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Poincaré 圆盘

把整个双曲平面塞进单位圆盘里:盘内的"直线"是与边界正交的圆弧, 等距变换恰好是一族 Möbius 变换 φ_a(z) = (z − a)/(1 − āz)。 拖动盘中的 a 点,{p,q} 镶嵌整体流变——双曲尺寸纹丝不动,欧氏形状天翻地覆。

镶嵌参数

{p,q} 条件
{7,3} · 300 胞
  • 镶嵌边界(测地线弧)
  • 拖动点 a(Blaschke 平移)
  • 测地线演示弧

探针

z(悬停)
|z|(欧氏)
d(0, z)(双曲)
φ_a(z)

双曲距离 d(0,z) = ln((1+|z|)/(1−|z|)):越靠边界越"远", 欧氏上差 0.1,双曲上可能差好几倍。盘内所有胞腔双曲全等。

镶嵌账本

胞腔数(≤300)
最深层数
胞腔外接双曲半径 R
胞腔双曲面积
每帧重算耗时

面积由 Gauss–Bonnet 定死

正 p 边形每个内角 2π/q,双曲面积 = π(p − 2 − 2p/q),与位置、形状无关。{7,3} 胞腔面积恰为 π/3——Klein 四次曲线的秘密。

为什么"直线"是圆弧

庞加莱圆盘保住角度(共形),但把长度拉伸:度量 ds = 2|dz|/(1 − |z|²),边界处无穷大。 双曲"最短路径"在这个度量下恰好弯成与边界正交的圆弧—— 过两点且与单位圆正交的圆唯一确定,这就是本页的 geodesicCircle。

  • 过圆心的"直线"退化为直径(欧氏直线)。
  • 正交条件:圆心 c、半径 r 满足 |c|² = 1 + r²。
  • Escher 1958 年《圆极限 III》画的就是 {7,3} 镶嵌——每条"鱼"双曲尺寸相同。

Möbius = 双曲等距群

把单位盘映到自身的全纯双射恰好是 e^{iθ}·(z − a)/(1 − āz)(|a|<1)。 它们是 Möbius 变换的一个子群——拖动 a 就是施加一次"双曲平移":

  1. 双曲视角:镶嵌纹丝不动,只是坐标系滑到了 a。
  2. 欧氏视角:所有圆弧重新弯折,靠 a 一侧膨胀、对面挤扁。
  3. 边界不动点:单位圆整体映到自身,逐点却都在流动。

镶嵌生成用反射群 BFS:以每条边所在的正交圆做反演 z ↦ c + r²(z − c)/|z − c|², 从中心胞腔逐层镜像,去重后封顶 300 片。