Кіріспе

нысанның немесе пішіннің кеңістіктегі бағыты немесе ұстанымы Бір бағытта бағыттау ұғымы Геометрияда нысанның бағыты, ұстанымы, бағыты, бағыты немесе бұрыштық орны , мысалы, сызық, жазықтық немесе қатты дене ол орналасқан кеңістікте қалай орналасқанын сипаттаудың бөлігі болып табылады. Нақтырақ айтқанда, ол объектіні эталондық орналасудан оның ағымдағы орналасуына жылжыту үшін қажетті елестетілген айналдыруды білдіреді. Айналу ағымдағы орналасуға жету үшін жеткіліксіз болуы мүмкін, бұл жағдайда объектінің орнын (немесе сызықтық орнын) өзгерту үшін елестетілген аударманы қосу қажет болуы мүмкін. Орын және бағдар бір-бірімен бірге нысанның кеңістікте қалай орналасқанын толық сипаттайды. Жоғарыда аталған қиялдық айналу мен аудару кез келген тәртіппен болады деп ойлануы мүмкін, өйткені объектінің бағыты аудару кезінде өзгермейді, ал айналған кезде оның орны өзгермейді. Ойлердің айналу теоремасы үш өлшемде кез келген бағдарға тұрақты осьтің айналасында бір айналумен қол жеткізуге болатынын көрсетеді. Бұл бағытты ось-бұрышты бейнелеу арқылы бейнелеудің бір кең таралған тәсілін береді. Басқа кеңінен қолданылатын әдістерге айналу кватерниондары, роторлар, Эйлер бұрыштары немесе айналу матрицалары жатады. Көптеген мамандар үшін кристаллографияда Миллер индекстері, геологияда соққы және басу және карталар мен белгілердегі сыныптар қолданылады. Бірлік векторды объектінің қалыпты векторлық бағытын немесе екі нүкте арасындағы салыстырмалы бағытты бейнелеу үшін де қолдануға болады. Әдетте, бағдар әдетте Картезиандық координаттар жүйесімен көрсетілген эталондық жүйеге қатысты беріледі. Бір бағыттағы екі нысан тең бағыттағы (паралель сызықтардағыдай) деп аталады. Екі бағыт бір-біріне қарсы болса, олар бір-біріне қарсы, мысалы, кездейсоқ бірлік вектор мен оның -1 еселенгені. Екі бағыт, егер олар тұйық бұрыш (тұйық бұрыштан үлкен) құраса немесе, егер олардың скалярлық көбейтіндісі немесе скалярлық проекциясы теріс болса, тұйық болып табылады.

Үш өлшемді

Жалпы, қатаң дененің кеңістіктегі орны мен бағыты негізгі эталондық жүйеге қатысты, дененің орнына қатысты бекітілген және сондықтан онымен бірге айналатын басқа эталондық жүйенің орны мен бағыты ретінде анықталады (денелердің жергілікті эталондық жүйесі немесе жергілікті координаттар жүйесі). Бұл жергілікті шеңбердің бағытын сипаттау үшін кем дегенде үш тәуелсіз мән қажет. Қалған үш мән нысандағы нүктелердің орнын сипаттайды. Денедегі барлық нүктелер айналу кезінде олардың орнын өзгертеді, айналу осіне жатқандарынан басқа. Егер қатты денеде айналу симметриясы болса, онда барлық бағыттар ажыратылмайды, егер бағыттың белгілі бастапқы бағыттан уақыт бойынша қалай өзгергенін байқау арқылы болмаса. Мысалы, сызықтың, сызық қимасының немесе вектордың кеңістіктегі бағыты тек екі мәнмен, мысалы екі бағытты косинуспен ғана анықталуы мүмкін. Тағы бір мысал - Жер бетіндегі нүктелердің орналасуы, көбінесе оны Жердің орталығымен жалғастыратын түзудің бағытын пайдалана отырып сипатталады, екі ұзындығы мен ені бұрыштарының көмегімен өлшенеді. Сол сияқты, жазықтықтың бағытын екі мәнмен сипаттауға болады, мысалы, сол жазықтыққа нормальді түзудің бағытын белгілеу арқылы немесе соққы және басу бұрыштарын пайдалану арқылы. Қатты денелер мен жазықтықтың үш өлшемді бағытын бейнелеудің математикалық әдістері туралы қосымша мәліметтер келесі бөлімдерде берілген.

Екі өлшемді

Екі өлшемде кез келген объектінің бағыты (сызық, вектор немесе жазық фигура) бір мәнмен беріледі: ол айналған бұрыш. Бір ғана еркіндік дәрежесі және айналудың айналасында бір ғана тұрақты нүкте бар.

Бірнеше өлшемдер

d өлшемдер болған кезде, айналу симметриясы жоқ объектінің бағытын анықтау d ((d − 1) / 2 тәуелсіз мәндерді қажет етеді.

Үш өлшемді қатты дене

Үш өлшемді қатты дененің бағытын сипаттаудың бірнеше әдістері әзірленді. Олар келесі бөлімдерде қысқаша баяндалған.

Ойлер бұрыштары

Бағытты бейнелеудің алғашқы әрекеті Леонхард Эйлерге тиесілі. Ол бірін-бірі айнала айналдыра алатын үш эталондық шеңберді ойлап тапты және бір тұрақты эталондық шеңберден басталып, үш айналдыруды орындау арқылы ол кеңістіктегі кез келген басқа эталондық шеңберді ала алатынын түсінді (екі айналдыруды тік осьті және екіншісін бекіту үшін басқа екі осьті). Осы үш айналудың мәндері Эйлер бұрыштары деп аталады.

ТайтБрайан бұрыштары

Бұл үш бұрыш, сонымен қатар, ығысу, соғу және айналу, навигациялық бұрыштар және Кардан бұрыштары деп аталады. Математикалық тұрғыдан олар он екі ықтимал Эйлер бұрыштары жиынтығының ішінде алты ықтималдықтың жиынтығын құрайды, бұл ұшақ сияқты көліктің бағытын сипаттау үшін ең жақсы қолданылады. Аэроғарыш техникасында оларды әдетте Эйлер бұрыштары деп атайды.

Бағдарлау векторы

Ойлер екі айналудың құрамы әртүрлі тұрақты оське (Ойлер айналу теоремасы) қатысты бір айналуға тең екенін де түсінген. Сондықтан, бұрынғы үш бұрыштың құрамы тек бір айналуға тең болуы керек, оның осі матрицалар жасалмайынша есептеу қиын болды. Осы фактіге сүйене отырып, ол кез келген айналуды сипаттаудың векторлық әдісін енгізді, айналу осьіндегі вектор мен модуль бұрыштың мәніне тең. Сондықтан кез келген бағдарды айналу векторымен (Ойлер векторы деп те аталады) көрсетуге болады, ол бағдарға эталондық шеңберден әкеледі. Ориентацияны бейнелеу үшін айналу векторы әдетте бағдар векторы немесе ұстаным векторы деп аталады. Бұған ұқсас әдіс - ось бұрышты бейнелеу, айналу осімен сәйкестендірілген бірлік векторды және бұрышты көрсету үшін жеке мәнді пайдалана отырып, айналуды немесе бағдарлануды сипаттайды (суретті қараңыз).

Бағдарлау матрицасы

Матрицалар енгізілгеннен кейін Эйлер теоремалары қайта жазылды. Ойналулар ортогональды матрицалармен сипатталды, олар айналу матрицалары немесе бағыт косинустары матрицалары деп аталады. Ориентацияны бейнелеу үшін айналу матрицасын әдетте бағдар матрицасы немесе көзқарас матрицасы деп атайды. Жоғарыда аталған Эйлер векторы - айналу матрицасының өз векторы (айналма матрицасының бірегей нақты өзіндік мәні бар). Екі айналу матрицасының көбейтіндісі айналулардың құрамы болып табылады. Сондықтан, бұрынғыдай, бағдар бастапқы кадрдан біз сипаттағымыз келетін кадрға жету үшін айналу ретінде берілуі мүмкін. n өлшемді кеңістіктегі симметриялы емес объектінің конфигурациялық кеңістігі SO ((n) × Rn. Бағдарлануды объектке тангенс векторлардың негізін қосу арқылы визуализациялау мүмкін. Әрбір вектордың бағытталуы оның бағытын анықтайды.

Бағдарлау квартерионы

Ротацияларды сипаттаудың тағы бір жолы - версорлар деп аталатын айналу кватерниондарын пайдалану. Олар айналу матрицалары мен айналу векторларына тең. Ойналу векторларына қатысты, оларды матрицаларға және одан оңай түрлендіруге болады. Бағыттарды бейнелеу үшін пайдаланылғанда, айналу кватерниондары әдетте бағдар кватерниондары немесе ұстаным кватерниондары деп аталады.

Миллер индекстері

Жатырлық жазықтықтың қатынасы - жазықтыққа нормальді сызықтың бағыты, және жазықтықтың Миллер индекстерімен сипатталады. Үш кеңістікте жазықтықтың отбасы (паралель жазықтықтың сериясы) оның Миллер индекстерімен (hkl) белгіленуі мүмкін, сондықтан жазықтықтың отбасы барлық құраушы жазықтықтарына ортақ қатынасқа ие.

Шабу және батыру

Геологияда байқалатын көптеген белгілер жазықтықтар немесе сызықтар болып табылады, ал олардың бағыты әдетте олардың ұстанымы деп аталады. Бұл көзқарастар екі бұрышта анықталады. Бұл бұрыштар тренд пен құлдырау деп аталады. Тренд - бұл сызықтың компас бағыты, ал құлдырау - бұл горизонталь жазықтықпен төмен қарай бұрыш. Ұшақ үшін екі бұрыш оның соққы (бұрыш) және оның батырма (бұрыш) деп аталады. Шабуыл сызығы - байқалатын жазықтық белгісі бар көлденең жазықтықтың қиылысуы (осылайша көлденең сызық), ал соққы бұрышы - осы сызықтың бағыты (яғни географиялық солтүстікке немесе магниттік солтүстікке қатысты). Түсіп кету - бұл горизонталь жазықтық пен бақылаудағы жазықтық белгі арасындағы бұрыш, ол соққы сызығына перпендикуляр үшінші тік жазықтықта байқалады.

Қатты дене

Қатты дененің ұстанымы - оның бағыты, мысалы, денеге бекітілген раманың тұрақты эталондық рамаға қатысты бағыты арқылы сипатталған. Артқы қырыққабаттылық координаттарымен сипатталады және кем дегенде үш координаттардан тұрады. Қатты денені бағдарлаудың бір схемасы дененің осі айналуына негізделген; дененің тұрақты эталондық шеңберінің осі бойынша үш рет рет айналу, осылайша дененің Эйлер бұрыштарын орнату. Екіншісі - дөңгелек, сопақша және бұрылыс, бірақ бұл терминдер номиналды қатынастан бірте-бірте ауытқуларға да қатысты