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玩转环面

(2022-07-18 09:54:07)
标签:

几何图霸

图片

教育

几何

3d

分类: 几何图霸软件
用几何图霸玩转环面

玩转环面
环面是一个圆 A 绕另一个圆 B 形成的曲面,但 A 和 B 只要拓扑上还是个圆,也就是自身不相交的闭合曲线,那么这么绕圈操作之后,拓扑上得到的就还是一个环面。这里我们考虑一种特殊的曲线:内摆线。
玩转环面
注意内摆线的形状都是某种正 k 边形,我们可以考虑让 A 在环绕过程中自身绕中心旋转,只要旋转速率适当,就可以在环绕一周后,仍然形成闭合曲面。
玩转环面
曲面方程用了 u、v 两个互相独立的参数来生成曲面。如果它们不是互相独立的会怎么样呢?单个参数会生成曲线,而由于我们用环面函数做基础,那么根据u、v间变化的速度 p、q的关系得到环面上的各种曲线。但光是线条还是有些单调了,我们可以把它变成管状。
玩转环面

设圆环面中u=pt,v=qt,p,q互素,可以得到系列的环面纽结:玩转环面

改变初始参数,制成动画:
玩转环面
纽结理论中,环面纽结是一种特殊的结。它由一对整参数p和q决定。
玩转环面

长条缠绕:绕环面的曲线不仅可以做成管状,还可以用方条形:
玩转环面
方条的四面可以用参数方程曲面,这样可以贴合圆环面,显示效果最好。如上图。
其它构造方法:方条的四面用截面矩形的四边的轨迹面构造
玩转环面
玩转环面


王达老师用曲线方程的一阶和二阶导数得到Frenet 标架的三个单位向量,从而构造截面矩形,再形成轨迹面。
玩转环面
方条的四面用直纹面,效果比轨迹面好些。
玩转环面

王老师用曲面方程中的裁剪制作,很巧妙!我加入了自定义着色。
玩转环面
让小圆圆心在其它曲线上运动,可以构造更多美丽的图形。上图显示的是在一个半径不断增大的空间螺旋上。
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著名的荷兰画家埃舍尔(Escher)有一幅版画 Spirals,可以看作四条螺旋带组成的。 
玩转环面

   埃舍尔不仅对与晶体有密切关系的立体图形有兴趣,任何有趣有规则的立体图形都能使他产生创作冲动。在1953年到1958年之间, 他制作了五幅版画,都是以空间螺旋 (spatial spirals) 为题材的。双色木刻画《旋》,向我们传达了他对纯粹形式法则的惊叹之情。  
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玩转环面
在图霸中可欣赏动图。
    在环面上能做的变化还有很多很多,用几何图霸制作的方法也有许多。限于篇幅这里就不继续列举下去了。希望目前为止的这些展示能让读者有所启发,有兴趣的读者可以进一步继续探索其它可能的变化。本页图形均由几何图霸制作。

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