几何画板中的三维世界_立体图论文

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(如何利用“几何画板”构思物理课件系列专题讲座之五)

用几何画板制作立体课件,显然比起制作平面课件来有一定的难度,除了需要掌握在平面上构造立体图的一些技巧外,还要考虑人们日常生活中观察三维图时的观察视角习惯问题.这就需要构造立体图时考虑设置课件观察视角可以调节,再加上一些拼接、拆分等技巧的应用,完全可以制作出形象、具体、有动感的立体图.

下面以“食盐晶体的结构”为例说明一些常用的立体图的构造方法:

一、平行透视

把立体图展示在平面上,利用的是透视原理.

所谓平行透视,就是所有的横线都水平状态,所有的竖线都呈垂直状态,它们只有近长远短的变化,其纵深线均消失在一个点,这个点位置的变化,可以表示观察角度的变化.

构造方法:(如图一)

(如图一)

(1)作一条线段,将一个端点命名为“整体缩放点”,以该线段为半经作一个园,并在其上取一个点,作为“观察角度调节点”,可实现360°全放位观察角度的变化

(2)过园心O作一条水平线、一条垂直线,在水平线上取一点A,并以垂直线为对称轴作出该点的对称点A′

(3)以“标识”的A、A′间的距离为基准,通过“平移”A、A′的方法可作出一个正方形

(4)连接“观察角度调节点”与点A、点A′,形成两条射线,在其中过点A的一条射线上取一点B,过B点作(2)中水平线的平行线,交过A,点的另一条射线于B′

(5)以“标识”的B、B′间的距离为基准,通过“平移”B、B′的方法可作出一个与(3)中正方形平行的另一正方形

(6)连接两个正方形的顶点,形成一个立方体,再作出各边的中点,连接这些中点形成晶格

二、成角透视

所谓成角透视,就是它的纵深线将在视平线的左右两侧消失,竖直线与视平线永远垂直,只有近长远短的变化,它有一个面与视线相平行,表示一个斜放的物体时最形象.

构造方法:(如图二)

(如图二)

(1)作一条水平线,作为“视平线”,在该线上取两点,分别表示“观察点1”、“观察点2”

(2)作“视平线”的垂线,在垂线上取两点A、B,连接“观察点2”与点A、点B,形成两条射线

(3)在过点A的射线上取一点C,过C点作视平线的垂线,交过点B的射线于D点

(4)连接“观察点1”与点A、点B,形成两条射线,在过点A的射线上取一点E,过E点作视平线的垂线,交过点B的射线于F点

(5)连接“观察点1”与C点、“观察点2”与E点,作出交点G,连接“观察点2”与F点、“观察点1”与D点,作出交点H

(6)以A、B、C、D、E、F、G、H为顶点,作出一个立方体,再作出各边的中点,连接这些中点形成晶格

三、建立三维坐标系的方法

在平面上建立一个三维坐标系,其X轴代表垂直于纸面向外的方向,凡是与X轴平行的直线都给人从纸面里穿出来的感觉,表示立体图的前后深度.移动X轴上表示深度的点,可以改变深度值,当该点与坐标原点重合时,立体图变成平面图(矩形).

Y轴代表纸面上的水平方向,表示立体图的左右宽度.移动Y轴上表示宽度的点,可以改变宽度值,当该点与坐标原点重合时,立体图变成平面图(平行四边形).

Z轴代表纸面上的竖直方向,表示立体图的上下高度.移动Z轴上表示高度的点,可以改变高度值,当该点与坐标原点重合时,立体图变成平面图(平行四边形).

这样构造出来的立方体各边没有近长远短的变化.

构造方法:(如图三)

(如图三)

(1)作一个园,并在园上取一个自由点,作为“观察调节点”,连接圆心与该点作为Y轴

(2)过圆心作Y轴的垂线,作为Z轴

(3)将“观察调节点”以圆心为“旋转中心”,旋转-135°,连接该点与圆心,作为X轴

(4)在X轴上取一点,作为“深度”值调节点,并“标识”这一点到圆心的距离,作为构造立方体的“深度”值时的参量

(5)在Y轴上取一点,作为“宽度”值调节点,并“标识”这一点到圆心的距离,作为构造立方体的“宽度”值时的参量

(6)在Z轴上取一点,作为“高度”值调节点,并“标识”这一点到圆心的距离,作为构造立方体的“高度”值时的参量

(7)在屏幕上作一个点,以该点为基点,用标识的“深度”值参量去平移得到表示“深度”的四条棱,用标识的“宽度”值参量去平移得到表示“宽度”的四条棱,用标识的“高度”值参量去平移得到表示“高度”的四条棱

(8)在作出的立方体各条棱上再作出其中点,连接这些中点形成晶格

四、立方体的拼接、拆分

构造方法:(如图四)

(如图四)

(1)用“建立三维坐标系的方法”中的方法制作一个“食盐晶体结构”的立方体

(2)用“隐藏”的方法将表示其中一个小晶格的棱边隐藏,使其看上去缺了一个小晶格

(3)过A、C点作一条射线,在射线上作一个自由点A′(如图四)

(4)“标识”表示上述小晶格的“高度”值AB,将A′点平移至B′点

(5)“标识”表示上述小晶格的“宽度”值AC,将A′点平移至C′点

(6)“标识”表示上述小晶格的“深度”值AD,将A′点平移至D′点

(7)以A′B′、A′C′、A′D′为边作出表示一个小晶格的立方体

(8)定义一个A′到A的“移动”按钮,改名为“拼接”

(9)在(3)中作出的射线上任取一点O,再定义一个A′到0的“移动”按钮,改名为“拆分”

说明:双击“拆分”按钮,小晶格将移至O点:双击“拼接”按钮,小晶格将移至A点,填充大晶格中的缺口

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