
【計】 isometric surface coordinates
class; grade; rank; wait; when
【機】 iso-
be apart from; distance
【醫】 calcar; calcaria
【計】 surface coordinate
在微分幾何與工程數學中,等距曲面坐标(Isometric Surface Coordinates)指代一種保持曲面内在幾何性質不變的參數化方式。該坐标系的度量張量滿足等距條件,即曲面上的弧長、角度和面積在參數空間與三維空間中保持對應關系。
其數學表達可追溯于高斯第一基本形式:
$$ ds = E(u,v)du + 2F(u,v)dudv + G(u,v)dv
$$
當滿足等距條件時,曲面上的度量張量滿足$E=G=1$且$F=0$,此時參數$(u,v)$構成正交歸一化坐标系。這種特性使得等距曲面坐标在計算機圖形學的紋理映射、機械工程中的殼體應力分析等領域具有重要應用價值。
根據美國數學學會(AMS)出版的《微分幾何術語手冊》,等距參數化要求曲面的高斯曲率為零,該結論源自高斯絕妙定理的推論。在工程實踐中,NASA技術報告SP-8019指出,等距坐标系的構造可有效簡化航天器殼體結構的有限元建模過程。
"等距曲面坐标"的詳細解釋如下:
等距
指在特定空間中保持相等距離的特性。例如,在平面上等距分布的點或線(如提到的等距種植行道樹),或在非歐幾何中到某平面距離相等的曲面軌迹(如描述的羅氏空間等距面)。
曲面坐标
用于确定曲面上某點位置的有序參數組(如二維參數$(u, v)$)。例如,球面坐标可表示三維球體表面的位置。
等距曲面坐标(Isometric Surface Coordinates)是描述曲面上點的位置時,保持局部度量(如長度、角度)不變的參數化坐标系統。其核心特性包括:
對于參數化曲面$mathbf{r}(u, v)$,若其第一基本形式滿足: $$ E = 1, quad F = 0, quad G = 1 $$ 則稱該參數化為等距參數化,對應的$(u, v)$即為等距曲面坐标,此時參數域與曲面局部保持長度和角度不變。
在羅巴切夫斯基幾何(雙曲幾何)中,等距面指到某平面距離相等的點集合,而此類曲面上的坐标系統需滿足雙曲空間中的等距特性。這與歐氏幾何中的直角坐标系有本質區别。
如果需要進一步了解具體應用或公式推導,可參考微分幾何教材或計算機圖形學中的參數化方法相關内容。
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