Redigerer Sentralperspektiv (avsnitt)

==Albertis konstruksjon==
[[Fil:Della Pittura Alberti perspective pillars on grid.jpg|right|thumb|280px|Eksempel fra [[1436]] på bruk av sentralperspektiv i ''Trattato della pittura'' av [[Leon Battista Alberti]].]]
En korrekt, geometrisk forståelse av sentralperspektivet ble først demonstrert i [[Firenze]] av [[Filippo Brunelleschi|Brunelleschi]] tidlig på [[1400]]-tallet og gjort kjent av [[Leon Battista Alberti|Alberti]]. Denne metoden ble så forbedret og videreutviklet av [[Piero della Francesca]] noen tiår senere.

Alberti tenkte seg et objektplan eller ''grunnplan'' som skal avbildes på et billedplan som stod normalt på dette. Disse to planene skjærer hverandre i en ''grunnlinje''. Et punkt i objektplanet forbindes med en rett linje som går til øyet. Dette punktet avbildes i billedplanet der denne linjen eller strålen passerer dette. Øyet tenkes vanligvis å befinne seg bak billedplanet i en avstand ''d'' fra dette samt i en høyde ''h'' over grunnplanet. 
Punkter som ligger uendelig langt borte, vil nå forbindes med øyet via linjer som er parallelle med dette planet. De vil passere billedplanet et eller annet sted på en linje som ligger i en høyde ''h'' over grunnlinjen. Dette er [[horisont]]en i bildet. 

Parallelle linjer i objektplanet som står [[vinkelrett|normalt]] på grunnlinjen, vil på denne måten fremstilles i bildet som rette linjer gjennom et punkt på horisonten. Dette er forsvinningspunktet for disse parallelle linjene. Det ligger der en stråle gjennom øyet som går parallelt med grunnplanet og vinkelrett på billedplanet, treffer dette og er bildets ''hovedpunkt''. Parallelle linjer i en annen retning vil ha et annet forsvinningspunkt på horisonten til siden for hovedpunktet.

===Projektiv transformasjon===
[[Fil:Alberti-1.jpg|left|thumb|320px|Koordinatsystem for en sentralprojeksjon med bildeplanet i ''xy''-planet normalt på grunnplanet.]]
For hvert punkt på objektet som skal avbildes, finnes det et bestemt punkt i bildet. Dette kan konstrueres eller beregnes ved bruk av [[euklidsk geometri]] basert på at disse to punktene er forbundet med en rett linje som går gjennom øyet. Ved en beregning er det nødvendig å benytte et [[koordinatsystem]]. Man kan velge en ''x''-akse langs grunnlinjen og en ''y''-akse normalt på denne og gjennom hovedpunktet ''H'' i bildet. Dette har da koordinatene ''(0,h,0)'' når ''z''-aksen ligger i grunnplanet. Øyet ''O'' får dermed koordinatene ''(0,h,-d)''.

Et objektpunkt ''P'&thinsp;'' i grunnplanet er gitt med koordinatene ''(x',0,z')''. Punkt {{nowrap|''P {{=}} (x,y,z)''}} på den rette linjen derfra og gjennom øyet ''O'' får dermed koordinater gitt ved {{nowrap|''P {{=}} P' + &lambda;(O - P')''}} hvor ''&lambda;'' er en parameter langs linjen. Objektpunktet tilsvarer {{nowrap|''&lambda; {{=}} 0'',}} mens øyet er plassert der {{nowrap|''&lambda; {{=}} 1''.}} Da bildeplanet er plassert i {{nowrap|''z {{=}} 0'',}} må punktene i bildet ha {{nowrap|''&lambda; {{=}} z'/(z' + d)''.}} Med denne verdien for parameteren kan så ''x-'' og ''y''-koordinatene til bildepunktet ''P'' som tilsvarer objektpunktet ''P'&thinsp;'', beregnes fra ligningen for linjen. Resultatet blir

: <math> x = {dx'\over z' + d}, \;\;\; y = {hz'\over z' + d} </math>

Disse to ligningene beskriver en [[projektiv transformasjon]] fra punkt i objektplanet til punkt i bildeplanet. Alle egenskapene til bildet følger fra denne matematiske sammenhengen.

Selv om de to ligningene er ikke-lineære, vil de likevel avbilde en rett linje i objektplanet som en rett linje. Det kan man se ved å skrive dem slik at de tar formen {{nowrap|''x' {{=}} hx/(h - y)''}} og {{nowrap|''z' {{=}} dy/(h - y)''.}} Da en rett linje vinkelrett på ''x''-aksen i grunnplanet er gitt som {{nowrap|''x {{=}} a''}} hvor konstanten ''a'' angir hvor den skjærer denne aksen, vil den i bildeplanet bli avbildet slik at betingelsen {{nowrap|''a {{=}} hx/(h - y)''}} må være oppfylt. Denne kan skrives om til ligningen {{nowrap|''y/h {{=}} 1 - x/a''.}} I bildeplanet er dette en rett linje som starter i ''(a,0)'' og går gjennom ''(0,h)'' uavhengig av verdien for ''a''. Dette er derfor forsvinningspunktet.  Det tilsvarer at koordinaten for objektpunktet {{nowrap|''z' &rarr; &infin;''.}} For disse linjene normalt på grunnlinjen faller forsvinningspunktet sammen med hovedpunktet i bildet.

===Forkortning===
[[Fil:Alberti-2.jpg|right|thumb|320px|Hvordan et 4&times;2 kvadratisk rutemønster i objektplanet geometrisk kan konstrueres i et bildeplanet.]]
Det som tidligere hadde vært mest usikkert rundt sentralperspektivet, var ''forkortningen'' som skulle benyttes i bildet for å fremstille at avstanden mellom ekvidistante linjer i objektplanet som er parallelle med grunnlinjen, avtar med dybden i bildet. En slik linje er gitt ved ligningen {{nowrap|''z' {{=}} b&thinsp;''}} hvor konstanten ''b'' angir dens avstand fra grunnlinjen. Innsatt i transformasjonsligningen finner man at den vil opptre i bildet i en høyde over grunnlinjen gitt ved 

: <math> y = {h\over 1 + d/b} </math>

Avstanden mellom slike ekvidistante linjer vil derfor avta mot null etter som de nærmer seg horisonten.

[[Piero della Francesca]] viste hvordan denne forkortningen kunne konstrueres rent geometrisk på en enkel måte. Man setter av et punkt på horisonten  i bildeplanet i avstand ''d'' fra ''y''-aksen. Dette punktet knyttes med en rett linje til et punkt på grunnlinjen på den andre siden av ''y''-aksen og i en avstand ''a'' fra denne. Der hvor denne linjen skjærer ''y''-aksen, vil det horisontale bildet av linjen {{nowrap|''z' {{=}} b&thinsp;''}} ligge. Dette følger fra [[transversalteoremet]].

Historisk ble denne metoden benyttet til å avbilde korrekt et regulært rutenett i objektplanet, et ''pavimento''. I figuren til høyre er vist hvordan et slikt 4&times;2 rutenett med kvadratiske fliser vil fremkomme i bildet. Man ser at ''distansepunktet'' ''D'' til della Francesca med koordinatene ''(-d,h)'' på horisonten er forsvinningspunktet for den ene diagonalen i rutene.

===Parabel blir ellipse===

En [[parabel]] i billedplanet med toppunkt i origo har ligningen ''z' = kx'<sup>&thinsp;2</sup>'' hvor ''k'' er en konstant som bestemmer dens utstrekning. I en [[parameterfremstilling]] kan den alternativt defineres ved de to ligningene ''x' = t'' og ''z' = kt<sup>&thinsp;2</sup>''. Toppunktet tilsvarer ''t = 0'', mens den går mot uendelig for ''t &rarr; &plusmn; &infin;''. Fra de projektive transformasjonsligningene vil bildet av parabelen da få parameterfremstillingen

: <math> x = {dt\over kt^2 + d},\;\;\; y = {hkt^2\over kt^2 + d}   </math>

Dette fremstiller en lukket [[kurve]] da punktet i det uendelig fjerne ''t &rarr; &plusmn; &infin;'' blir avbildet til hovedpunktet ''H = (0,h)''. Mer presist ser man det ved å eliminere parameteren ''t&thinsp;'' i de to ligningene. Det gir ligningen

: <math> \left({x\over d'/2}\right)^2 + \left({y - h/2\over h/2}\right)^2 = 1  </math>

som beskriver en [[ellipse]] med sentrum i punktet ''(0,h/2)'' og med halvakser lik med ''h/2'' og ''d'/2&thinsp;'' hvor ''d' = &radic;(d/k)''. Dette er typisk for [[projektiv geometri]] hvor de forskjellige [[kjeglesnitt]]ene kan gå over i hverandre under slike projektive transformasjoner.