi:
  1. Determinare l'asse di rotazione:

In questa sequenza, l'orientamento finale dell'oggetto è ottenuto prima da una rotazione attorno all'asse x, seguita da una rotazione attorno all'asse y e infine da una rotazione attorno all'asse z.

  1. Sequenza ZYX:

 ϕ rappresenta la rotazione attorno all'asse z.

 θ rappresenta la rotazione attorno all'asse y.

 ψ rappresenta la rotazione attorno all'asse x.

In questa sequenza, l'orientamento finale è ottenuto prima da una rotazione attorno all'asse z, seguita da una rotazione attorno all'asse y e infine da una rotazione attorno all'asse x. Queste sequenze sono solo due esempi e ne esistono molte altre. È importante notare che la sequenza di angoli di Eulero può influenzare l'orientamento finale dell'oggetto a causa del fenomeno noto come "gimbal lock", in cui una rotazione attorno a un asse può far perdere un grado di libertà nelle rotazioni attorno agli altri assi.