Saturday, October 12, 2013

我来讲一讲球面与环面的区别

我来讲一讲球面与环面的区别



虽然不是游戏攻略,不过如果没有太大问题,请吧主考虑个精品.

以下在"完"以前请勿回复,谢谢!
首先,如果两个曲面能够建立一一对应的关系,并且对应点组的距离不变,则称此变换为等距变换;如果能保证对应曲线(的切线)夹角不变,则为等角变换;如果能保证对应图形的面积不变,则为等积变换.
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  • 2楼
  • 2009-05-11 14:11
如果我没记错的话,等距变换=等角变换+等积变换
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  • 3楼
  • 2009-05-11 14:11
两个曲面间能建立等距变换是一种很理想的状况,如果一个曲面能与平面建立等距变换,我们称之为可展曲面.
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  • 4楼
  • 2009-05-11 14:13
3楼可能会造成误会,再介绍下,是"等角变换"且"等积变换"的变换为"等距变换".
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  • 5楼
  • 2009-05-11 14:15
如果一个曲面上点点都有此曲面的直线通过,称为直纹曲面.

可展曲面必然是直纹曲面,但直纹曲面未必是可展曲面(反例是单叶双曲面).
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  • 6楼
  • 2009-05-11 14:17
球面,柱面就不用解释了,环面是指游泳圈,轮胎的表面形状.

柱面是可展曲面.
由于球面和环面都是有限的,所以不可能有直线,故不是直纹曲面,因此必然都不是可展曲面.
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  • 7楼
  • 2009-05-11 14:19
因此要把地球的地理情况绘制成平面上的地图,是不可能完全保真的.

通常的方法是,先把球面映射到柱面上,再展开此柱面,如果我没记错的话,这是个保角变换,但不保积,会把两极地区无限放大.
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  • 8楼
  • 2009-05-11 14:23
还有一种让球面与平面对应的方法,叫做球极平面投影,这仍是保角变换,但不保积,而且北极无对应位置.


为此,常假设平面上有"唯一"的"无穷远点"与北极对应.

给平面加上了这个无穷远点,就是复平面.
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  • 9楼
  • 2009-05-11 14:30
换个话题,在射影几何里,有塞瓦定理,笛沙格定理等等这些涉及"共点线"的定理.而共点线常常以平行线为特殊情况......为了统一起见,规定"平行线交于无穷远点".

平面加上这种无穷远点就是射影平面.

注意,复平面上仅仅有一个无穷远点,而射影平面上有无穷多个无穷远点.
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  • 10楼
  • 2009-05-11 14:34
一根直线可以把复平面分成两份,但一根直线不能把射影平面分成两份,因为这"两份"通过无穷远处相连.
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  • 11楼
  • 2009-05-11 14:36
吧友202.96.127.*
记得初中有某老师,他上课的特点是:某学生不懂的时候,他讲完,学生还是不懂;而某同学本来是懂的,听他讲完,也不懂了。
我感觉你就是那个老师,我就是后一个学生......
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  • 12楼
  • 2009-05-11 14:44
下一个重要概念是同胚变换,这个概念的严格含义就不解释了,大体上讲,它允许你把几何对象拉伸或压缩,扭曲,但不得改变基本的连接关系.

如下图,同色的几个对象同胚.
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  • 13楼
  • 2009-05-11 14:52
回复:12楼
某些概念不懂没有关系,抓住重点即可.

如果还有问题,等发完以后提问.

由于某些东西时间比较长,也许记得不准,认为我记错了可以指正.
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  • 14楼
  • 2009-05-11 14:54
球面与复平面同胚,而环面与射影平面同胚.

想象一只怕熏倒自己的臭虫,它不愿走过自己爬过的点,如果它在球面上沿某方向爬行,直到返回原点,则此后它活动的范围小了一半,而如果是在环面上,则它仍然可以爬行整个环面.

这与上面的11楼所述一致.
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  • 15楼
  • 2009-05-11 14:59
现在我们来看,文明游戏中地图的连通性设置究竟能做出什么样的地图.
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  • 16楼
  • 2009-05-11 15:08
无疑,左右连通是柱面,上下连通也是柱面;
左右相连,上下相通的话同胚于环面(红色箭头是同胚变换);
以上均不为球面.
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  • 17楼
  • 2009-05-11 15:10
在球面上,四色定理成立;
但环面则不然,是七色定理.


如果我没记错的话,四色定理的证明目前是用计算机强行分类讨论几千种类型得出的,而环面上的七色定理却在此之前被证明了.
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  • 18楼
  • 2009-05-11 15:19
那么,还有没有办法弄出球面地图?

首先,如上所述,你最多只能弄出同胚的,因为球面不可展.
在同胚的意义下,你可以有几种方式弄出来相应的模型(必要时得把几个点视为相同).

请注意此图中的字母和箭头.
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  • 19楼
  • 2009-05-11 15:27
就写这么多,完了.
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  • 20楼
  • 2009-05-11 15:28
吧友202.96.127.*
终于写完了
其实感觉,你写的是“能否把地球地图放在平面上表示,至少是所谓同坯表示”
可对于游戏来说,没必要一定放在平面上表示啊,只要在细节上(比如只限制1/100的地球时的地图,即地图拉的比较近的时候)是平面就可以了,拉远了仍然是球型。
只不过这样,地图的“格子”必须增加,要保持连续性,又要保证两极缩小。
大家应该知道,文明4的地图是不能“旋转”的,其实只要加入旋转功能,那么做一个球面模型的地图,是很容易的事情了
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  • 21楼
  • 2009-05-11 15:50
哇,感觉像上课…手机加不了精,晚上吧。呵呵
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  • 22楼
  • 2009-05-11 16:55
如果直接是立体模型的话,球面当然不成问题.

不过,环面的平面模型既不失其复杂性,又相对容易实现,给人一种似熟似生的感觉.
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  • 23楼
  • 2009-05-11 17:10
不好意思,补个漏.

加上"唯一"的"无穷远点"的通常叫扩充复平面,一般说的复平面不带无穷远点.

之所以扩充复平面上仅有一个无穷远点(各个方向都到一起),是与复变函数的理论有关的.
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  • 24楼
  • 2009-05-11 18:31
昨晚用了二十分钟把七色定理的图画了出来,看起来还是很典雅的,谁拿这个编个地图试试看?
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  • 25楼
  • 2009-05-11 18:33
文明吧果然万能,而且百科
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  • 26楼
  • 2009-05-13 10:13
我靠,神人。我是一点没看懂。看了保长给的简略的说法才明白,你说的不知道,反正文明4里的球面图感觉很不对劲,上面是北极,下面是南极,可是球面图竟然能南北极相通,这个旧不对了。
不说这个东西的学术性怎么样,感觉文明4吧的人很文明,绝对没有捣乱的现象。我喜欢,很符合叫兽的一句话,要河蟹,要有爱。
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  • 27楼
  • 2009-05-13 17:08
你这讲了半天别人都看不懂,有什么意义吗?

通俗点怎么讲?回去你找个橙子,4刀劈成8瓣,把瓤吃了,剩下的皮,你想办法摆成平面的,就知道了。

球面游戏有的是,牛蛙的老游戏“上帝也疯狂”就是一例,直接给你一个星球在上面造基地和发展。文明4的球面是假球面,不提。
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  • 28楼
  • 2009-05-14 00:40
吧友124.115.223.*
大学数学里的射影几何?
lz特厉害。要不是你,我还真忘了我原来也学过这门课程。

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  • 29楼
  • 2009-05-14 14:28
抱歉,有点疏漏......

7楼:由于球面和环面都是有限的,所以不可能有直线,故不是直纹曲面,因此必然都不是可展曲面.

这点当时没考虑周详,有限性推出非直纹不严密(有限的圆锥面就是可展的),应该从高斯曲率不为零来说明不可展性比较严格

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