模块 mbcp.mp_math.vector
本模块定义了3维向量的类Vector3,以及一些常用的向量。
class Vector3
method __init__(self, x: float, y: float, z: float)
说明: 3维向量
参数:
- x (
float
): x轴分量- y (
float
): y轴分量- z (
float
): z轴分量
源代码 或 在GitHub上查看
def __init__(self, x: float, y: float, z: float):
self.x = x
self.y = y
self.z = z
method approx(self, other: Vector3, epsilon: float = APPROX) -> bool
说明: 判断两个向量是否近似相等。
参数:
返回: bool
: 是否近似相等
源代码 或 在GitHub上查看
def approx(self, other: 'Vector3', epsilon: float=APPROX) -> bool:
return all([abs(self.x - other.x) < epsilon, abs(self.y - other.y) < epsilon, abs(self.z - other.z) < epsilon])
method cal_angle(self, other: Vector3) -> AnyAngle
说明: 计算两个向量之间的夹角。
TIP
向量夹角计算公式:
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: AnyAngle
: 夹角
源代码 或 在GitHub上查看
def cal_angle(self, other: 'Vector3') -> 'AnyAngle':
return AnyAngle(math.acos(self @ other / (self.length * other.length)), is_radian=True)
method cross(self, other: Vector3) -> Vector3
说明: 向量积 叉乘:v1 x v2 -> v3
TIP
叉乘运算法则为:
转换为行列式形式:
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: Vector3
: 叉乘结果
源代码 或 在GitHub上查看
def cross(self, other: 'Vector3') -> 'Vector3':
return Vector3(self.y * other.z - self.z * other.y, self.z * other.x - self.x * other.z, self.x * other.y - self.y * other.x)
method is_approx_parallel(self, other: Vector3, epsilon: float = APPROX) -> bool
说明: 判断两个向量是否近似平行。
参数:
返回: bool
: 是否近似平行
源代码 或 在GitHub上查看
def is_approx_parallel(self, other: 'Vector3', epsilon: float=APPROX) -> bool:
return self.cross(other).length < epsilon
method is_parallel(self, other: Vector3) -> bool
说明: 判断两个向量是否平行。
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: bool
: 是否平行
源代码 或 在GitHub上查看
def is_parallel(self, other: 'Vector3') -> bool:
return self.cross(other).approx(zero_vector3)
method normalize(self)
说明: 将向量归一化。
自体归一化,不返回值。
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def normalize(self):
length = self.length
self.x /= length
self.y /= length
self.z /= length
method project(self, other: Vector3) -> Vector3
说明: 计算自向量在另一个向量上的投影向量。
TIP
投影向量计算公式,
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: Vector3
: 投影向量
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def project(self, other: 'Vector3') -> 'Vector3':
return self @ other / other.length * other.unit
method np_array(self) -> np.ndarray
返回: np.ndarray
: numpy数组
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@property
def np_array(self) -> 'np.ndarray':
return np.array([self.x, self.y, self.z])
method length(self) -> float
说明: 向量的模。
返回: float
: 模
源代码 或 在GitHub上查看
@property
def length(self) -> float:
return math.sqrt(self.x ** 2 + self.y ** 2 + self.z ** 2)
method unit(self) -> Vector3
说明: 获取该向量的单位向量。
返回: Vector3
: 单位向量
源代码 或 在GitHub上查看
@property
def unit(self) -> 'Vector3':
return self / self.length
method __abs__(self)
源代码 或 在GitHub上查看
def __abs__(self):
return self.length
@overload
method self + other: Vector3 => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __add__(self, other: 'Vector3') -> 'Vector3':
...
@overload
method self + other: Point3 => Point3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __add__(self, other: 'Point3') -> 'Point3':
...
method self + other
说明: V + P -> P
V + V -> V
参数:
源代码 或 在GitHub上查看
def __add__(self, other):
if isinstance(other, Vector3):
return Vector3(self.x + other.x, self.y + other.y, self.z + other.z)
elif isinstance(other, Point3):
return Point3(self.x + other.x, self.y + other.y, self.z + other.z)
else:
raise TypeError(f"unsupported operand type(s) for +: 'Vector3' and '{type(other)}'")
method self == other
说明: 判断两个向量是否相等。
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: bool
: 是否相等
源代码 或 在GitHub上查看
def __eq__(self, other):
return approx(self.x, other.x) and approx(self.y, other.y) and approx(self.z, other.z)
method self + other: Point3 => Point3
说明: P + V -> P
别去点那边实现了。
参数:
- other (
Point3
): 另一个点
返回: Point3
: 新的点
源代码 或 在GitHub上查看
def __radd__(self, other: 'Point3') -> 'Point3':
return Point3(self.x + other.x, self.y + other.y, self.z + other.z)
@overload
method self - other: Vector3 => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __sub__(self, other: 'Vector3') -> 'Vector3':
...
@overload
method self - other: Point3 => Point3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __sub__(self, other: 'Point3') -> 'Point3':
...
method self - other
说明: V - P -> P
V - V -> V
参数:
源代码 或 在GitHub上查看
def __sub__(self, other):
if isinstance(other, Vector3):
return Vector3(self.x - other.x, self.y - other.y, self.z - other.z)
elif isinstance(other, Point3):
return Point3(self.x - other.x, self.y - other.y, self.z - other.z)
else:
raise TypeError(f'unsupported operand type(s) for -: "Vector3" and "{type(other)}"')
method self - other: Point3
说明: P - V -> P
参数:
- other (
Point3
): 另一个点
返回: Point3
: 新的点
源代码 或 在GitHub上查看
def __rsub__(self, other: 'Point3'):
if isinstance(other, Point3):
return Point3(other.x - self.x, other.y - self.y, other.z - self.z)
else:
raise TypeError(f"unsupported operand type(s) for -: '{type(other)}' and 'Vector3'")
@overload
method self * other: Vector3 => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __mul__(self, other: 'Vector3') -> 'Vector3':
...
@overload
method self * other: RealNumber => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
@overload
def __mul__(self, other: RealNumber) -> 'Vector3':
...
method self * other: int | float | Vector3 => Vector3
说明: 数组运算 非点乘。点乘使用@,叉乘使用cross。
参数:
返回: Vector3
: 数组运算结果
源代码 或 在GitHub上查看
def __mul__(self, other: 'int | float | Vector3') -> 'Vector3':
if isinstance(other, Vector3):
return Vector3(self.x * other.x, self.y * other.y, self.z * other.z)
elif isinstance(other, (float, int)):
return Vector3(self.x * other, self.y * other, self.z * other)
else:
raise TypeError(f"unsupported operand type(s) for *: 'Vector3' and '{type(other)}'")
method self * other: RealNumber => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
def __rmul__(self, other: 'RealNumber') -> 'Vector3':
return self.__mul__(other)
method self @ other: Vector3 => RealNumber
说明: 点乘。
参数:
- other (
Vector3
): 另一个向量
返回: float
: 点乘结果
源代码 或 在GitHub上查看
def __matmul__(self, other: 'Vector3') -> 'RealNumber':
return self.x * other.x + self.y * other.y + self.z * other.z
method self / other: RealNumber => Vector3
源代码 或 在GitHub上查看
def __truediv__(self, other: RealNumber) -> 'Vector3':
return Vector3(self.x / other, self.y / other, self.z / other)
method - self => Vector3
说明: 取负。
返回: Vector3
: 负向量
源代码 或 在GitHub上查看
def __neg__(self) -> 'Vector3':
return Vector3(-self.x, -self.y, -self.z)
var zero_vector3
说明: 零向量
类型:
Vector3
默认值:
Vector3(0, 0, 0)
var x_axis
说明: x轴单位向量
类型:
Vector3
默认值:
Vector3(1, 0, 0)
var y_axis
说明: y轴单位向量
类型:
Vector3
默认值:
Vector3(0, 1, 0)
var z_axis
说明: z轴单位向量
类型:
Vector3
默认值:
Vector3(0, 0, 1)