←

Интерактивная визуализация

Четвёртое измерение

EN

Линза
Вращение
Цвет
Стиль

Тяните — вращать камеру · Shift или правая кнопка — толкать в 4D · колесо — масштаб

Один палец — камера · два пальца — толкать в 4D и масштаб

Справочник по многомерным пространствам

Что вы видите

Мы живём в трёх измерениях и не можем увидеть четырёхмерное тело целиком, как Квадрат из «Флатландии» не может увидеть куб. Зато можно увидеть его тень — проекцию на наше пространство — и его сечения. Всё, что на экране, — именно это: точная геометрия четырёхмерных многогранников, пересчитанная в три измерения шестьдесят раз в секунду.

Четвёртая координата не пропадает бесследно — её несёт цвет. В палитре «Глубина w» синее лежит дальше в четвёртом измерении, оранжевое — ближе. В палитре «Хопф» цвет — это точка на обычной сфере, в которую отображение Хопфа переводит точку трёхмерной сферы: одинаковый цвет у всего, что лежит на одном «волокне».

Рёбра, изогнутые дугами, — не художественный приём. В стереографической проекции глаз стоит прямо на трёхмерной сфере, и рёбра многогранника, вписанного в неё, становятся дугами окружностей; углы при этом сохраняются. Ячейки, проходящие рядом с глазом, раздуваются и уходят за край экрана — так выглядит «бесконечность» четырёхмерной перспективы.

Справочник

Одиннадцать глав о многомерной геометрии — от «что такое измерение» до расслоения Хопфа и проклятия размерности. В каждой — живые виджеты: их можно крутить, резать и растягивать.

  1. 01 Что такое измерение Сколько чисел нужно, чтобы указать место, — и как из точки шаг за шагом вырастает тессеракт, а за ним десятимерный куб. 15 мин
  2. 02 Флатландия: думать аналогиями Плоский Квадрат не мог вообразить шар — мы точно так же не можем вообразить тессеракт. Зато его затруднения видны со стороны, и каждое можно поднять на этаж выше. 17 мин
  3. 03 Тени: как спроецировать 4D в 3D Любая картинка тессеракта — это тень. Параллельный свет, лампа и стереография дают три разные тени одного тела, и каждая что-то прячет. 18 мин
  4. 04 Вращение: плоскости вместо осей Почему у поворота в четырёх измерениях нет оси, сколько у него независимых «ручек», как устроены двойные и изоклинные вращения и что на самом деле происходит, когда тессеракт «выворачивается наизнанку». 17 мин
  5. 05 Сечения: как 4D-тело проходит сквозь наш мир Что увидел бы трёхмерный наблюдатель, если бы сквозь его пространство прошёл тессеракт, гиперсфера или тигр, — и как по сечениям найти четырёхмерный объём. 17 мин
  6. 06 Шесть правильных многоячейников Правильных многоугольников бесконечно много, правильных многогранников пять, в четырёх измерениях правильных тел шесть, а начиная с пятого измерения всегда три. Откуда берутся эти числа и как выглядит шестёрка. 18 мин
  7. 07 Трёхмерная сфера и расслоение Хопфа Трёхмерная сфера — самое простое замкнутое трёхмерное пространство: конечное, но без края. Как её представить, чему равен её объём и почему она распадается на окружности, любые две из которых сцеплены. 18 мин
  8. 08 Странная геометрия больших размерностей В пространстве из тысячи измерений почти весь объём шара лежит в тонкой кожуре, случайные направления почти перпендикулярны, а все точки почти одинаково далеки друг от друга. Это рабочая среда статистики и машинного обучения. 18 мин
  9. 09 Где живут измерения: от пространства-времени до нейросетей Четвёртая координата встречается не только в воображении геометров: время у физиков, суставы робота, цвет, таблицы данных, свёрнутые измерения теории струн и бесконечномерные пространства квантовой механики. 18 мин
  10. 10 История четвёртого измерения: от Шлефли до «Интерстеллара» Двести семьдесят лет четвёртого измерения: догадка энциклопедиста, зеркало Мёбиуса, трактат, который полвека не могли напечатать, спиритические узлы, картонные модели, кубисты, тессеракт Дали и чёрная дыра «Интерстеллара». 18 мин
  11. 11 Как нарисована витрина Машинное отделение витрины для программистов: многоячейник из вершин и нормалей, одна формула на все линзы, трубки, которые гнёт видеокарта, и рей-марчинг четырёхмерных тел в трёхмерном срезе. 20 мин

Как это сделано

Всё считается в браузере: вершины и грани многоячейников строятся из двойственных многогранников, вращение и проекция идут в шейдерах видеокарты, трубки рёбер изгибаются по дугам окружностей прямо на GPU. Подробный рассказ — в посте в блоге, короче — в последней главе справочника.