在三维图形学中，几何变换大致分为三种，平移变换（Translation），缩放变换（Scaling），旋转变换（Rotation）。以下讨论皆针对DirectX，所以使用左手坐标系。
平移变换
将三维空间中的一个点[x, y, z, 1]移动到另外一个点[x', y', z', 1]，三个坐标轴的移动分量分别为dx=Tx, dy=Ty, dz=Tz, 即
x' = x + Tx
y' = y + Ty
z' = z + Tz
平移变换的矩阵如下。
缩放变换
将模型放大或者缩小，本质也是对模型上每个顶点进行放大和缩小（顶点坐标值变大或变小），假设变换前的点是[x, y, z, 1]，变换后的点是[x', y', z', 1]，那么
x' = x * Sx
y' = y * Sy
z' = z * Sz
缩放变换的矩阵如下。
旋转变换
这是三种变换中最复杂的变换，这里只讨论最简单的情况，绕坐标轴旋转，关于绕任意轴旋转，在后续的随笔中介绍。
绕X轴旋转
绕X轴旋转时，顶点的x坐标不发生变化，y坐标和z坐标绕X轴旋转θ度，旋转的正方向为顺时针方向（沿着旋转轴负方向向原点看）。[x, y, z, 1]表示变换前的点，[x', y', z', 1]表示变换后的点。变换矩阵如下。
关于旋转的正方向，OpenGL与多数图形学书籍规定旋转正方向为逆时针方向（沿着坐标轴负方向向原点看），比如Computer Graphics C Version，p409。
绕Y轴旋转
绕Y轴旋转时，顶点的y坐标不发生变化，x坐标和z坐标绕Y轴旋转θ度。[x, y, z, 1]表示变换前的点，[x', y', z', 1]表示变换后的点。变换矩阵如下。
绕Z轴旋转
绕Z轴旋转时，顶点的z坐标不发生变化，x坐标和y坐标绕Z轴旋转θ度。[x, y, z, 1]表示变换前的点，[x', y', z', 1]表示变换后的点。变换矩阵如下。
绕坐标轴旋转的矩阵推导
上面三个旋转矩阵是如何得来的呢？我们推导一下，首先看一下二维的情况，再扩展到三维即可。实际上上面三种绕坐标轴旋转的情况属于特殊的二维旋转，比如绕Z轴旋转，相当于在与XOY平面上绕原点做二维旋转。
假设点P(x, y)是平面直角坐标系内一点，其到原点的距离为r，其与X轴的夹角为A，现将点P绕原点旋转θ度，得到点P'(x', y')，P'与X轴的夹角为B，则A = B - θ。（注意，在二维坐标中，逆时针旋转时角度为正，顺时针旋转时角度为负，下图中由P旋转到P'，角度为θ，若是由P'转到P，则角度为-θ）。
于是可得下面的转换方程
（式一）
写成矩阵的形式就是
求得旋转矩阵为
由于这里使用齐次坐标，所以还需加上一维，最终变成如下形式
绕Z轴旋转矩阵
和前面给出的绕Z轴旋转矩阵完全吻合。
对于绕X轴旋转的情况，我们只需将式一中的x用y替换，y用z替换，z用x替换即可。替换后得到
(式二)
对应的旋转矩阵为
绕X轴旋转矩阵
对于绕Y轴旋转的情况，只需对式二做一次同样的替换即可，的到的变换方程为
对应的变换矩阵为
绕Y轴旋转矩阵
逆矩阵
平移变换矩阵的逆矩阵与原来的平移量相同，但是方向相反。
旋转变换矩阵的逆矩阵与原来的旋转轴相同但是角度相反。
缩放变换的逆矩阵正好和原来的效果相反，如果原来是放大，则逆矩阵是缩小，如果原来是缩小，则逆矩阵是放大。
原文：http://www.cnblogs.com/graphics/archive/2012/08/08/2609005.html
