
【计】 volume element
bulk; cubage; solidity; volume
【化】 volume
【医】 volume
【经】 cubic measure; volume
element
【计】 E
【化】 element
【医】 element
体积元素(Volume Element)是微分几何和数学分析中的核心概念,指在积分运算中用于描述多维空间内微小区域“体积”的微分形式。在三维欧几里得空间中,其直角坐标系表达式为: $$ dV = dx wedge dy wedge dz $$ 其中符号$wedge$表示外积运算,该表达式满足坐标变换下的体积不变性。
在曲线坐标系(如柱坐标或球坐标)中,体积元素需通过雅可比行列式进行转换。例如球坐标系$(r,theta,phi)$中的体积元素为: $$ dV = r sintheta , dr wedge dtheta wedge dphi $$ 这种转换关系源自坐标变换的度规张量行列式计算(来源:Springer《微分几何基础》)。
工程应用中,体积元素常用于计算质量、电荷量等物理量的空间分布积分,其严格定义要求流形具有定向性。剑桥大学数学系公开课资料指出,非定向流形上只能定义体积密度(Volume Density)而非严格体积元素。该概念在广义相对论(时空积分)和量子场论(路径积分)中均有重要应用。
体积元素(Volume Element)是三维空间中的最小单位概念,类似于二维图像中的像素。以下是详细解释:
基本定义
体积元素(简称“体素”,英文voxel)是三维空间分割的最小单元,代表规则三维网格中的一个立方体空间。每个体素的位置由其网格索引决定,无需额外存储坐标信息。
核心特性
与像素的对比
类似二维像素(pixel)表示图像的“点”,体素是三维体积的“点”。例如,512×512×512体素的显示器分辨率表示三维空间的精细度。
应用领域
体素技术广泛用于医学成像(如MRI三维重建)、流体模拟、3D打印模型构建。通过累加体素可计算物体的总体积。
提示:若需了解具体体积单位换算(如立方米与立方厘米),可参考详细换算表。
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