Axonometrie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Sari la navigare Sari la căutare
Arc reprezentat în perspectivă cavalieră, una dintre cele mai simple forme de axonometrie

Axonometria este un procedeu grafic aparținând geometriei descriptive care generează o imagine plană a unui obiect tridimensional. Termenul „axonometrie” înseamnă „a măsura de-a lungul axelor” și indică faptul că dimensiunile și scalarea axelor de coordonate joacă un rol esențial. Rezultatul unei proceduri axonometrice este o proiecție paralelă a obiectului pe planul axonometric, cu o scară uniformă. În general, proiecția paralelă rezultată este oblică (liniile de proiecție nu sunt perpendiculare pe planul imaginii); dar în cazuri speciale rezultatul este o proiecție ortogonală (razele sunt perpendiculare pe planul imaginii), care în acest context se numește axonometrie ortogonală, axonometrie care în literatura în limba engleză se referă la proiecția axonometrică.

În desenul tehnic și în arhitectură perspectiva axonometrică este o formă de reprezentare bidimensională a obiectelor tridimensionale al căror scop este să păstreze impresia de volum sau de relief. Uneori, numită și perspectivă rapidă sau perspectivă artificială, diferă de perspectiva centrală și nu reprezintă ceea ce vede de fapt ochiul: liniile paralele rămân paralele, iar obiectele îndepărtate nu sunt reduse ca dimensiune. Poate fi considerată o perspectivă centrală al cărei centru de proiecție a fost împins la infinit, adică foarte departe de obiectul observat.

Principiu[modificare | modificare sursă]

Triunghiul intersecției dintre planul axonometric și planele axelor de coordonate

Se pornește de la un plan oarecare, planul axonometric (P), care întretaie axele de coordonate în trei puncte, care formează triunghiul axonometric. Fie segmentul normal pe planul axonometric (P). Se notează unghiurile: și respectiv . Proiecțiile ortogonale ale segmentelor și respectiv pe planul axonometric sunt segmentele și respectiv . Direcțiile acestor segmente sunt direcțiile axelor axonometrice din proiecție, iar dimensiunile lor sunt și respectiv .[1]

Rapoartele și respectiv servesc la scalarea proiecțiilor.[1] Ele nu sunt independente între ele, între ele există relația matematică:[2]

.

Deci, alegând două dintre unghiurile al treilea rezultă.

În practică nu este obligatorie scalarea exact cu valoarea acestor cosinusuri, ele se pot înmulți cu un factor convenabil, k, același pentru toate trei, rezultând coeficienții de reducere:[1]

și respectiv .

Alegerea axelor și a coeficienților de reducere[modificare | modificare sursă]

Parametri și notații

Pentru a obține rezultate cât mai puțin distorsionate, direcțiile axelor și coeficieții de reducere trebuie alese cu atenție. Pentru a produce o proiecție ortogonală, doar direcțiile axelor de coordonate pot fi alese liber, coeficienții de reducere fiind în funcție de aceste direcții.[3]

Notații:

  • unghiul dintre axele și ;
  • unghiul dintre axele și ;
  • unghiul dintre axele și .

Unghiurile trebuie alese astfel încât .
Coeficienții de reducere: .

Următoarele imagini prezintă imaginile unui cub unitate pentru diferite unghiuri și reduceri și oferă câteva indicii despre cum trebuie făcute alegerile.

Diverse imagini axonometrice ale unui cub unitate. (Planul imaginii este paralel cu planul y-z.)
Imaginile din capetele din stânga și dreapta arată mai degrabă ca niște cuboizi alungiți în loc de cuburi.

Axe folosite în desenul tehnic[modificare | modificare sursă]

În desenul tehnic trei alegeri ale axelor sunt mai răspândite, proiecțiile respective fiind cunoscute sub denumirile de izometrică, dimetrică și trimetrică.[2][4][5] Tipic în aceste reprezentări este că una dintre axe este cea verticală și coeficienții de reducere sunt simpli.[6][7]

În proiecția izometrică, cea mai frecventă formă de proiecție axonometrică în desenul tehnic,[8] direcția de vizionare este aleasă astfel încât cele trei axe ale spațiului apar scalate în mod egal (adică au același coeficient de reducere, 0,82, uzual rotunjit la 1) iar în planul de proiecție axele au același unghi între ele, de 120°.[2]

În proiecția dimetrică, direcția de vizionare este aleasă astfel încât două din cele trei axe ale spațiului au același coeficient de reducere, iar unghiurile dintre axele aferente sunt determinate în funcție de unghiul de vizionare; scala celei de-a treia direcții este determinată separat. În proiecția standard coeficienții de reducere sunt 0,94 pentru două dintre axe și 0,47 pentru a treia, uzual rotunjiți la 1, respectiv 0,5. În acest caz în planul de proiecție două unghiuri dintre axele de proiecție au valoarea de 131°25', iar al treilea de 97°10'. Uzual aceste unghiuri de rotunjesc la 131,5°, respectiv 97°.[2][5]

În proiecția trimetrică, direcția de vizionare este aleasă astfel încât fiecare din cele trei axe ale spațiului au coeficienți de scurtare diferiți. Scara de-a lungul fiecăreia dintre cele trei axe și unghiurile dintre ele sunt determinate separat, după cum este dictat de unghiul de vizualizare. Uzual coeficienții de reducere ai axelor x, y și z sunt 0,86, 0,65 și 0,92, iar unghiurile dintre axe sunt , și .[2][5]

Axonometrii particulare[modificare | modificare sursă]

Proiecții și perspective utilizate frecvent cu unghiuri între axele de coordonate (α, β, γ),
unghiurile de vedere (αh, βh, fără γh = 90°) și coeficienții de reducere (vi)
Parametru α = ∠x̄z̄ β = ∠ȳz̄ γ = ∠x̄ȳ αh βh vx vy vz v
Ortogonală,
plană
90° 270° 270° v 0% orice
Trimetrică 90° + αh 90° + βh 360° − α − β orice orice orice orice orice orice
Dimetrică v
Izometrică v
Normală 100%
Oblică,
clinografică
< 90° < 90° orice orice orice tg(αh)
Simetrică α 360° − 2·α < 90° αh orice
Izogonală
(echiunghiulară)
120° 30°
Normal, 1∶1 isometric v 100%
Standard,
izometrică redusă
√⅔ ≈ 81%
Pixel, 1∶2 izometrică 116,6° 126,9° arctg(v) 50%
Tehnică 131,4° 97,2° 131,4° arccos(¾) arcsin(⅛) 50% v 100%
Cavalieră 90° + αh 90° 270° − α orice orice
Cabinet,
cavalieră dimetrică
< 100%
Standard,
cavalieră izometrică
135° 135° 45° v
Standard 1∶2 cabinet 50% v
30° cabinet 116.6° 153.4° arctg(vx)
60° cabinet 153.4° 116.6° arcctg(vx)
30° cavalieră 120° 150° 30° orice
Aeriană,
vederea păsării
135° 90° 45° v orice 100%
Militară v
Planimetrică 90° + αh 180° − αh orice 90° − αh orice
Planimetrică normală 100%
Planimetrică redusă ⅔ ≈ 67%

Perspectivele cavalieră și cabinet[modificare | modificare sursă]

Perspectivă cavalieră a unei case pe hârtie caroiată („de matematică”)
  • imaginea din față paralelă cu planul y–z.

În literatura de specialitate termenii „perspectivă cavalieră” și „perspectivă cabinet” nu sunt definiți uniform. Definiția de mai sus este cea mai generală. Adesea, se aplică restricții suplimentare.[9][10] De exemplu:

la perspectiva cavalieră se cere și (oblică) și (izometrică).
la perspectiva cabinet se cere și (oblică) și (dimetrică).

Vederea păsării, militară[modificare | modificare sursă]

  • imaginea din față paralelă cu planul y–z.
la perspectiva militară se cere și (izometrică).

Astfel de axonometrii sunt adesea folosite pentru hărțile orașelor, pentru a menține planul (vederea orizontală) nedistorsionat.

Izometrică[modificare | modificare sursă]

Izometrie standard: cub, casă, paralelipiped dreptunghic și sferă

La o axonometrie izometrică toși coeficienții de reducere sunt egali. Unghiurile pot fi alese arbitrar, dar cazul obișnuit este .

Avantaje:

  • Coordonatele rămân neschimbate.
  • Imaginea este scalată cu factorul de scară . Imaginea dă o impresie bună, iar conturul unei sfere este un cerc.
  • Unele aplicații grafice pe calculator oferă un caroiaj convenabil (v. imaginea de alături).
  • Dacă se ia (în loc de 1), imaginea nu este scalată în proiecția ortogonală.
Diverse axonometrii ale unui turn: dimetrică tehnică: ,
dimetrică militară: , cavalieră: , izometrică:
Cercuri în perspectiva cavalieră
O sferă în axonometrie militară

Cercuri și sfere în axonometrie[modificare | modificare sursă]

Într-o axonometrie conturul imaginii unui cerc este în general o elipsă. Conturul unui cerc este tot un cerc doar într-o proiecție ortogonală pe un plan paralel cu planul cercului. Conturul unei sfere în proiecție ortogonală este întotdeauna un cerc. În majoritatea cazurilor proiecțiile din desenele tehnice și izometria standard sunt proiecții ortogonale, deci în aceste cazuri proiecția unei sfere este un cerc.[11] Oricum, o elipsă drept contur al unei sfere ar putea crea confuzii. Ca urmare, dacă o sferă face parte dintr-un obiect care trebuie reprezentat, ar trebui să se aleagă o proiecție ortogonală.

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ a b c Moncea ș.a., Geometrie…, p. 50
  2. ^ a b c d e Moncea ș.a., Geometrie…, p. 51
  3. ^ Graf 1961, p. 145.
  4. ^ en Maynard, Patric (). Drawing distinctions: the varieties of graphic expression. Cornell University Press. p. 22. ISBN 0-8014-7280-6. 
  5. ^ a b c en McReynolds, Tom; David Blythe (). Advanced graphics programming using openGL. Elsevier. p. 502. ISBN 1-55860-659-9. 
  6. ^ Graf 1961, p. 155.
  7. ^ Stärk 1978, p. 168.
  8. ^ en Godse, A. P. (). Computer graphics. Technical Publications. p. 29. ISBN 81-8431-558-9. 
  9. ^ Graf 1961, p. 95.
  10. ^ Stärk 1978, p. 159.
  11. ^ Moncea ș.a., Geometrie…, p. 53

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • de Graf, Ulrich; Barner, Martin (). Darstellende Geometrie. Heidelberg: Quelle & Meyer. ISBN 3-494-00488-9. 
  • J. Moncea, Al. Săucan, T. Tacorian, Al. Tomuța, Geometrie descriptivă și desen tehnic: Partea a II-a Desen industrial, Ed. a II-a, București: Ed. Didactică și Pedagogică, 1970

Lectură suplimentară[modificare | modificare sursă]

  • de Stärk, Roland (). Darstellende Geometrie. Schöningh. ISBN 3-506-37443-5. 
  • de Fucke, Kirch Nickel (). Darstellende Geometrie. Leipzig: Fachbuch-Verlag. ISBN 3-446-00778-4. 
  • de Leopold, Cornelie (). Geometrische Grundlagen der Architekturdarstellung. Stuttgart: Kohlhammer Verlag. ISBN 3-17-018489-X. 
  • en Brailov, Aleksandr Yurievich (). Engineering Graphics: Theoretical Foundations of Engineering Geometry for Design. Springer. ISBN 978-3-319-29717-0. 

Legături externe[modificare | modificare sursă]