Согласно основным положениям физической мезомеханики процессы пластической деформации, происходящие в объеме нагруженного материала, находят однозначное отражение в изменении рельефа его поверхности, что, в первую очередь, связано с действием поворотных мод деформации. При этом в нагруженном материале развиваются и движутся трехмерные структурные элементы деформации (мезообъемы), форма и геометрические размеры которых зависят от вида и условий нагружения и могут быть оценены путем измерения рельефа поверхности. Распределение последнего при различных степенях деформации (на различных этапах нагружения) имеет определенный характер. Его исследование позволяет изучать процессы пластической деформации на мезо- и макромасштабных уровнях, в результате развития которых в объеме нагруженного материала накапливаются несплошности и микротрещины, что в конечном итоге обусловливает разрушение материала.

Для получения информации о распределении рельефа поверхности в рамках методологии физической мезомеханики в настоящее время используются различные способы, в частности сканирующая зондовая, растровая электронная и оптическая микроскопии. Сканирующая зондовая микроскопия подразделяется на сканирующую туннельную и атомно-силовую микроскопии. Диапазон высот рельефа, измеряемого данными методами, лежит в пределах нескольких микрометров, а погрешность измерений составляет единицы ангстрем. Необходимым условием проведения исследований с использованием сканирующей туннельной микроскопии, в отличие от атомно-силовой, является наличие на поверхности исследуемого материала токопроводящего слоя.

Главными недостатками представленных методов являются возможность получения информации о небольших участках поверхности (сотни квадратных микрометров), что в большей степени соответствует исследованиям процессов пластической деформации на микромасштабном уровне (уровне дефектов кристаллической решетки), а также достаточно высокая стоимость.

В общем случае оптическая микроскопия неоднозначно отражает реальное распределение рельефа поверхности, особенно при высоких степенях деформации, что связано, в частности, с уменьшением отражающей способности поверхности при появлении на ней деформационного рельефа. При этом оптическое изображение поверхности материала (вследствие уменьшения ее отражающей способности) характеризуется значительной затемненностью, а объем полезной информации в нем снижается. Кроме того, растровый электронный микроскоп имеет большую глубину резкости, поэтому малочувствителен к тонким изменениям рельефа поверхности.

Также известны методы для измерения координат объектов в трехмерном пространстве, такие как стереометрия, методы структурированного освещения, определение формы по характеру распределения оттенков «Shape from Shading» и др. Однако использование данных методов для получения картин распределения рельефа поверхности материалов, как правило, представляет ряд трудностей. Основной причиной этого является необходимость получения оптического образа при достаточно большом увеличении, что, в свою очередь, приводит к уменьшению глубины резкости, усложнению оптической системы и т.д. Поэтому эти методы в основном используются для определения характеристик объектов, обладающих достаточно большими размерами, что не имеет места при исследовании металлографических шлифов поверхности.

Прямое измерение рельефа поверхности может быть реализовано с помощью профилометра. Профилометры занимают свою нишу в иерархии масштабов измерений, которая лежит на границе между мезо- и макромасштабными уровнями (уровнем элементов внутренней структуры и всего образца или изделия в целом). Признанным лидером в производстве таких приборов является фирма Taylor-Hobson (Великобритания), в рекламной информации которой сообщается о создании компьютеризированных систем измерения профиля поверхности с разрешением в сотые доли микрометра. Однако стоимость таких приборов составляет несколько десятков тысяч долларов. В данной работе использован отечественный профилометр, предназначенный для получения информации о степени шероховатости, измеряемой путем усреднения значений отсчетов высот профиля поверхности при движении датчика (щупа) вдоль заданной линии сканирования. Получение информации о распределении рельефа на участке поверхности может осуществляться путем ее последовательного построчного сканирования. На основе этого была разработана автоматизированная система для измерения рельефа поверхности материалов (АСИР), позволяющая снимать картины распределения рельефа на участках поверхности площадью в сотни квадратных миллиметров.