日期:2023年9月25日标签:ComputerGraphics

Manifolds #

维基百科:流形(英语:manifold)是可以“局部欧几里得空间化”的一个拓扑空间,即在此拓扑空间中,每个点附近“局部类似于欧氏空间”。更精确地说,n维流形(n-manifold),简称n流形。

天圆地方:地球虽然是圆的,但是在某一个很小的区域内,可以近似的将这个区域内地球的表面看作是一个二维的欧氏空间,所以地球满足二维流形。

几何建模中,为了满足各种几何操作,几何实体(solid)必须满足这样一个条件:几何体的表面(surface)必须是一个二维流形(2-manifold)。

现在有研究表明,几何体的表面不一定需要满足上述条件。但是为了建模的方便以及满足现有的各种几何算法,一般还是会限制几何体满足上述条件。所以我们将讨论何为 2-manifold。

二维流形(2-manifold) #

在几何体的表面(surface)上的任意一点 x 添加一个半径足够小的球体,该球体的中心点为 x。该球体与几何体表面相交,如果相交的面,能够展开(扭曲,变形)成为一个圆盘(圆形),则该几何体就满足二维流形条件。

例如下图中的正方体,我们分别在正方体的三个不同的地方添加一个半径足够小的球体,第一个球体的中心点为正方体 edge 的中点处,第二个球体的中心点在正方体顶面的中点处,第三个球体的中心点在正方体的一个顶点处。这三个球体与正方体相交的表面,均能够展开(扭曲,变形)成为一个圆盘。你也可以试试在正方体的任意一点,添加一个足够小的球体,看看是否都满足球体与正方体表面相交的部分能够展开(扭曲,变形)成为一个完整的圆盘。

二维流形案例

所以正方体是满足二维流形的。

再来看一个不满足二维流形的体。

非二维流形体

上图中的体,与球相交的面为两个相交的圆盘,无论怎么展开(扭曲,变形)都无法成为一个圆盘,所以图中的体,不满足二维流形(2-manifold)。

很多几何算法只对满足二维流形的体有效,如果体不满足二维流形,建模就会失败,所以这也是为什么这里会介绍这个概念。

(完)

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