Projection sphérique

Discussion générale entre passionnés et amateurs de mathématiques sur des sujets mathématiques variés
Chaeris
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Projection sphérique

par Chaeris » 27 Oct 2015, 17:50

Bonjour !

Je travaille en ce moment sur les projections sphériques. J'ai réussi à projeter un objet dessiné sur un plan sur une sphère (de rayon 1 et de centre C(0;0;1) ).
Maintenant j'aimerais projeter l'objet dessiné sur ma sphère (dont j'ai les coordonnées x, y et z de chaque point définies paramétriquement) sur un plan, mais de la façon suivante :
en partant du pôle Sud de la sphère (comme étant 0;0), j'aimerais tracer sur un plan chaque point en fonction de sa latitude et de sa longitude.
C'est la Projection cylindrique équidistante plate carrée :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Projection_cylindrique_%C3%A9quidistante
x = lambda
y = phi

Un peu comme le système GPS sur Terre mais avec le méridien de Greenwitch étant le grand cercle le long de l'axe y, et l'équateur comme étant le grand cercle le long de l'axe x, avec comme point d'origine le pôle Sud de la sphère donc le point de coordonnées O (0; 0; 0) (puisque ces deux grands cercles se coupent deux fois : une fois au pôle Sud et l'autre au pôle Nord).



Pour récapituler : je connais les coordonnées x, y et z de chaque point, je sais qu'ils sont tous sur une sphère de rayon 1 et centrée sur le point C(0;0;1), je sais que "l'origine" de la latitude et de la longitude est le pôle Sud de la sphère, de coordonnées O(0;0;0), que la la longitude augmente quand y est positif et que le méridien 0 est le grand cercle le long de l'axe y, que la latitude augment lorsque x est positif et que l'équateur est le grand cercle le long de l'axe x.

J'ai bien trouvé des formules de conversion de coordonnées cartésienne vers sphériques, mais comme le montre bien cette image :
Image
ça ne considère pas le pôle Sud comme latitude et longitude 0, et la latitude est comptée comme partant du pôle Nord tandis que la longitude part du point (0;1;0) : c'est vraiment pas pratique. J'ai essayé d'effectuer des rotations de la sphère pour l'alligner avec ces coordonnées, mais je n'ai pas réussi à obtenir cette projection (j'ai probablement dû me tromper dans le sens de rotation, ce genre de chose, mais toujours est-il que ça ne fonctionne pas comme je le voudrais).

Grâce à WolframAlpha, j'ai pu trouver une fonction arc-tangente qui prend en compte le côté positif/négatif des coordonnées des points (les cadrants, je crois que c'est comme ça qu'on appelle ça, le quartier du graphique si vous voulez) :
tan^(-1)(x,y) = -i*ln( (x+i*y)/sqrt(x²+y²) ) (vous pouvez essayer cette fonction pour comprendre comment elle marche).
C'est l'équivalent de tan^(-1)(y/x) lorsque y et x sont positifs (et prend et compte le signe de x et y pour déterminer l'angle). (malgré les apparences, cette fonction est bien définie sur R tant que x et y sont des réels, avec x et y différents de 0).
Ce qui est extrêmement utile pour trouver la latitude et longitude d'un point sur la sphère (même si pour le moment, visiblement, j'ai du mal à l'utiliser).

Merci d'avance !



Robot

par Robot » 27 Oct 2015, 18:06

C'est difficilement compréhensible.
Quelle est ta question ? essaie de la formuler de manière précise.
Tu veux, étant donné les coordonnées d'un point de la sphère, trouver sa latitude et la longitude ? (sur le dessin, désigne la longitude et la colatitude).

Chaeris
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par Chaeris » 27 Oct 2015, 21:28

Je ne connaissais pas l'existance de la colatitude, et j'ai l'impression que justement c'est ce qui m'a perdu dans mes formules (probablement une confusion dans la notation, ce genre de choses).
Si tu connais donc les formules qui permettent, à partir des coordonnées x,y,z d'un point, d'obtenir la latitude et longitude d'un point, je suis preneur (ensuite je me débrouillerai avec mon histoire de pôle et de méridien 0 et équateur, et si jamais je n'y arrive toujours pas je reviendrai avec plus d'explications et surtout des schémas, parce qu'on travaille en 3D, et que c'est difficile à visualiser sans schéma).

Robot

par Robot » 27 Oct 2015, 23:16

Bah la colatitude c'est tout simplement 90° moins la latitude. Pas de quoi s'affoler.

Soit un point de la sphère unité (centrée à l'origine). On suppose que l'équateur est l'intersection avec le plan et que les longitudes sont par rapport au méridien origine qui est le demi-grand cercle intersection avec le plan , du côté des positifs (de sorte que le point (1,0,0) est le point de latitude 0 et longitude 0).

Alors la latitude est , et la longitude est .

La première formule est claire, la deuxième le devient quand on contemple le dessin suivant :

Image

La formule pour la longitude a un bug aux pôles () bien entendu, et aussi pour et (cas où la longitude est °).

Chaeris
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par Chaeris » 28 Oct 2015, 01:32

Merci, j'y vois déjà un peu plus clair.

Avec ce schéma, j'ai l'impression que la longitude pourrait tout simplement être arctan(y/x).
J'ai aussi l'impression que la latitude pourrait être définie par arctan(z/y).

EDIT :
J'ai cherché (en fait je suis reparti de ton schéma et je l'ai reporté à mon cas), et j'en suis arrivé à la conclusion que, dans mon cas spécifique (donc avec mon pôle Sud comme latitude et longitude 0 et respectivement le grand cercle intersection avec le plan x=0 et y=0 pour équateur et méridien, mais passons), voilà les équations à utiliser :



Avec lambda pour la latitude et phi pour la longitude.
Ces deux équations n'admettent des valeurs interdites que si toutes les variables sont nulles, et donnent des angles en radian de -pi à pi dans chaque cas.

Robot

par Robot » 28 Oct 2015, 09:11

Chaeris a écrit:Avec ce schéma, j'ai l'impression que la longitude pourrait tout simplement être arctan(y/x).

Ce que tu proposes ne marche que pour les longitudes strictement comprises entre et : pour et par exemple, ta formule donne , alors que la longitude est .
La formule (classique !) que je propose permet d'avoir tout le temps une valeur correcte en passant par l'angle moitié.

Chaeris a écrit:J'ai aussi l'impression que la latitude pourrait être définie par arctan(z/y).

Ca c'est faux. Si tu veux absolument de l'arctangente, la formule correcte est . Compte tenu du fait que , ça revient bien sûr au même que , et me semble plus simple !

Chaeris a écrit:EDIT :
J'ai cherché (en fait je suis reparti de ton schéma et je l'ai reporté à mon cas), et j'en suis arrivé à la conclusion que, dans mon cas spécifique (donc avec mon pôle Sud comme latitude et longitude 0 et respectivement le grand cercle intersection avec le plan x=0 et y=0 pour équateur et méridien, mais passons), voilà les équations à utiliser :



Avec lambda pour la latitude et phi pour la longitude.
Ces deux équations n'admettent des valeurs interdites que si toutes les variables sont nulles, et donnent des angles en radian de -pi à pi dans chaque cas.


Tes formules sont fausses. Déjà si l'équateur est le grand cercle intersection avec la plan , ta formule pour la longitude à l'équateur donne , autrement dit toujours égal à 0 pour , et indéfini pour (la détermination principale du logarithme complexe n'est pas définie sur les réels négatifs). Tu as dû te mélanger les pinceaux entre les et les . Quant à la formule que tu donnes pour la latitude, elle est tout aussi en défaut.

Tu utilises le logarithme complexe. C'est plus délicat que tu as l'air de le penser, il y a un problème de détermination auquel on ne peut pas échapper. C'est la même chose que pour l'argument d'un nombre complexe, il n'est défini qu'à un multiple de près. D'ailleurs la formule que tu donnes revient à dire que est l'argument du nombre complexe . C'est faux, j'ai déjà expliqué pourquoi, mais je veux insister sur le point que (la détermination principale de) l'argument du nombre complexe, quand celui-ci n'est pas un réel négatif ou nul, peut être calculé comme . On trouve cette formule par exemple dans cette page wikipedia consacrée à l'argument d'un nombre complexe , et tu reconnais bien sûr la formule que j'ai donnée pour la longitude.

 

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