Поверхность

Поверхность , как этот термин чаще всего используется, — это самый внешний или самый верхний слой физического объекта или пространства. ^[1]^[2] Это часть или область объекта, которая впервые может быть воспринята наблюдателем с помощью органов зрения и осязания , и это часть, с которой в первую очередь взаимодействуют другие материалы. Поверхность объекта — это нечто большее, чем «просто геометрическое тело», она «заполнена, распределена или наполнена воспринимаемыми качествами, такими как цвет и тепло». ^[3]

Понятие поверхности было абстрагировано и формализовано в математике , в частности в геометрии . В зависимости от свойств, на которых делается акцент, существует несколько неэквивалентных таких формализаций, которые все называются поверхностью , иногда с некоторым определителем, например, алгебраической поверхностью , гладкой поверхностью или фрактальной поверхностью .

Понятие поверхности и ее математическая абстракция широко используются в физике , технике , компьютерной графике и многих других дисциплинах, в первую очередь для представления поверхностей физических объектов. Например, при анализе аэродинамических свойств самолета центральным соображением является поток воздуха вдоль его поверхности. Эта концепция также поднимает определенные философские вопросы — например, насколько толстым является слой атомов или молекул, который можно считать частью поверхности объекта (т. е. где заканчивается «поверхность» и начинается «внутренность»), ^[2]^[4] и действительно ли объекты вообще имеют поверхность, если на субатомном уровне они никогда не вступают в контакт с другими объектами. ^[5]

Восприятие поверхностей

Поверхность объекта – это та часть объекта, которая в первую очередь воспринимается. Люди приравнивают наблюдение поверхности объекта к видению объекта. Например, глядя на автомобиль, обычно невозможно увидеть двигатель, электронику и другие внутренние структуры, но объект все равно распознается как автомобиль, поскольку поверхность идентифицирует его как таковой. ^[6] Концептуально «поверхность» объекта можно определить как самый верхний слой атомов. ^[7] Многие предметы и организмы имеют поверхность, которая каким-то образом отличается от их внутренней части. Например, кожура яблока по своим свойствам сильно отличается от внутренней части яблока. ^[8] а внешняя поверхность радиоприемника может состоять из компонентов, сильно отличающихся от внутренних. Очистка яблока представляет собой удаление поверхности, в результате чего остается другая поверхность с другой текстурой и внешним видом, которую можно идентифицировать как очищенное яблоко. Удаление внешней поверхности электронного устройства может сделать его назначение неузнаваемым. Напротив, удаление самого внешнего слоя камня или самого верхнего слоя жидкости, содержащейся в стакане, оставит вещество или материал того же состава, лишь немного уменьшенный в объеме. ^[9]

По математике

В математике поверхность — это математическая модель общепринятого понятия поверхности. Это обобщение плоскости , но, в отличие от плоскости, оно может быть изогнутым ; это аналогично кривой, обобщающей прямую линию .

Существует несколько более точных определений, зависящих от контекста и математического инструментария, который используется для исследования. Простейшими математическими поверхностями являются плоскости и сферы в евклидовом трехмерном пространстве . Точное определение поверхности может зависеть от контекста. Обычно в алгебраической геометрии поверхность может пересекать сама себя (и может иметь другие особенности ), а в топологии и дифференциальной геометрии — нет.

Поверхность — это топологическое пространство размерности два ; это означает, что движущаяся точка на поверхности может двигаться в двух направлениях (она имеет две степени свободы ). Другими словами, почти вокруг каждой точки существует участок координат , на котором двумерная система координат определена . Например, поверхность Земли напоминает (в идеале) сферу, а широта и долгота обеспечивают на ней двумерные координаты (кроме полюсов и вдоль 180-го меридиана ).

В физических науках

Многие поверхности, рассматриваемые в физике и химии ( физических науках в целом), являются интерфейсами . Например, поверхность может быть идеализированной границей между двумя жидкостями , жидкостью и газом (поверхность моря в воздухе) или идеализированной границей твердого тела (поверхность шара). В гидродинамике форма свободной поверхности может определяться поверхностным натяжением . Однако они являются поверхностями только в макроскопическом масштабе . В микроскопическом масштабе они могут иметь некоторую толщину. В атомном масштабе они вообще не выглядят как поверхность из-за дыр, образованных промежутками между атомами или молекулами . ^{[ нужна ссылка ]}

Другие поверхности, рассматриваемые в физике, являются волновыми фронтами . Одну из них, открытую Френелем называют волновой поверхностью , математики .

Поверхность рефлектора телескопа представляет собой параболоид вращения .

Другие случаи:

Мыльные пузыри , являющиеся физическими примерами минимальных поверхностей.
Эквипотенциальная поверхность , например, в гравитационных полях.
Поверхность Земли
Наука о поверхности , изучение физических и химических явлений, происходящих на границе двух фаз.
Поверхностная метрология
Поверхностная волна , механическая волна
Границы атмосферы ( тропопауза , край космоса , плазмопауза и т.д.)

В компьютерной графике

Одной из основных задач компьютерной графики является создание реалистичных моделей поверхностей. В технических приложениях 3D компьютерной графики ( CAx ), таких как компьютерное проектирование и компьютерное производство , поверхности являются одним из способов представления объектов. Другими способами являются каркасные (линии и кривые) и сплошные тела. Облака точек также иногда используются в качестве временных способов представления объекта с целью использования точек для создания одного или нескольких из трех постоянных представлений.

Одним из методов, используемых для повышения реализма поверхности в компьютерной графике, является использование алгоритмов физически обоснованного рендеринга (PBR), которые моделируют взаимодействие света с поверхностями на основе их физических свойств, таких как отражательная способность , шероховатость и прозрачность . Используя математические модели и алгоритмы, PBR может создавать высокореалистичные изображения, напоминающие поведение реальных материалов. PBR нашел практическое применение помимо развлечений, распространяя свое влияние на архитектурное проектирование продуктов , прототипирование и научное моделирование.

Ссылки

^ Спарк, Пенни и Фишер, Фиона (2016). Routledge Companion для исследований в области дизайна . Нью-Йорк: Рутледж . п. 124. ИСБН 9781317203285 . OCLC 952155029 .
^ Jump up to: ^а ^б Соренсен, Рой (2011). Видеть темные вещи: Философия теней . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . п. 45. ИСБН 9780199797134 . OCLC 955163137 .
^ Бучваров, Панайот (1970). Концепция знания . Эванстон: Издательство Северо-Западного университета . п. 249 . ISBN 9780810103191 . OCLC 925168650 .
^ Стролл, Аврум (1988). Поверхности . Миннеаполис: Издательство Университета Миннесоты . п. 205 . ISBN 9780816616947 . OCLC 925290683 .
^ Плеша, Михаил; Грей, Гэри и Костанцо, Франческо (2012). Инженерная механика: статика и динамика (2-е изд.). Нью-Йорк: Высшее образование Макгроу-Хилла . п. 8. ISBN 9780073380315 . OCLC 801035627 .
^ Бучваров (1970) , с. 253.
^ Стролл (1988) , с. 54.
^ Стролл (1988) , с. 81.
^ Гибсон, Джеймс Дж. (1950). «Восприятие визуальных поверхностей» . Американский журнал психологии . 63 (3): 367–384. дои : 10.2307/1418003 . ISSN 0002-9556 .

[1] Спарк, Пенни и Фишер, Фиона (2016). Routledge Companion для исследований в области дизайна . Нью-Йорк: Рутледж . п. 124. ИСБН 9781317203285 . OCLC 952155029 .

[Sorensen-2] Jump up to: ^а ^б Соренсен, Рой (2011). Видеть темные вещи: Философия теней . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . п. 45. ИСБН 9780199797134 . OCLC 955163137 .

[3] Бучваров, Панайот (1970). Концепция знания . Эванстон: Издательство Северо-Западного университета . п. 249 . ISBN 9780810103191 . OCLC 925168650 .

[4] Стролл, Аврум (1988). Поверхности . Миннеаполис: Издательство Университета Миннесоты . п. 205 . ISBN 9780816616947 . OCLC 925290683 .

[5] Плеша, Михаил; Грей, Гэри и Костанцо, Франческо (2012). Инженерная механика: статика и динамика (2-е изд.). Нью-Йорк: Высшее образование Макгроу-Хилла . п. 8. ISBN 9780073380315 . OCLC 801035627 .

[6] Бучваров (1970) , с. 253.

[7] Стролл (1988) , с. 54.

[8] Стролл (1988) , с. 81.

[9] Гибсон, Джеймс Дж. (1950). «Восприятие визуальных поверхностей» . Американский журнал психологии . 63 (3): 367–384. дои : 10.2307/1418003 . ISSN 0002-9556 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]