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三维仿射变换（3D Affine Transformation）是三维空间中通过线性变换（旋转、缩放、剪切）和平移组合实现的几何变换，有以下特性：
1、直线性：直线变换后仍为直线；
2、平行性：平行平面变换后仍平行；
3、共线比例不变性：线段上点的相对比例保持不变。

数学表示：齐次坐标与4×4矩阵

三维仿射变换通常使用齐次坐标和4×4矩阵表示，以便统一处理平移和线性变换：

线性变换部分：左上3×3子矩阵，控制旋转、缩放、剪切：

平移向量：右侧列向量 控制位移。

平移（Translation）

仅改变位置，形状和方向不变（角标x、y，z 表示3个维度的方向）：

缩放（Scaling）

沿坐标轴按比例放大或缩小：

• 均匀缩放：S x​ =Sy =Sz ；
• 非均匀缩放：比例不同导致形变。

旋转（Rotation）

绕坐标轴旋转角度θ，常用旋转矩阵：

• 绕X轴：

• 绕Y轴

• 绕Z轴
  

剪切（Shear）

沿某一方向倾斜变形：
X方向剪切（影响Y和Z）：

Y方向剪切（影响X和Z）：

代码实现

NumPy：使用4×4矩阵进行变换计算。

import numpy as np# 定义点（齐次坐标）
point = np.array([1, 2, 3, 1])# 绕Y轴旋转90度 + 平移(5,0,0)
M = np.array([[0, 0, 1, 5],[0, 1, 0, 0],[-1, 0, 0, 0],[0, 0, 0, 1]
])# 应用变换
transformed_point = M @ point
print(transformed_point[:3])  # 输出 [8, 2, -1]