2 डी अंतरिक्ष में एक क्षेत्र हमेशा एक दीर्घवृत्त में परिणाम करता है?


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मेरा अंतर्ज्ञान हमेशा यह रहा है कि जब किसी भी गोले को 2 डी अंतरिक्ष में प्रक्षेपित किया जाता है कि परिणाम हमेशा गणितीय रूप से एक दीर्घवृत्त (या पतित मामलों में एक चक्र) होगा।

अतीत में जब मैं सक्रिय रूप से अपने स्वयं के ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग कर रहा था और अन्य लोगों के साथ इस बात को लाया कि वे अड़े थे कि मैं गलत था। अगर मुझे सही से याद है तो उन्हें विश्वास था कि परिणाम कुछ "अंडाकार" हो सकता है।

कौन सही था?


चूंकि पहले से ही एक जवाब प्रस्तुत किया गया है, मैं अपने प्रश्न को पूरी तरह से बदलना नहीं चाहता, लेकिन मुझे लगता है कि मैंने वर्षों से क्षेत्र के साथ परिचित होने के कारण महत्वपूर्ण विवरण छोड़ दिया है।

मैं विशेष रूप से परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण के बारे में पूछना चाहता हूं जहां प्रक्षेपण एक रैखिक अनुप्रयोग है

अन्य अनुमान निश्चित रूप से कई उपयोगों के लिए दिलचस्प हैं इसलिए मैं उन्हें इस बिंदु पर नहीं हटाना चाहूंगा। लेकिन यह बहुत अच्छा होगा यदि उत्तर उनके सबसे प्रमुख खंड के रूप में परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण हो सकते हैं।


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एक परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण को मानते हुए, AFAICS, व्यू-पॉइंट क्षितिज द्वारा गठित 'सीमा' एक (छोटा) शंकु होगा और इस प्रकार अधिकांश प्रक्षेपण एक शंकु खंड होगा: en.wikipedia.org/wiki.Conic_section । एक दीर्घवृत्त इस प्रकार एक संभावना है, लेकिन केवल एक ही नहीं है।
साइमन एफ

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उस स्थिति में मैं अपनी टिप्पणियों को एक उत्तर में बढ़ावा दूंगा ...
सिमोन एफ

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आपको एक बाधा जोड़ने की जरूरत है। fisheye भी एक परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण है, और आप दीर्घवृत्त नहीं मिलेगा। आपको जिस बाधा की आवश्यकता है, वह है रैखिकता।
v.oddou

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मैं इसके बजाय "जहां प्रक्षेपण एक रैखिक अनुप्रयोग है" जैसे कुछ कहना चाहूंगा। इसके लिए कुछ शॉर्टकट शब्द हो सकते हैं, जैसे "रैखिक एपिमोर्फिज्म" या कुछ और, लेकिन मैं लंबे समय से यह भूल गया था।
v.oddou

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इसे इस थ्रेड में कहीं जाना चाहिए, इसलिए इसे यहाँ जोड़ें :) Inigo Quilez के एनालिटिकल स्फीयर प्रोजेक्शन: shadertoy.com/view/XdBGzd
मिककेल गज़ेल

जवाबों:


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एक परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण और एक दृश्य बिंदु को क्षेत्र के लिए बाहरी मान लें, तो दृश्य बिंदु द्वारा गठित 'सीमा' और गोला पर वृत्त जो क्षितिज WRT को देखने का बिंदु बनाता है, एक शंकु होगा।

एक परिप्रेक्ष्य (एक विमान पर) प्रक्षेपण करना तो इस शंकु को विमान के साथ जोड़ने के बराबर है जो इस प्रकार एक शंकु अनुभाग का उत्पादन करता है। FYI चार, गैर-अध: पतन, मामलों को इस छवि में विकिपीडिया से दिखाया गया हैयहां छवि विवरण दर्ज करें

एक दीर्घवृत्त / चक्र इस प्रकार एक संभावना है, लेकिन केवल एक ही नहीं - अनबाउंड पैराबोलस या हाइपरबोलस (और मुझे लगता है कि यदि विमान आंख से गुजरता है, तो पतित मामले भी संभव हैं)।


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मैं यह कल्पना करने में असमर्थ हूं कि आपके तर्क के पूर्ण तर्क के बावजूद परिणाम एक परबोला या हाइपरबोला कैसे हो सकता है। कुछ शब्द स्पष्ट करते हैं कि ये किस तरह का लेआउट होगा, जो बहुत अच्छा होगा। सबसे अच्छा मैं अपने दिमाग को चारों ओर ले जा सकता हूं, "किसी तरह
शिशुओं के

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शायद कुछ समकक्ष मदद कर सकता है। कल्पना कीजिए कि आप एक टार्च (उत्तरी अमेरिका में उन लोगों के लिए टॉर्च) पकड़ रहे हैं, जो एक शंकुधारी बीम बनाता है, और आप एक अंधेरे खाली (अनंत) गोदाम में हैं। मशाल को फर्श पर रखकर आप एक दीर्घवृत्त देखते हैं। अब धीरे-धीरे टॉर्च की धुरी को क्षैतिज की ओर झुकाएं। दीर्घवृत्त उस बिंदु तक लंबा और लंबा हो जाएगा जब बीम का सबसे ऊपरी 'किनारा' क्षैतिज, यानी फर्श के समानांतर हो। अब प्रक्षेपण एक परवलय है और यह हमेशा के लिए फैल जाता है। इसे और झुकाने से हाइपरबोला बनेगा।
साइमन एफ

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@ ह्पीपिट्रिल: यह शायद ध्यान देने योग्य है कि, कैमरे के सामने एक व्यू प्लेन के साथ, एक ही रास्ता जिसे आप पेराबोला या हाइपरबोला के साथ खत्म कर सकते हैं, यदि कम से कम गोले का हिस्सा फोकल प्वाइंट और व्यू प्लेन के बीच हो।
इल्मरी करोनें

@ इल्मारियारोन: इस संदर्भ में "फोकल प्वाइंट" का क्या अर्थ होगा? आँख किस पर केंद्रित है? लुप्त बिंदु? (मैंने 12 या 13 साल की उम्र में खुद को 3 डी परिप्रेक्ष्य रोटेशन और प्रोजेक्शन सिखाया और गणित और शब्दावली में कभी प्रवाह नहीं प्राप्त किया।)
हिप्पेट्रिल

इस संदर्भ में @hippietrail फोकल बिंदु, शंकु का शीर्ष होगा। प्रभावी रूप से परिप्रेक्ष्य के "पिनहोल", पिनहोल कैमरा मॉडल। (PS नाम का अर्थ है "एक अजीब महिला से मिलना। उसने मुझे परेशान कर दिया है .."?)
साइमन एफ

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यह @ सिमोनफ के उत्तर की एक लंबी टिप्पणी की तरह है जो मैं कुछ हद तक आत्म निहित बनाने की कोशिश कर रहा हूं।

शंकु के सभी कटौती संभव हैं, हाइपरबोला, पेराबोला और अंडाकार। यह एक अत्यंत विस्तृत कोण कैमरा द्वारा 3 डी इंजन में चित्र खींचकर परीक्षण करना आसान है। 30 डिग्री के कोण में कहने के लिए कैमरे को घुमाएं ताकि ऑब्जेक्ट आपके फोकस के बीच में न हो। फिर धीरे-धीरे कैमरे को गोले के करीब ले जाएं।

यहां छवि विवरण दर्ज करें

चित्र 1: थोड़ा-सा बग़ल में देखने के लिए एक गोले के बहुत करीब से उड़ना। ध्यान दें कि कैसे हम अचानक सतह रूप को अंदर पंचर कर देते हैं।

तो जब क्षेत्र बहुत करीब होता है, तो इसे फिर से बनाने के लिए चित्र को विस्तृत चित्र में बाहर निकालता है, यह एक परवलय या अति परवलय हो सकता है। लेकिन आकार ऐसा करने के लिए फ्रेम से बाहर निकल जाएगा।


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क्या वास्तव में अच्छा हो सकता है यदि आपका एनीमेशन विभिन्न परिणामों के लिए छायांकन को बदल सकता है: एलिप्से के लिए सफेद कहो, हरे (परबोला के एक फ्रेम के लिए), और हाइपरबोला के लिए लाल। :-)
साइमन एफ

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@SimonF मैं इस बारे में सोचा था, मैं नथन रीड की तरह कुछ योजना बना रहा था। लेकिन मैं थोड़ा जल्दी में था, मैं भाग्यशाली था कि यह रेंडर किया गया। शुरू में मुझे थोड़ा संदेह हुआ कि क्या हाइपरबोला बिल्कुल भी मौजूद हो सकता है, लेकिन हाँ अब यह स्पष्ट लगता है।
पूजा

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प्रोजेक्शन सिस्टम का उपयोग 3D आकार को प्लानेर (2D) आकार में बदलने के लिए किया जाता है।

प्रक्षेपण प्रणाली के प्रकार के अनुसार, आयताकार, pies, दीर्घवृत्त, मंडलियों जैसे विभिन्न परिणाम और आकार ... एक क्षेत्र से बाहर का उत्पादन किया जा सकता है।

प्रोजेक्शन सिस्टम को उनके द्वारा उत्पन्न परिणाम की विशेषताओं द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है।

जारी रखने के लिए, मैं एक बहुत ही छूने योग्य और सामान्य उदाहरण का उपयोग करना चाहूंगा जो हमने पहले देखा है, पृथ्वी के गोले और वैश्विक व्यापक नक्शे, वे हर जगह हैं।

मान लीजिए कि आपका गोला पृथ्वी है!

पृथ्वी को अपने क्षेत्र के रूप में कल्पना करें और एक प्लैनर दुनिया का नक्शा जो पृथ्वी के गोलाकार आकार से बनाया गया है। दुनिया के अधिकांश मानचित्रों में, आप देखते हैं कि ध्रुवों के पास के देश वास्तविकता की तुलना में बहुत बड़े हो रहे हैं, जैसे आइसलैंड, जो कि वास्तव में अफ्रीका महाद्वीप का 1/14 है, लेकिन मानचित्र उन दोनों को समान दिखाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब हम एक आयाम को छोड़ रहे होते हैं तो हम अपनी आकृतियों की एक विशेषता को ढीला कर देते हैं।

विभिन्न प्रक्षेपण प्रणाली और उनके परिणाम

यह एक प्लैनर प्रोजेक्शन है जो दूरी, कोण या क्षेत्र का संरक्षण नहीं करता है। लाल घेरे अतिशयोक्ति की मात्रा को दर्शाते हैं जो इस प्रक्षेपण का उत्पाद है।

प्रथम

समान-क्षेत्र, इस एक में आइसलैंड और अफ्रीका को देखें और ऊपर से तुलना करें।

दूसरा

प्रोजेक्शन सिस्टम को वे संरक्षित करके वर्गीकृत किया जा सकता है।

  1. समान क्षेत्र।
  2. समान कोण जो विकृति (अनुरूप) के बिना आकृति को संरक्षित करता है।
  3. समान दूरी।
  4. ......

अनुरूप अनुमान आकृतियों को संरक्षित करते हैं लेकिन क्षेत्र को संरक्षित नहीं किया जाएगा (पहले ऊपर की तस्वीर) यह एक सबसे प्रसिद्ध प्रक्षेपण प्रणाली है जिसका उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है। आपका क्षेत्र यहाँ एक आयत है!


तो आप यह नहीं कह सकते कि एक गोले को हमेशा एक दीर्घवृत्त के रूप में पेश किया जाएगा। जैसा कि एक क्षेत्र के ऊपर उल्लेख किया गया है, एक आयत (पहली आकृति) के लिए प्रक्षेपित किया जा सकता है या एक दीर्घवृत्त हो सकता है, लेकिन विभिन्न विशेषताओं (समान कोण, दूरी, आकार, क्षेत्र - निम्न चित्र देखें) के साथ, या आप एक क्षेत्र में एक शंकु भी रख सकते हैं। और फिर शंकु खोलें ताकि आपके पास एक पाई हो।

उपरोक्त प्रत्येक प्रक्षेपण प्रणाली को पुनरावृत्त या प्रत्यक्ष एल्गोरिदम के साथ लागू किया जा सकता है जो इंटरनेट पर पाया जा सकता है। मैंने सूत्र और परिवर्तनों के बारे में बात नहीं की क्योंकि आपने नहीं पूछा। हालांकि मैं आपको इस उत्तर को उपयोगी साबित करना चाहता हूं।

तीसरा


परिप्रेक्ष्य के अनुमानों में, मैं कहता हूं कि केवल अंडाकार क्षेत्रों से ही उत्पादन किया जाएगा

एक क्षैतिज विमान के साथ एक शंकु काटना एक चक्र बनाता है।

तिरछे प्लेन के साथ काटने से एक बेवल बनता है जो कटिंग एंगल के आधार पर एक दीर्घवृत्त या हाइपरबोला होगा, और जब यह कोण वर्टिकल होने का संकेत देता है तो एक पैराबोला (निम्न चित्र) बनाएगा।

अंडाकार

शायद यह स्पष्ट है लेकिन उनके समीकरणों पर एक नज़र डालें।

सादगी के लिए मैंने माना कि सभी ज्यामिति मूल केंद्रित हैं।

समीकरण:

x2+y2=r2

x2/a2+y2/b2=1

x2/a2y2/b2=1

y2=4ax

आकृति विज्ञान:

एक दीर्घवृत्त स्पष्ट रूप से दो foci है। एक विशेष प्रकार के दीर्घवृत्त के रूप में एक चक्र में दो foci भी हैं, लेकिन वे संयोग हैं। एक हाइपरबोला हालांकि अपने समान दीर्घवृत्त का ऐ अक्ष धुरी दर्पण है और इसमें दो foci भी हैं। एक पेराबोला में एक फोकस होता है लेकिन वास्तव में इसमें दो होते हैं क्योंकि दूसरा एक अनंत पर होता है: जब काटने वाला विमान 90 डिग्री (असर कोण) पर झुकाव करता है, तो दूसरा ध्यान अनंत पर जाता है।

निष्कर्ष

जैसा कि आप देखते हैं कि सभी दीर्घवृत्त हैं, हालांकि आप विशेष मामलों का वर्णन करने के लिए उन्हें अलग नाम दे सकते हैं, लेकिन यदि आप इसे एक गेम में लागू करने जा रहे हैं, तो आपको एक दीर्घवृत्त समीकरण मानने की आवश्यकता है और यह पर्याप्त है। मैं नहीं बता सकता कि आप लोगों में से कौन सही है, आप या आपका दोस्त, क्योंकि दोनों ही सही हो सकते हैं।


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आपके उत्तर के लिए धन्यवाद। कृपया परिप्रेक्ष्य जोड़ने के बारे में मेरा ऐडेंडा देखें। मेरे मूल शब्दों में इस निरीक्षण के लिए क्षमा याचना।
हिप्पिएट्रेल

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हां मैंने अपने मूल प्रश्न में इसे शामिल करने की कोशिश की। अंक और लाइन सेगमेंट अन्य पतित दीर्घवृत्त हैं जो मुझे विश्वास है।
हिप्पिएट्रैल

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@ ह्पीपिट्रिल: पृथ्वी वास्तव में परिप्रेक्ष्य अनुमानों के लिए एक उत्कृष्ट उदाहरण है। यदि आप एक साधारण फोटोग्राफ को बाहर की ओर ले जाते हैं, तो कैमरे को क्षितिज की ओर इंगित करते हैं, तो (यह मानते हुए कि आपके लेंस में कोई विकृति नहीं है, और यह कि पृथ्वी लगभग एक संपूर्ण क्षेत्र है) चित्र में पृथ्वी की छवि होगी (एक खंड) एक बहुत व्यापक हाइपरबोला।
इल्मरी करोनें

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@ इल्मारियारोन: वाह, जो इसे सुपर स्पष्ट बनाता है और अपने स्वयं के उत्तर के योग्य है! वहाँ इस का एक संस्करण है कि एक parabola में परिणाम होगा?
हिप्पिएट्रेल

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@ ह्पीप्राटील मैं अपने उत्तर के अंत में कुछ स्पष्टीकरण देता हूं, आशा है कि यह संपादित प्रश्न के नए पहलुओं का जवाब दे सकता है। और आपके पूरक के लिए धन्यवाद।
इमान

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साइमनएफ के तर्क ने मुझे मूल रूप से आश्वस्त किया, लेकिन मैंने एक विवेक जांच करने का फैसला किया। मैंने एक UE4 स्तर को लोड किया जो कुछ क्षेत्रों में होता है, जैसे कि यह एक:

यहां छवि विवरण दर्ज करें

मैंने कैमरा FOV को 160 डिग्री तक सेट किया ताकि बहुत सारे परिप्रेक्ष्य में विकृति पैदा हो, और इसे पोस्ट किया ताकि गोला छवि के कोने के पास हो:

यहां छवि विवरण दर्ज करें

तब मैंने इसे इंक्सस्केप में लिया और इसे खींचने के लिए दीर्घवृत्त उपकरण का उपयोग किया:

यहां छवि विवरण दर्ज करें

आश्चर्य! यह एक सही फिट है!


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बहुत ही प्रचलित चित्र! आप पेराबोला और हाइपरबोला मामलों से निपटने के बारे में क्या सोचते हैं?
हिप्पियेट्रिल

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@hippietrail दुर्भाग्य से, वेक्टर कला कार्यक्रमों में पैराबोला और हाइपरबोला उपकरण नहीं होते हैं जिस तरह से उनके पास दीर्घवृत्त उपकरण होते हैं, इसलिए यह थोड़ा कठिन होगा ... :)
नाथन रीड

@NathanReed सुनिश्चित करें, लेकिन उनके पास सामान्य रेखांकन उपकरण हैं, (यदि आप मुझसे एक प्राप्त नहीं कर सकते हैं) एक सामान्य पैराबल और पैमाने / फिट करने के लिए घुमाएँ।
पूजा १६'१५ को

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जब एक बार एक गोले को काटते हैं तो कोई परवल या हाइपरबोलस नहीं बनता है। विशेष वृत्त को छोड़कर कोई भी दीर्घवृत्त नहीं हैं जो एक वृत्त है। परिणाम हमेशा एक वृत्त होता है। यदि आप एक झुके हुए तल पर गोला बनाते हैं तो आपको एक दीर्घवृत्त मिलता है


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अन्य उत्तर इंगित करते हैं कि एक दीर्घवृत्त के अलावा अन्य आकार संभव हैं। क्या आप प्रदर्शित कर सकते हैं कि वे गलत क्यों हो सकते हैं?
साइमन एफ
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