高斯曲率(Gaussian curvature)是微分幾何中的一個概念。在三維空間中,一個曲面的高斯曲率刻畫了曲面局部的彎曲程度。在計算機圖形學中,高斯曲率是一個非常重要的概念,因為它可以用來描述曲面的形態信息。
from sympy import * from sympy.vector import CoordSys3D N = CoordSys3D('N') u, v = symbols('u v') x = sin(u)*cos(v) y = sin(u)*sin(v) z = cos(u) r = Matrix([x,y,z]) ru = r.diff(u) rv = r.diff(v) ruu = r.diff(u,u) rvv = r.diff(v,v) ruv = r.diff(u,v) E = ru.dot(ru) F = ru.dot(rv) G = rv.dot(rv) W = Matrix([F,G]).det()/E.det() L = ((ruu.dot(ru))*(rv.dot(rv))-(2*(ru.dot(rv)))**2+(rvv.dot(rv))*(ru.dot(ru)))/((ru.dot(ru))*(rv.dot(rv))-(ru.dot(rv))**2)**2 M = ((ruu.dot(rv))*(ru.dot(rv))-(ru.dot(ru))*(ruv.dot(rv)))/((ru.dot(ru))*(rv.dot(rv))-(ru.dot(rv))**2)**2 K = L*M-W**2 eqn = Eq(N.globally_free_symbols[0], K) display(eqn)
以上是python中用Sympy庫計算高斯曲率的代碼。通過計算曲面的切向量和一階、二階導數,我們可以得到曲面的基本量:第一基本形式和第二基本形式。然后,就可以求出高斯曲率了。由于計算公式較為復雜,我們可以借助Sympy庫,使得計算更加簡便。