CWGI Moduł 2

From Studia Informatyczne

Grafika:CWGI_M2_Slajd1.png Wykład 2. Elementy przynależne i wspólne w rzutach prostokątnych

Wykład poświęcony jest działowi nazwanemu elementy przynależne i wspólne. Na wykładzie zostaną omówione konstrukcje podstawowe w rzutach prostokątnych, oparte o zasady określone w niezmiennikach rzutu równoległego oraz podstawach teoretycznych rzutowania prostokątnego.

Wykład stanowi podstawę do realizacji złożonych konstrukcji zapisywanych w grafice inżynierskiej, jako element profesjonalnego, graficznego zapisu postaci konstrukcyjnej złożonych obiektów technicznych.


Grafika:CWGI_M2_Slajd2.png Rzut prostokątny jest rzutem równoległym, zatem obowiązują w tym odwzorowaniu wszystkie własności (niezmienniki) rzutu równoległego, w szczególności przynależność elementów. Jeżeli zatem punkt przynależy do prostej to rzuty tego punktu przynależą do rzutów prostej.

Zakładając, że punkt P\, leży na prostej l\, obieramy punkt P''\, leżący na rzucie pionowym l''\, prostej. Rzut poziomy P' tego punktu, będzie leżał na odnoszącej (prostopadłej do osi x) i rzucie l' poziomym prostej l\,. Analogiczne rozumowanie można przeprowadzić dla przynależności prostej do płaszczyzny. Zakładając, że prosta k\, leży w płaszczyźnie dwóch prostych a\, i b\,, obieramy dowolny rzut pionowy prostej - k''. Prosta k'' przecina proste a" i b" w punktach 1'' i 2''. Rzuty poziome tych punktów będą leżały odpowiednio na odnoszących (prostopadłych do osi x) oraz rzutach poziomych prostych a'\, i b'\,.


Grafika:CWGI_M2_Slajd3.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd4.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd5.png Punkt jest przynależny do płaszczyzny, jeżeli przynależy do prostej leżącej w płaszczyźnie. Płaszczyzna w tym przypadku określona jest bezśladowo, przez dwie przecinające się proste a\, i b\,. Obierzemy dowolny punkt A\,, przyjmując jego rzut pionowy A''\, jak na rys. 2.2_1a, i założymy, że leży on na płaszczyźnie dwóch przecinających się prostych (a x b). Aby wyznaczyć drugi rzut tego punktu poprowadźmy przez rzut pionowy punktu A'' dowolną prostą p'', która będzie leżała w płaszczyźnie dwóch prostych (a x b). Jeżeli tak, to prosta p''\, przetnie nam proste a'' i b'' w punktach odpowiednio 2'' i 1''. Rzuty poziome 1' i 2' tych punktów znajdziemy na przecięciu się odnoszących z rzutami poziomymi a'\, i b'\, prostych a\, i b\,. Rzuty poziome 1'\, i 2' punktów 1\, i 2\, wyznacza rzut poziomy prostej p'\,, leżącej w płaszczyźnie prostych a\, i b\,. Prostą p\, prowadzono przez punkt A\,, a więc można jego rzut poziomy A' wyznaczyć na przecięciu się odnoszącej, i rzutu poziomego p'\, prostej p\, (patrz rys. 2.2_1a).

Grafika:CWGI_M2_Slajd6.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd7.png Analogiczne zagadnienie można rozpatrzyć, zakładając, iż dana płaszczyzna określona jest śladami v_\alpha i h_\alpha(patrz rys. 2.2_2a, b)Przyjmijmy dowolny rzut poziomy punktu A'. Zakładając, iż punkt należy do płaszczyzny \alpha\, wyznaczymy drugi rzut punktu. Prosta należy do płaszczyzny, jeżeli ma z nią, co najmniej dwa punkty wspólne. W konstrukcjach śladowych prosta leży na płaszczyźnie, jeżeli ślady prostej leżą na śladach płaszczyzny. Przez rzut poziomy punktu prowadzimy rzut poziomy prostej l (l'), dla której zakładamy przynależność do płaszczyzny \alpha\,. Rzut pionowy punktu A'' wyznaczymy pośrednio poprzez wyznaczenie drugiego rzutu prostej l''. Wyznaczamy ślad poziomy H_l prostej l\, - oraz pokrywający się z nim rzut poziomy H_l’ tego śladu . Rzut pionowy śladu poziomego H_l” prostej l\, będzie leżał na przecięciu się z osią x, wystawionej ze śladu poziomego prostej l\,. Rzut poziomy śladu pionowego V_l” będzie leżał na przecięciu się rzutu poziomego prostej l\, z osią x. Rzut pionowy V_l” śladu pionowego V_l będzie leżał na przecięciu się odnoszącej, wystawionej z tego punktu, aż do przecięcia się z rzutem pionowym l” prostej l\,. Otrzymaliśmy w ten sposób rzuty pionowe śladów prostej l\,, które wyznaczają rzut pionowy prostej l''. Na rzucie tym leży szukany rzut A'' punktu A\,, który będzie należał do płaszczyzny \alpha Na rys. 2.2_2 b przedstawiono analogiczną konstrukcję, korzystając z pośrednictwa prostej poziomej p\, leżącej w płaszczyźnie \alpha\,.

Grafika:CWGI_M2_Slajd8.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd9.png Wyznaczanie krawędzi przecięcia się dwu płaszczyzn należy do zagadnień rozdziału o nazwie Elementy wspólne. W technice z zagadnieniem takim mamy do czynienia powszechnie. Na rys.2.3_1a,b przedstawiono wyznaczanie krawędzi przecięcia się płaszczyzn dla przypadku, gdy płaszczyzny są zadane przy pomocy postaci śladów. W celu wyznaczenia wspólnej krawędzi płaszczyzny \alpha\, i \beta\, należy ustalić dwa punkty wspólne tych płaszczyzn, ponieważ one jednoznacznie określają prostą, będącą krawędzią wspólną płaszczyzn. Punkty te łatwo ustalić, ponieważ ślady płaszczyzn są to proste należące do tych płaszczyzn i jednocześnie leżące na rzutniach. Punkty przecięcia się jednoimiennych śladów wyznaczają nam ślady wspólnej prostej "k", zwanej krawędzią przecięcia się płaszczyzn. Mając ślady krawędzi V_k i H_k można wyznaczyć rzuty śladów. Jak już wcześniej powiedziano rzut pionowy śladu pionowego pokrywa się ze śladem pionowym, rzut poziomy tego śladu znajduje się na osi x. Podobnie rzut poziomy śladu poziomego pokrywa się ze śladem poziomym, natomiast rzut pionowy tego śladu znajduje się na osi x. W konsekwencji rzuty k'\, i k" krawędzi otrzymamy łącząc jednoimienne rzuty śladów.

Wyznaczanie krawędzi przecięcia się płaszczyzn w konstrukcjach bezśladowych zostanie omówione w dalszej części wykładu.


Grafika:CWGI_M2_Slajd10.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd11.png Położenie płaszczyzn może przyjmować charakter szczególny. Jednak poszukiwanie krawędzi oparte jest na tych samych zasadach. Na rys. 2.3_2a,b rozważono przypadek płaszczyzn śladowych, z których jedna jest równoległa do osi x, druga natomiast jest w położeniu takim, że jej ślady (pionowy i poziomy) pokrywają się. Wyznaczenie krawędzi rozpoczynamy od wyznaczenia punktów przecięcia się jednoimiennych śladów płaszczyzn, które będą odpowiednio śladami (pionowym i poziomym) krawędzi. Wyznaczając rzuty śladów przez jednoimienne rzuty śladów poprowadzimy poszukiwane rzuty krawędzi przecięcia się płaszczyzn.

Grafika:CWGI_M2_Slajd12.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd13.png W celu wyznaczenia punktu przebicia płaszczyzny \alpha\, prostą l\, należy przez tą prostą poprowadzić dowolną płaszczyznę \beta\, a następnie wyznaczyć krawędź k\, przecięcia się płaszczyzn \alpha\, i \beta\,.

W miejscu przecięcia się dwóch prostych k\, i l\, otrzymamy punkt P\, - wspólny dla prostej l\, i płaszczyzny \alpha\, czyli punkt przebicia płaszczyzny \alpha\, prostą l\,. Na rys. 2.4_1.b przedstawiony został przykład wyznaczania punktu przebicia prostej l\, z płaszczyzną \Delta(ABC). Zgodnie z wcześniej omówionym schematem postępowania, w pierwszej kolejności przez daną prostą l\, poprowadzimy płaszczyznę pionowo - rzutującą \beta\,. Jeżeli prosta ma leżeć w płaszczyźnie \beta\, to rzut pionowy płaszczyzny, będący jednocześnie śladem pionowym płaszczyzny powinien pokrywać się z rzutem pionowym prostej l''. Każdy element płaski leżący w płaszczyźnie pionowo - rzutującej będzie miał rzut pionowy zawierający się w śladzie pionowym (rzucie pionowym) płaszczyzny. Kolejny etap - to wyznaczenie krawędzi przecięcia się płaszczyzn \alpha\, i \beta\,. Rzut pionowy krawędzi wyznaczymy natychmiast, ponieważ musi on, zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami, leżeć na rzucie pionowym płaszczyzny \beta\,. Otrzymujemy, zatem rzut pionowy krawędzi k''. Ponieważ krawędź k\, jest prostą leżącą w płaszczyźnie trójkąta musi zatem przecinać boki tego trójkąta. Punkty przecięcia rzutu pionowego k'' krawędzi z rzutami pionowymi boków oznaczono odpowiednio cyframi 1'' i 2''. Rzuty poziome tych punktów 1'\, i 2'\,, które wyznaczymy na odpowiednich rzutach poziomych boków trójkąta pozwolą wyznaczyć rzut poziomy krawędzi k'\,. Ostatni etap tego zadania to poszukiwanie punktu P\, - przecięcia się krawędzi k\, z prostą l\,, który jest punktem przebicia płaszczyzny \alpha\, prostą l\,. W rzucie pionowym proste k" i l" pokrywają się, ale w rzucie poziomym punkt przecięcia jest wyraźnie widoczny. Oznaczając rzut poziomy punktu P'\, możemy następnie wyznaczyć jego rzut pionowy, poprzez przecięcie się odnoszącej prostopadłej do osi x z rzutem pionowym prostej k''. Przyjmując założenie, że płaszczyzna trójkąta jest nieprzezroczysta powinniśmy oznaczyć jeszcze widoczność prostej. Podobnie jak postępowaliśmy poprzednio, widoczność w danym rzucie oznaczamy analizując rzut drugi. I tak, chcąc rozpatrzyć widoczność prostej w rzucie poziomym analizujemy rzut pionowy. Ocenimy, czy punkt 2\, leżący na boku BC\, ma większą głębokość (odległość od rzutni pionowej) niż punkt 3\, leżący na prostej l\,. Ocenę tego faktu możemy zaobserwować w rzucie poziomym. Punkt 2\, leżący na boku BC\, jest bardziej oddalony od rzutni pionowej (ma większą głębokość), zatem bok BC\, w rzucie pionowym jest widoczny, prosta l\, natomiast, na której leży punkt 3\, jest niewidoczna. Podobną analizę możemy przeprowadzić dla rzutu poziomego, oceniając wysokość punktów 4\, i 5\, (w rzucie pionowym) należących odpowiednio do prostej l\, i boku AB\,. Prosta l\, będzie niewidoczna, natomiast bok AB\, w rzucie poziomym będzie widoczny.


Grafika:CWGI_M2_Slajd14.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd15.png Celem naszych rozważań jest wyznaczenie linii przenikania dwóch wielokątów płaskich: trójkąta ABC\, i równoległoboku DEFG\, (rys. 2.4_2b). Jednocześnie przyjmując założenie, że płaszczyzny wielokątów są nieprzezroczyste ustalona zostanie widoczność krawędzi w poszczególnych rzutach.

Linia przenikania figur płaskich to nic innego jak odcinek krawędzi przecięcia się płaszczyzn, zdefiniowanych przez te figury, wspólny dla obu płaszczyzn. Należy, zatem wyznaczyć wspólną krawędź przecięcia się płaszczyzn reprezentowanych przez trójkąt i równoległobok. Krawędź wyznaczymy metodą pośrednią, poszukując punktów przebicia bokiem jednej z figur płaszczyzny drugiej figury. Wyznaczenie dwóch punktów przebicia, czyli dwóch punktów wspólnych tych płaszczyzn określi nam krawędź przecięcia się płaszczyzn (dwa punkty, jednoznacznie, określają prostą).

  1. Wyznaczmy punkt przebicia boku BC\, trójkąta z płaszczyzną równoległoboku. W tym celu poprowadzimy płaszczyznę pionowo - rzutującą \alpha\, przez bok BC\, trójkąta. Płaszczyzna jest rzutująca, a więc krawędź przecięcia się tej płaszczyzny z płaszczyzną równoległoboku k_1 będzie leżała w płaszczyźnie \alpha\,, ale również w płaszczyźnie równoległoboku. Rzut pionowy tej krawędzi będzie pokrywał się z rzutem pionowym płaszczyzny \alpha\, oraz z rzutem pionowym boku B"C". Przynależność krawędzi k_1 do płaszczyzny równoległoboku oznacza, że punkty 1" i 2" są rzutami punktów przecięcia się krawędzi z rzutami boków D"G" oraz E"F". Rzuty poziome tych punktów znajdziemy na przecięciu się odnoszących prostopadłych do osi x z rzutami poziomymi boków równoległoboku D'G' oraz E'F'. W ten sposób znajdujemy rzuty krawędzi k_1” oraz k_1’. W rzucie poziomym otrzymamy szukany punkt przebicia Q'\, boku B'C' trójkąta z płaszczyzną równoległoboku. Rzut pionowy tego punktu wyznaczymy jako przecięcie odnoszącej z rzutem pionowym krawędzi k_1” (oraz boku B"C").
  2. Podobną konstrukcję przeprowadzamy z inną parą boków, np. równoległoboku oraz płaszczyzny trójkąta ABC. Wybierzmy do rozważań bok DG\, równoległoboku, przez który poprowadzimy płaszczyznę \beta\, a następnie, w drodze postępowania analogicznego jak poprzednio, wyznaczymy krawędź przecięcia się płaszczyzny \beta\, z płaszczyzną trójkąta oraz w konsekwencji punkt przebicia P\, boku DG\, z trójkątem ABC.

Podobnie jak w przypadku opisanym w na rys. 2.4_1b ustalamy widoczność poszczególnych krawędzi analizując odpowiednio wysokość i głębokość punktów znajdujących się na przecięciu się rzutów poszczególnych boków figur płaskich.


Grafika:CWGI_M2_Slajd16.png

Grafika:CWGI_M2_Slajd17.png