Permukaan 📖 Wikipedia

Permukaan adalah lapisan terluar atau teratas dari suatu objek fisik.^[1][2] Ini adalah bagian atau wilayah objek yang pertama kali dapat diamati dan yang pertama kali berinteraksi dengan objek lain.

Konsep permukaan telah diabstraksikan dan diformalkan dalam matematika, khususnya dalam geometri. Tergantung pada sifat-sifat yang ditekankan, ada beberapa formalisasi yang tidak setara yang semuanya disebut permukaan, kadang-kadang dengan kualifikasi seperti permukaan aljabar, permukaan halus, atau permukaan fraktal.

Konsep permukaan dan abstraksinya dalam matematika banyak digunakan dalam fisika, rekayasa, grafika komputer, dan banyak disiplin ilmu lainnya, terutama dalam merepresentasikan permukaan objek fisik. Misalnya, dalam menganalisis sifat aerodinamis pesawat terbang, pertimbangan utamanya adalah aliran udara di sepanjang permukaannya. Konsep ini juga menimbulkan beberapa pertanyaan filosofis, misalnya seberapa tebal lapisan atom atau molekul yang dapat dianggap sebagai bagian dari permukaan suatu objek (yaitu, di mana "permukaan" berakhir dan "bagian dalam" dimulai),^[2][3] dan apakah objek benar-benar memiliki permukaan pada skala subatomik.^[4]

Permukaan suatu objek adalah bagian objek yang biasanya pertama kali dipersepsikan, terutama menggunakan indra penglihatan dan sentuhan. Manusia menyamakan melihat permukaan suatu objek dengan melihat objek itu sendiri. Misalnya, saat melihat mobil, biasanya tidak mungkin untuk melihat mesin, elektronik, dan struktur internal lainnya, tetapi objek tersebut tetap dikenali sebagai mobil karena permukaannya mengidentifikasinya sebagai mobil.^[5] Secara konseptual, "permukaan" suatu objek dapat didefinisikan sebagai lapisan atom teratas.^[6] Banyak objek dan organisme memiliki permukaan yang berbeda dari bagian dalamnya. Misalnya, kulit apel memiliki kualitas yang sangat berbeda dari bagian dalam apel,^[7] dan permukaan luar radio mungkin memiliki komponen yang sangat berbeda dari bagian dalamnya. Mengupas apel berarti menghilangkan permukaannya, yang pada akhirnya meninggalkan permukaan yang berbeda dengan tekstur dan penampilan yang berbeda, yang dapat dikenali sebagai apel yang telah dikupas. Menghilangkan permukaan luar perangkat elektronik dapat membuat tujuannya tidak dapat dikenali. Sebaliknya, menghilangkan lapisan terluar dari batuan atau lapisan teratas cairan yang terdapat dalam gelas akan meninggalkan permukaan baru dari zat atau bahan tersebut dengan komposisi yang sama, hanya sedikit berkurang volumenya.^[8]

Dalam matematika, permukaan adalah model matematis dari konsep umum permukaan. Permukaan merupakan generalisasi dari bidang, tetapi tidak seperti bidang, permukaan dapat melengkung (ini analog dengan kurva yang menggeneralisasi garis lurus). Contoh permukaan yang tidak datar adalah bola.

Terdapat beberapa definisi yang lebih tepat, tergantung pada konteks dan alat matematika yang digunakan untuk studi tersebut. Permukaan matematika paling sederhana adalah bidang dan bola dalam ruang Euclidean 3 dimensi. Biasanya, dalam geometri aljabar, permukaan dapat saling bersilangan (dan mungkin memiliki singularitas lain); sedangkan dalam topologi dan geometri diferensial, permukaan mungkin tidak bersilangan.

Permukaan adalah ruang topologi berdimensi dua, yang berarti bahwa titik yang bergerak di permukaan dapat bergerak ke dua arah (memiliki dua derajat kebebasan). Dengan kata lain, di sekitar hampir setiap titik, terdapat bidang koordinat tempat sistem koordinat dua dimensi didefinisikan. Misalnya, permukaan Bumi (idealnya) menyerupai bola, dan garis lintang dan garis bujur menyediakan koordinat dua dimensi di atasnya (kecuali di kutub dan sepanjang meridian ke-180).

Konsep permukaan dalam ilmu fisika mencakup struktur dan dinamika yang terjadi di permukaan. Bidang ini mendasari banyak disiplin ilmu praktis seperti fisika semikonduktor dan nanoteknologi terapan, tetapi juga memiliki kepentingan fundamental.

Pengukuran hamburan sinar-X sinkrotron dan neutron digunakan untuk memberikan data eksperimental tentang struktur dan gerakan adsorbat molekuler yang teradsorpsi pada permukaan. Tujuan dari metode tersebut adalah untuk menyediakan data yang dibutuhkan untuk membandingkan perkembangan terbaru dalam pemodelan sistem permukaan, struktur elektronik dan fisiknya, serta energi dan gesekan yang terkait dengan gerakan permukaan.

Proyek saat ini berfokus pada adsorpsi permukaan hidrokarbon poliaromatik (PAH), suatu kelas molekul kunci untuk penyempurnaan pemodelan gaya dispersif melalui pendekatan seperti teori fungsional densitas, dan dibangun berdasarkan pekerjaan komplementer yang menerapkan hamburan atom helium dan mikroskopi terowongan pemindaian pada molekul kecil dengan fungsionalitas aromatik.^[9]

Banyak permukaan yang dipertimbangkan dalam fisika dan kimia (ilmu fisika secara umum) adalah antarmuka. Misalnya, permukaan dapat berupa batas ideal antara dua fluida, cair dan gas (permukaan laut di udara) atau batas ideal dari suatu benda padat (permukaan bola). Dalam dinamika fluida, bentuk permukaan bebas dapat didefinisikan oleh tegangan permukaan. Namun, permukaan tersebut hanya berupa permukaan pada skala makroskopik. Pada skala mikroskopik, permukaan tersebut mungkin memiliki ketebalan tertentu. Pada skala atom, permukaan tersebut sama sekali tidak tampak seperti permukaan, karena adanya lubang yang terbentuk oleh ruang di antara atom atau molekul.^[10]

Permukaan lain yang dipertimbangkan dalam fisika adalah muka gelombang. Salah satunya, yang ditemukan oleh Augustin Fresnel, disebut permukaan gelombang oleh para matematikawan.

Permukaan reflektor teleskop adalah paraboloida revolusi.

Contoh lain:

• Gelembung sabun, yang merupakan contoh fisik dari permukaan minimum
• Permukaan ekipotensial, misalnya dalam medan gravitasi
• Permukaan bumi
• Ilmu permukaan, studi tentang fenomena fisik dan kimia yang terjadi pada antarmuka dua fase
• Metrologi permukaan
• Gelombang permukaan, gelombang mekanik
• (tropopause, tepi ruang angkasa, plasmapause, dll.)

Dalam grafika komputer, permukaan adalah representasi matematis dari objek atau bentuk 3D. Permukaan digunakan untuk memodelkan dan merender lapisan luar suatu objek, memberikan bentuk, tekstur, dan warna dalam ruang virtual. Permukaan pada dasarnya adalah kumpulan titik dalam ruang 3D yang didefinisikan secara matematis dan divisualisasikan untuk membentuk bentuk suatu objek. Permukaan sangat penting untuk menciptakan model 3D yang realistis, karena permukaan mendefinisikan "kulit" atau "batas luar" suatu objek.

Permukaan dapat dikategorikan berdasarkan bagaimana permukaan tersebut didefinisikan atau direpresentasikan:

• Permukaan poligonal terdiri dari poligon, yang biasanya berupa segitiga atau segi empat. Permukaan ini bersifat perkiraan dan terkadang terlihat berfaset. Permukaan ini umum digunakan dalam game dan rendering waktu nyata lainnya karena efisien secara komputasi.
• Permukaan parametrik didefinisikan menggunakan persamaan yang bergantung pada parameter. Permukaan ini meliputi permukaan Bézier dan NURBS. Permukaan ini halus dan tepat. Permukaan ini digunakan dalam CAD dan animasi.
• Permukaan implisit adalah himpunan solusi persamaan berbentuk ${\displaystyle f(x,y,z)=0}$. Permukaan ini mampu menangkap beberapa bentuk kompleks dengan baik.

Permukaan dalam grafika komputer memiliki beberapa atribut penting yang menentukan perilaku dan penampilannya. Geometri adalah atribut kunci yang menentukan bentuk, ukuran, dan posisi permukaan dalam ruang 3D, membentuk struktur dasar model. Sifat material seperti tekstur, warna, kilap, dan transparansi, memengaruhi bagaimana permukaan berinteraksi dengan cahaya dan berkontribusi pada daya tarik visualnya. Selain itu, normal, yang merupakan vektor tegak lurus terhadap permukaan di setiap titik, sangat penting untuk perhitungan pencahayaan dan bayangan yang akurat, memastikan bahwa permukaan merespons secara realistis terhadap sumber cahaya. Permukaan dalam grafika komputer memiliki berbagai macam aplikasi. Permukaan banyak digunakan dalam pemodelan objek seperti mendesain karakter, mobil, dan bangunan, di mana permukaan menentukan bentuk dan struktur model. Dalam rendering, permukaan memainkan peran penting dalam menentukan bagaimana objek muncul dalam sebuah adegan dengan memengaruhi bayangan, pantulan, dan teksturnya, yang berkontribusi pada realisme secara keseluruhan. Selain itu, permukaan sangat penting dalam simulasi, di mana permukaan membantu mereplikasi sifat fisik seperti pergerakan gelombang air atau dinamika kain, sehingga meningkatkan akurasi pengalaman visual dan interaktif.

Salah satu tantangan utama dalam grafis komputer adalah menciptakan simulasi permukaan yang realistis. Dalam aplikasi teknis grafika komputer 3D (CAx) seperti desain berbantuan komputer dan manufaktur tertunjang komputer, permukaan adalah salah satu cara untuk merepresentasikan objek. Cara lainnya adalah kerangka kawat (garis dan kurva) dan benda padat. Awan titik juga terkadang digunakan sebagai cara sementara untuk merepresentasikan suatu objek, dengan tujuan menggunakan titik-titik tersebut untuk menciptakan satu atau lebih dari tiga representasi permanen.

Salah satu teknik yang digunakan untuk meningkatkan realisme permukaan dalam grafis komputer adalah penggunaan algoritma rendering berbasis fisik (PBR) yang mensimulasikan interaksi cahaya dengan permukaan berdasarkan sifat fisiknya seperti reflektansi, kekasaran, dan transparansi. Dengan menggabungkan model dan algoritma matematika, PBR dapat menghasilkan rendering yang sangat realistis, yang menyerupai perilaku material di dunia nyata. PBR telah menemukan aplikasi praktis di luar hiburan, memperluas dampaknya ke desain arsitektur, pembuatan prototipe produk, dan simulasi ilmiah.