Свойства и особенности ортогонального проецирования, используемые при разработке графических моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

1. Виды проецирования, используемые при разработке графических моделей

2. Свойства и особенности ортогонального проецирования

2.1 Отображение на комплексном чертеже точки, прямой и плоскости

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Виды проецирования, используемые при разработке графических моделей

При моделировании геометрического объекта важным условием является отображение его формы и размеров: модель должна быть выполнена с такой степенью сходства и точности, чтобы по ней можно было точно воспроизвести форму и размеры изображаемого геометрического объекта. Для этого графическую модель на плоскости (листе бумаги или экране) необходимо построить по определенным геометрическим правилам (законам), позволяющим от плоских (искаженных) графических форм переходить к пространственным формам. Это возможно при помощи метода проецирования. С использованием этого метода разрабатываются графические модели, которые называются проекционными чертежами.

Рис. 1. Метод центрального проецирования

Операция проецирования геометрического объекта на плоскость заключается в следующем (рис. 1):

- в качестве центра проецирования в пространстве выбирают произвольную точку S, принадлежащую плоскости Г;

- выбирают плоскость П_i, не проходящую через точку S, в качестве плоскости проекций;

- через центр проецирования S проводят луч SA до его пересечения с плоскостью П_i в точке А_i.

Точку А_i принято называть центральной проекцией точки А, а луч SA - проецирующим лучом. Описанные построения выражают суть операции, называемой центральным проецированием точек пространства на плоскость.

Центральное проецирование есть наиболее общий случай проецирования геометрических объектов на плоскость. Основными и неизменными (инвариантными) его свойствами являются следующие (рис. 4 и 5):

- проекция точки (А) - точка (А_i);

- проекция прямой линии (m) - прямая (m_i);

- в общем случае проекция кривой линии (n) - кривая (n_i);

- если точка принадлежит линии (А m), то проекция этой точки принадлежит проекции линии (А_i m_i).

Проецирующие лучи, проведенные через все точки кривой n, образуют проецирующую коническую поверхность N (рис. 2). Проекция кривой представляет собой линию пересечения проецирующей поверхности N и плоскости проекций П_i. Коническую поверхность К образуют лучи, и при проецировании геометрического объекта, например сферы (рис. 3, полученную линию пересечения k_i принято называть очерковой (или очерком).

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Принцип центрального проецирования используется в фотоаппаратах и кинокамерах. Упрощенная схема работы человеческого глаза близка к этому виду проецирования: роль центра проецирования выполняет оптический центр хрусталика, роль проецирующих прямых - лучи света; плоскостью проекций служит сетчатка глаза. Поэтому изображения, построенные по принципу центрального проецирования, наиболее наглядны, и их широко используют в своей работе художники, архитекторы, дизайнеры.

Параллельное проецирование частный случай центрального проецирования выполняется при следующих условиях:

- центр проецирования удален в бесконечность;

- проецирующие лучи рассматриваются как параллельные проецирующие прямые;

- положение проецирующих прямых относительно плоскости проекций определяется направлением проецирования S. В этом случае полученное изображение называют параллельной проекцией объекта (рис. 4).

При параллельном проецировании сохраняются свойства центрального и добавляются следующие:

- проекции параллельных прямых параллельны между собой;

- отношение отрезков прямой равно отношению их проекций;

- отношение отрезков двух параллельных прямых равно отношению их проекций;

- плоская форма (фигура), параллельная плоскости проекции, проецируется на нее в натуральную величину.

В свою очередь, параллельное проецирование подразделяется на косоугольное (проецирующие лучи не перпендикулярны плоскости проекций) и прямоугольное (проецирующие лучи перпендикулярны плоскости проекций). В последнем случае проекция называется ортогональной.

2. Свойства и особенности ортогонального проецирования

Ортогональному проецированию присущи все свойства параллельного и центрального проецирования, и, кроме того, для него справедлива теорема о проецировании прямого угла: если хотя бы одна сторона прямого угла параллельна плоскости проекций, а вторая не перпендикулярна ей, то прямой угол на эту плоскость проецируется в виде прямого угла.

При составлении чертежей используется ортогональное проецирование по методу Монжа - ортогональное проецирование на две взаимно перпендикулярные плоскости проекций (рис. 5): П₁ - горизонтальную и П₂ - фронтальную. Плоскость П₁ пересекает плоскость П₂ по линии Ох, которую называют осью проекций.

Д

Для создания чертежа плоскость П₁ совмещают с плоскостью П₂, вращая ее вокруг оси Ох. Чертеж, выполненный таким образом, часто называют эпюром Монжа. Плоскости проекций делят пространство на четыре двугранных угла - четверти. При выполнении ортогональных проекций полагают, что наблюдатель находится в первой четверти на бесконечно большом расстоянии от плоскостей проекций. Графическая модель объекта любой сложности рассматривается как геометрическое место точек, по взаимному расположению которых можно составить представление о форме отображаемого объекта. По расположению точек относительно системы координат судят о положении объекта в пространстве. Таким образом, рассмотрев процесс проецирования точки на плоскости П₁ и П₂, можно составить алгоритм выполнения чертежа объекта. При проецировании точка принимается за физический объект.

2.1 Отображение на комплексном чертеже точки, прямой и плоскости

ортогональное проецирование графическая модель

Точка. При построении проекции необходимо помнить, что ортогональной проекцией точки на плоскость называется основание перпендикуляра, опущенного из данной точки на эту плоскость (рис. 6). Ортогональные проекции точки А и А называются соответственно горизонтальной проекцией и фронтальной проекцией (рис. 6 и 7). Проекции точки всегда расположены на прямых, перпендикулярных оси Ох и пересекающих эту ось в одной и той же точке А_Х (так как проецирование прямоугольное). Прямые линии, соединяющие разноименные проекции точки на эпюре, называются линиями проекционной связи.

Справедливо и обратное, т.е. если на плоскостях проекций даны точки А и А, расположенные ни прямых, пересекающих ось Ох в точке А_х под прямым углом, то они являются проекцией некоторой точки А. Расстояние АА_Х между горизонтальной проекцией точки и осью Ох равно расстоянию от точки А до плоскости П₂, а расстояние АА_Х между фронтальной проекцией точки до оси Ох равно расстоянию от точки А до плоскости П₁.

В соответствии с декартовой системой координат эти расстояния равны координатам точки А и называются: АА_Х ордината; АА_Х аппликата. Координаты точки - это величины, которые определяют положение этой точки в пространстве, а также на плоской или кривой поверхности.

Нередко, чтобы сделать проекционный чертеж более ясным, возникает необходимость использовать третью профильную плоскость проекций П₃, расположенную перпендикулярно к П₁ и П₂ (рис. 8). Проекция точки на эту плоскость обозначается А (рис. 8, 9). В этом случае плоскости проекций делят пространство на октанты. В первом октанте координаты точек положительные (рис. 8, табл. 1).

Для получения эпюра точки в системе трех плоскостей проекций вращают плоскости П₁ и П₃ соответственно вокруг осей х и z до совмещения с плоскостью П Плоскости проекций, пересекаясь, образуют три линии пересечения - оси Ох, Оу и Оz. В соответствии с декартовой системой координат на оси Оz откладывают координату z; на оси Оу - координату у; на оси Ох - координату х.

Таблица 1

Знаки координат точек по октантам

Если точка принадлежит хотя бы одной плоскости проекций, она занимает частное положение относительно плоскостей проекций: одна из ее координат равна нулю. Если точка не принадлежит ни одной из плоскостей проекций, она занимает общее положение.

Если у точек равны две одноименные координаты, то эти точки называются конкурирующим. Конкурирующие точки расположены на одной проецирующей прямой. Соответствующие (одноименные) проекции кон-курирующих точек совпадают (рис. 10).

Прямая. Если прямая не параллельна ни одной из плоскостей проекций, то она называется прямой общего положения (рис. 11, 12).

Прямые, параллельные плоскостям проекций, называются прямыми уровня. Каждая из них проецируется на параллельную ей плоскость проекций без искажения, т.е. длина отрезка равна длине его проекции на эту плоскость.

Прямая, параллельная горизонтальной плоскости проекций, называется горизонтальной прямой. Для любой пары точек такой прямой справедливо:

z_А = z_В = АВ Ох, АВ Оу, АВ = АВ (рис. 13, 14).

Рис. 11. Проецирование Рис. 12. Эпюр прямой

прямой общего положения общего положения

Прямая, параллельная фронтальной плоскости проекций, называется фронтальной, в этом случае: y_А = y_В = АВ Ох, АВ Оz, АВ = АВ (рис. 15).

Прямая, параллельная профильной плоскости проекций, называется профильной прямой (рис. 18), т.е. для пары точек, принадлежащей этой прямой, справедливо: х_А = х_В = АВ Оу, АВ Оz, АВ = АВ.

Рис. 13. Проецирование Рис. 14. Эпюр

горизонтальной прямой горизонтальной прямой

Рис. 15. Эпюр Рис. 16. Эпюр

фронтальной прямой профильной прямой

Прямые, перпендикулярные плоскостям проекций, называются проецирующими (рис. 17):

АВ фронтально проецирующая прямая;

ВС - профильно проецирующая прямая;

BD горизонтально проецирующая прямая.

Рис. 17. Проецирующие прямые

Следы прямой линии. Следом прямой линии называется точка, в которой прямая пересекает плоскость проекции (рис. 18).

Горизонтальный след прямой (а) это точка ее пересечения (H, z_H = 0) с горизонтальной плоскостью проекций (П₁).

Фронтальный след прямой (а) это точка ее пересечения (F, у_F = 0) с фронтальной плоскостью проекций (П₂).

Профильный след прямой (а) это точка ее пересечения (P, х_P = 0) с профильной плоскостью проекций (П₃). Следы прямой являются точками частного положения. Проекции следа прямой совпадают с самим следом на одноименной плоскости проекции, а другие проекции этого следа лежат на осях. Например, фронтальная проекция F фронтального следа прямой а совпадает со следом F (F = F), а горизонтальная проекция фронтального следа F лежит на оси х, соответственно профильная проекция фронтального следа F на оси z.

Рис. 18. Нахождение следов прямой линии:

а) аксонометрическое изображение; б) эпюр

Для построения горизонтальных следов H прямых l и m (рис. 19, 20) необходимо продлить фронтальную проекцию до пересечения с осью х (H принадлежит Ох), затем - горизонтальную (H принадлежит l ); а H = H.

Следы прямой являются точками, в которых прямая переходит из одного октанта в другой. Видимой частью прямой будет та, которая расположена в пределах первого октанта (рис. 20а).

Рис. 19. Следы Рис. 20. Следы

прямой линии прямой линии

Плоскость. На чертеже плоскость отображается в виде проекций:

– трех точек, не лежащих на одной прямой линии (рис. 21а);

– прямой линии и точки, не принадлежащей этой прямой (рис. 22б);

– двух пересекающихся прямых (рис. 21в);

– двух параллельных прямых (рис. 21г);

– следов плоскости - прямых линий, по которым заданная плоскость пересекается с плоскостями проекций (рис. 21д).

Различное положение плоскости относительно плоскостей проекций. Плоскость общего положения (не перпендикулярна ни одной плоскости проекций) имеет три следа (рис. 22): горизонтальный (h₀), фронтальный (f₀), профильный (p₀). Следы плоскости общего положения пересекаются на осях в точках x, y, z. Эти точки называются точками схода следов, их можно рассматривать как вершины трехгранных углов, образованных данной плоскостью с двумя плоскостями проекций. Каждый из следов плоскости совпадает со своей одноименной проекцией, а две другие разноименные проекции лежат на осях.

Плоскость частного положения. Плоскость, перпендикулярная горизонтальной плоскости проекций (П₁), называется горизонтально проецирующей плоскостью (рис. 23).

Рис. 21. Графическое отображение плоскости в виде проекций:

а) трех точек; б) точки и прямой; в) пересекающихся прямых;

г) двух параллельных прямых; д) следов плоскости

Горизонтальная проекция такой плоскости представляет собой прямую линию, которая одновременно является ее горизонтальным следом (h₀). С ним совпадают горизонтальные проекции всех точек и прямых, принадлежащих этой плоскости, например: если АВС, то АВ, СВ, АС совпадают с h₀, фронтальная (АВС) и профильная (АВС) проекции в виде треугольников.

Плоскость, перпендикулярная фронтальной плоскости проекций (П₂, АВС), называется фронтально проецирующей плоскостью (рис. 24). Фронтальной проекцией плоскости является прямая линия, совпадающая со следом f₀.

Плоскость, перпендикулярная профильной плоскости проекций (П₃), называется профильно проецирующей плоскостью (рис. 25). Профильной проекцией такой плоскости является прямая линия, совпадающая со следом плоскости (p₀).

ы

Рис. 24. Фронтально Рис. 25. Профильно

проецирующая плоскость проецирующая плоскость

Плоскость, параллельная горизонтальной плоскости проекций, горизонтальная плоскость. Любая геометрическая фигура, принадлежащая этой плоскости, проецируется на П₁ без искажения, а на плоскости П₂ и П₃ проецируется в прямые следы плоскости.

Плоскость, параллельная фронтальной плоскости проекций, называется фронтальной плоскостью.

Плоскость, параллельная профильной плоскости проекций, называется профильной плоскостью.

Главные линии плоскости. Среди прямых линий, которые могут быть расположены в плоскости, особое место занимают четыре вида прямых.

Горизонтали (h) - прямые, лежащие в плоскости (АВС) и параллельные горизонтальной плоскости проекций (рис. 28). Фронтальная проекция горизонтали параллельна оси Ох (h Ох).

Фронтали (f) - прямые, расположенные в плоскости (АВС) и параллельные фронтальной плоскости проекций ( f , f Ох).

Профильные прямые (p) - прямые, находящиеся в данной плоскости и параллельные профильной плоскости проекций.

Следует заметить, что следы плоскости тоже относятся к главным линиям. Горизонтальный след плоскости - это ее нулевая горизонталь, фронтальный след - нулевая фронталь. Следы двух прямых плоскости определяют положение одноименных следов плоскости. Так, на рисунке 29 показана плоскость , заданная двумя пересекающимися прямыми а и в. Точки А и В - фронтальные следы, а точки С и D - горизонтальные следы этих прямых. Тогда фронтальный след плоскости f₀ определяется прямой АВ, а горизонтальный h₀ - прямой СD.

Рис. 26. Горизонталь Рис. 27. Построение

и фронталь плоскости АВС следов плоскости

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инженерная графика: общий курс [Текст] : учебник / под ред. В.Г. Бурова, Н.Г. Иванцивской. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Логос, 2008. - 232 с. : ил.

2. Левицкий, В.С. Машиностроительное черчение и автоматизация выполнения чертежей [Текст] : учебник для втузов / В.С. Левицкий. - 8-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2007. - 436 с. : ил.

3. Локтев, О.В. Краткий курс начертательной геометрии [Текст] : учебник для втузов / О.В. Локтев. - 6-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2010. - 136 с. : ил.

4. Общие правила выполнения чертежей ЕСКД [Текст] : сборник стандартов ЕСКД. - М. : Изд-во стандартов, 2009. 238 с.

5. Чекмарев, А.А. Инженерная графика [Текст] : учебник для вузов / А.А. Чекмарев. - 5-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2010. - 365 с. : ил.

6. Чекмарев, А.А. Начертательная геометрия и черчение [Текст] : учебник для вузов / А.А. Чекмарев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Владос, 2008. - 472 с. : ил.

7. Чекмарев, А.А. Справочник по машиностроительному черчению [Текст] : справочник / А.А. Чекмарев, В.К. Осипов. - 8-е изд., стер. - М. : Высш. шк., 2008. - 493 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru