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二维空间

二维空间(英文名:Two Dimensional Space,别称:平面空间、二度空间)是美术上的一个术语,指由长度(左右)和高度(上下)两个因素组成的平面空间。

二维空间广泛存在于史前艺术、希腊瓶画、伊斯兰艺术,以及19世纪中期以来的现代主义艺术创作中,在各国的民间艺术里同样有所体现。​20世纪初,在彼埃·蒙德里安(Piet Mondrian)和瓦西里·康定斯基为代表的抽象表现主义绘画中,他们摒弃了在二维绘画平面上营造三维错觉的做法,将绘画重心转向探索绘画载体表面的“二维”特性,力求“保持绘画平面的完整性”。在绘画中为了真实地再现物像,往往借助透视、明暗等造型手段,在二维空间的平面上造成纵深的感觉和物像的立体效果,即以二维空间造成自然对物像那种三度空间的幻觉

在几何领域,二维空间的典型代表是平面。在平面中,能够度量两个维度的尺寸,物体可向两个相互独立的方向移动,或绕某一方向转动。在线性代数领域,二维空间可看作是所有有序实数耦的集合。在平面上建立笛卡尔坐标系后,平面上的点与实数耦(即两个有次序的实数组)形成一一对应关系。

发展历程

二维空间这种艺术表现形式,广泛存在于史前艺术、希腊瓶画、伊斯兰艺术,以及19世纪中期以来的现代主义艺术创作中,在各国的民间艺术里同样有所体现。​

即便如此,在上述艺术时期与表现形式中,表达具有纵深度的空间关系的需求依然存在,主要通过重叠与感知位置的方式来实现。当两个物体发生重叠,便会产生遮挡现象。完整呈现的物形,通常位于只能被感知到局部的物形前方,借此营造出前后的微弱空间感。另外,在画面中,上方的物形往往被认为比下方的物形距离更远。这一现象,或许源于人们在现实生活中的观察习惯:坐在桌旁时,人们低头能看到近处的物体,抬头则望向远处的事物。以印度传统绘画《马哈拉那・阿马尔・辛格二世》为例,尽管画面下方牵马的仆人尺寸小于画面中间骑马的人,但由于前后重叠遮挡,以及骑马人位置更高,观者仍能判断出仆人在前,骑马人处于更远的空间位置。​

自文艺复兴以来,艺术家们毕生追求的三维空间,不再是19世纪中后期艺术家们的主要表现对象。以印象派画家克劳德·莫奈(Claude Monet)1872年创作的《印象·日出》为代表,作品中的三维空间被极大压缩,近乎二维。此后,文森特·梵高保罗·塞尚保罗·高更等画家的作品,同样削弱了画面的三维纵深感,与文艺复兴时期画作的空间表现形成鲜明对比。​

20世纪初,野兽派兴起,画面中的三维空间几乎完全消失。在彼埃·蒙德里安(Piet Mondrian)和瓦西里·康定斯基为代表的抽象表现主义绘画中,三维空间彻底消失。他们摒弃了在二维绘画平面上营造三维错觉的做法,将绘画重心转向探索绘画载体表面的“二维”特性,力求“保持绘画平面的完整性”。美国现代艺术评论家克莱门特·格林伯格(Clement Greenberg)曾指出:“现代主义绘画并非反对再现现实,而是反对那种以虚假幻象式的三度空间再现现实的庸俗方法。”他认为,二维空间的平面性是绘画的本质,而现实主义通过虚假的三维再现取悦大众的方式不可取。

美术应用

美术作品空间有二维空间与三维空间两种表现形式。二维空间指由长度(左右)和高度(上下)两个因素组成的平面空间。在绘画中为了真实地再现物像,往往借助透视、明暗等造型手段,在二维空间的平面上造成纵深的感觉和物像的立体效果,即以二维空间造成自然对物像那种三度空间的幻觉。有些绘画,如装饰性绘画、图画等,不要求表现强烈的纵深效果,而是有意在二维空间中追求扁平的意味来获得艺术表现力。

数学领域

几何

二维空间的典型代表是平面。在平面中,能够度量两个维度的尺寸,物体可向两个相互独立的方向移动,或绕某一方向转动。二维空间可由一维空间按如下方式拓展得到:取一条几何直线,将其从一个位置移动到另一个位置。移动方式既可以是平行移动,也可以是绕直线上一点进行旋转移动。这种移动过程会确定一个平面。

在平面上,可以建立坐标系。常用的平面坐标系有笛卡尔直角坐标系和极坐标系。笛卡尔直角坐标系(简称直角坐标系)由两条相互垂直的直线——坐标轴确定。在平面直角坐标系中,第一个坐标通常称作横坐标,是在横轴上沿向右方向的度量;第二个坐标通常称作纵坐标,是在纵轴上沿向上方向的度量。

极坐标系按以下方法建立:在平面内取一个定点作为原点,也称作极点,引出一条射线Ox,称为极轴。同时,选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向)。对于平面内任意一点P,用ρ表示线段OP的长度,用φ表示从Ox到OP的角度。ρ称作点P的极半径(简称为极径),角φ称作点P的极角。这样,点P就与一个有序实数对(ρ,φ)相对应,有序实数对(ρ,φ)称为点P的极坐标。若将极角φ的取值范围限制在[0,2π],那么有序数对(ρ,φ)与平面上的点P之间存在一一对应关系。如果某一数对(ρ,φ)中的φ不在区间[0,2π]上,要确定其在极坐标中对应的点,需先将φ增加或减少2π的整数倍,使其落在区间[0,2π]内。

除了直角坐标系和极坐标系,还可以建立斜坐标系。在勒内·笛卡尔最初的坐标系概念里,仅要求坐标轴之间具有“固定夹角”,并未强调两坐标轴必须相互垂直。也就是说,只要两条直线既不重合也不平行,那么这两条直线就可以构成一个坐标系,进而形成一个二维空间。

线性代数

在线性代数领域,二维空间可看作是所有有序实数耦的集合。在平面上建立笛卡尔坐标系后,平面上的点与实数耦(即两个有次序的实数组)形成一一对应关系。也就是说,平面上任意一点,都必然有唯一一对有序实数组(x,y)(即该点的坐标)与之对应;反之,给定一对有序实数组(x,y),平面上也有唯一的点与之对应。任意实数耦(x,y),都可看作平面上以坐标原点为起点、(x,y)为终点的向量。因此,二维空间也被称作二维向量空间

在二维空间中,一条直线的参数化方程可以表示为:{x=x0​+tCx​,y=y0​+tCy​​,t∈[a,b]}。式中,(x0,y0)为直线上一点的坐标,t为参数变量,Cy/Cx反映直线斜率。在极端情况下,当直线斜率为零或无穷大时,直线平行于某一坐标轴。参数t的取值范围确定了直线的形态:t∈(−∞,∞),表示无限长直线;t∈[a,∞),表示射线;t∈[a,b],表示固定长度的直线段。

一条曲线可以选择多种不同形式的参数变量,因此同一条曲线的参数化方程不是唯一的。例如,位于两个端点P1和P2之间的一条直线段,经常采用以下参数化方程表达:P(t)=(1−t)P1​+tP2,​t∈[0,1]。在直角坐标系中,常见的平面圆或者圆弧的参数化方程为:{x=x0​+rcosθ,y=y0​+rsinθ​,θ∈[θ1,θ2]}。式中,(x0,y0)为圆弧中心的坐标,r为圆弧半径,θ为角度参数。角度参数的变化范围为闭区间[θ1,θ2]。如果θ∈[-π,π]或者θ∈[0,2π],则{x=x0​+rcosθ,y=y0​+rsinθ​,θ∈[θ1,θ2]}表示一个完整的圆。

参考资料