
【計】 volume element
bulk; cubage; solidity; volume
【化】 volume
【醫】 volume
【經】 cubic measure; volume
element
【計】 E
【化】 element
【醫】 element
體積元素(Volume Element)是微分幾何和數學分析中的核心概念,指在積分運算中用于描述多維空間内微小區域“體積”的微分形式。在三維歐幾裡得空間中,其直角坐标系表達式為: $$ dV = dx wedge dy wedge dz $$ 其中符號$wedge$表示外積運算,該表達式滿足坐标變換下的體積不變性。
在曲線坐标系(如柱坐标或球坐标)中,體積元素需通過雅可比行列式進行轉換。例如球坐标系$(r,theta,phi)$中的體積元素為: $$ dV = r sintheta , dr wedge dtheta wedge dphi $$ 這種轉換關系源自坐标變換的度規張量行列式計算(來源:Springer《微分幾何基礎》)。
工程應用中,體積元素常用于計算質量、電荷量等物理量的空間分布積分,其嚴格定義要求流形具有定向性。劍橋大學數學系公開課資料指出,非定向流形上隻能定義體積密度(Volume Density)而非嚴格體積元素。該概念在廣義相對論(時空積分)和量子場論(路徑積分)中均有重要應用。
體積元素(Volume Element)是三維空間中的最小單位概念,類似于二維圖像中的像素。以下是詳細解釋:
基本定義
體積元素(簡稱“體素”,英文voxel)是三維空間分割的最小單元,代表規則三維網格中的一個立方體空間。每個體素的位置由其網格索引決定,無需額外存儲坐标信息。
核心特性
與像素的對比
類似二維像素(pixel)表示圖像的“點”,體素是三維體積的“點”。例如,512×512×512體素的顯示器分辨率表示三維空間的精細度。
應用領域
體素技術廣泛用于醫學成像(如MRI三維重建)、流體模拟、3D打印模型構建。通過累加體素可計算物體的總體積。
提示:若需了解具體體積單位換算(如立方米與立方厘米),可參考詳細換算表。
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