全面解析向量

首先先给向量来个教科书的定义.

在数学中,几何向量(也称为欧几里得向量,通常简称向量、矢量),指具有大小(magnitude)和方向的量。

向量可以形象化地表示为带箭头的线段。箭头所指:代表向量的方向;线段长度:代表向量的大小。

从定义中可以看出,向量的两个重要属性是长度(也称为大小或模 )和方向。

知道定义后,我们再理解下向量在3D空间中的应用场景

在粒子系统中,通常用向量来表示粒子的速度和加速度。光的走向,多边形的朝向以及3D场景中的摄像机观察方向等许多地方都会用到向量。

下面来详细了解下向量的基础知识

向量相等:向量的属性中不包含位置信息,所以两个向量只要长度和方向相同,无论七点是否相同,我们就认为向量相等,很容易理解,这样的两个向量也彼此平行。

向量在坐标系中的如何表示

因为向量的的位置并不影响其属性,所以我们可以将所有彼此平行的向量进行平移,使其起点与坐标原点重合。当某一向量的起始端与坐标原点重合时,我们撑改箱量处于标准位置。这样,我们就可以用向量的重点坐标来描述一个处于标准位置的向量。用于描述向量的坐标称为分量(component)。

因为处于标准位置的向量都是用重点坐标来描述,这样当我们描述某一点时,很容易将点和向量混淆,为了突出二者的差别,我们来区分想点和向量的定义,点只描述坐标系中的一个位置,而向量描述了长度和方向

向量的长度

在几何学中,向量的模就是邮箱线段的长度,根据向量的各分量,我们可以通过代数方法计算该向量的大小,公式如下:

空间向量(x,y,z),其中x,y,z分别是三轴上的坐标,模长是:

平面向量(x,y),模长是:

向量的规范化(normalizing)

向量的规范化就是使向量的模变为1,即变为单位向量。我们通过将向量的每个分量都除以向量的模来实现向量的规范化

向量坐标都除于向量的长度

{1,2,3},长度是√1²+2²+3²=√14

标准化之后是

{1/√14,2/√14,3/√14}

新向量的长度恰好为1

标准化完毕

向量加法

向量的加法定义为两个向量对应的分量分别相加。注意,只有维数相等的两个向量才能进行加法运顺。

向量减法

向量的加法也是在两个向量的对应分量上进行的。同样,参与运算的向量维数必须一致。

向量加法几何解释

向量减法返回一个自V的末端指向U的末端的向量,如果我们把U和V的分量理解为点的坐标,便可使用向量减法求得自一点指向另一点的向量。

数乘

标量可以与向量相乘,该运算可以对向量进行缩放,该运算不改变向量的方向,除非该向量与负数相乘,这是向量的方向与原来的方向相反。

点积

设二维空间内有两个向量 向量a=(x1,y1) 向量b=(x2,y2).定义它们的数量积(又叫内积、点积)为以下实数:

向量a乘以向量b 等于x1x2+y1y2.

几何定义

AB=|A||B|cos

其运算结果是一个常量。

该定义只对二维和三维空间有效。

上述公式并不具有明显的集合意义。但由预先定理可以发现,两个向量的点积等于二者夹角的余弦再乘以两个向量的模的乘积。由此可以得知,如果u和v都是单位向量,则u乘以v就等于u,v夹角的余弦。

下面是点积的一些有用的性质:

向量这部分真的不少,时间不早了,今天就写到这里。

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