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第二节
点的投影

一、点在两投影面体系中的投影

1. 两投影面体系的建立

空间两个互相垂直的投影面(见图1-5)中,处于正面直立位置的投影面称为正投影面,用V表示,简称V面;处于水平位置的投影面称为水平投影面,用H表示,简称H面。V和H所组成的体系称为两投影面体系。V和H的交线OX称为投影轴,简称X轴。为区别起见,将X轴下面的正投影面用V 1 表示,X轴后面的水平面用H 1 表示,V(V 1 )、H(H 1 )把空间分成4个分角,依次用I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。

图1-5 两投影面体系

2. 点的两面投影图

首先研究点在第I分角内的投影。如图1-6(a)所示,从空间A点向H面作垂线,其垂足就是A点在H面上的投影,称为A点的水平投影,以a表示。再由A点向V面作垂线,其垂足就是A点在V面上的投影,称为A点的正面投影,以a'表示。将H面绕X轴向下旋转使之与V面重合,即处于同一平面位置上,得到点的两面投影图(见图1-6(b))。因为投影面可根据需要扩大,所以通常不必画出投影面的边界(见图1-6(c))。

由图1-6(a)可知,Aaaxa´是一个矩形,a'ax⊥X轴,aax⊥X轴,H面经旋转后,连线a'axa一定垂直于X轴(见图1-6(b)、图1-6(c)),由此可得出,该两投影面体系中点的投影规律如下:

1)点的水平投影和正面投影的连线垂直于X轴,即aa' ⊥X轴。

2)点的水平投影到X轴的距离等于空间点到V面的距离,即aax=Aa'。

3)点的正面投影到X轴的距离等于空间点到H面的距离,即a'ax=Aa。

图1-6 点在第一分角中的投影

3. 其他分角中点的投影

如图1-7(a)所示,空间点B、C、D分别处于第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分角中,从各点分别向相应的投影面作投影线,就可以得到各点的正面投影和水平投影。显然,这些点的投影也必定符合上述投影规律(见图1-7(b)),各点的投影在投影图上的位置有如下特点:

第Ⅱ分角中的B点,正面投影b'和水平投影b同在X轴的上方。

第Ⅲ分角中的C点,正面投影c'在X轴的下方,水平投影c在X轴的上方。

第Ⅳ分角中的D点,正面投影d'和水平投影d同在X轴的下方。

图1-7 其他分角中点的投影

4. 投影面和投影轴上点的投影

特殊情况下,点位于投影面或投影轴上(见图1-8(a))。点在投影面上,它到该投影面的距离为零,且它与点在该投影面上的投影必重合。它在另一投影面上的投影必在投影轴上(见图1-8(b)),如M点在H面上,则m与M重合,m'在X轴上。请读者分析K、N、L各点的投影。

当点在投影轴上时,它的两个投影均与空间点重合在该投影轴上,如G点在X轴上,g、g' 与G重合在X轴上。

图1-8 投影面和投影轴上的点的投影

二、点在三投影面体系中的投影

1. 三投影面体系的建立

如图1-9(a)所示,设立一个与V、H面都垂直并处于侧立位置的投影面,称为侧投影面,用W表示,简称W面,三个互相垂直的H、V、W面组成了一个三投影面体系。H、W面的交线称为OY投影轴,简称Y轴;V、W面的交线称为OZ投影轴,简称Z轴,三个投影轴的交点O称为原点。

设有一空间点A,分别向H、V、W面进行投影,得a、a'、a"投影,称为A点的侧面投影(见图1-9(b))。将H、W面分别按图示箭头方向旋转,使之与V面重合,即得点的三面投影图,其中,Y轴随H面旋转时,以Y H 表示;随W面旋转时,以Yw表示。通常在投影图上只画出其投影轴,不画出投影面的边界(见图1-9(c))。

2. 点的直角坐标和三面投影的关系

如把三投影面体系看作空间直角坐标体系,则H、V、W面即为坐标面,X、Y、Z轴即为坐标轴,O点即为坐标原点。由图1-9可知,A点的三个直角坐标X A 、Y A 、Z A 即为A点到三个坐标面的距离,它们与A点的投影a、a'、a" 的关系如下:

Aa"=aa y =a´a z =Oa x =X A

Aa´=aa x =a″a Z =Oa y =Y A

Aa=a´a x =a″a y =Oa Z =Z A

由此可见:

a由Oa x 和Oa y ,即A点的X A 、Y A 两坐标确定;

a´由Oa X 和Oa z ,即A点的X A 、Z A 两坐标确定;

a"由Oa Y 和Oa Z ,即A点的Y A 、Z A 两坐标确定。

所以一空间点A(X A ,Y A ,Z A )在三投影面体系中有唯一的一组投影(a、a´、a")。反之,如已知A点的一组投影(a、a´、a″),即可确定该点在空间的坐标值。

图1-9 点在三面投影体系中的投影

3. 三投影面体系中点的投影规律

1)点的正面投影和水平投影的连线垂直于X轴,这两个投影均反映空间点的X坐标。

2)点的正面投影和侧面投影的连线垂直于Z轴,这两个投影均反映空间点的Z坐标。

3)点的水平投影到X轴的距离等于点的侧面投影到Z轴的距离,这两个投影均反映空间点的Y坐标。

根据点的三面投影规律,可由点的三个坐标值画出其三面投影图,也可根据点的两面投影求作第三投影。

例1-1 已知A点的坐标(20,15,10),B点的坐标(30,10,0);C点的坐标(15,0,0),求作出各点的三面投影图(见图1-10)。

分析:

A点在空间,B点在H面上,C点在X轴上。

作图:

A点的投影 从O点在X、Y、Z轴上分别量取X A = 20,Y A =15,Z A =10,然后各引所在轴的垂线,根据点的直角坐标和三面投影的关系可知,aa x 与aay H 相交决定a,a'a x 与a' a z 相交决定a' ,a"a yw 与a"a z 相交决定a"。

B点的投影 从O点在X、Y轴上分别量取X B =30,Y B = 10,然后由b x b YH 作所在轴的垂线,相交得b点。由于Z B = 0,所以b'在X轴上,b" 在Y w 轴上。

图1-10 根据点的坐标作投影图

C点的投影 从O点在X轴上量取Xc=15,由于Yc = 0,Zc= 0,所以c、c'重合在X轴上,c" 与原点O重合。

例1-2 已知C点的两个投影c、c',求出其第三投影c (见图1-11)。

分析:

由于已知C点的正面投影c´和侧面投影c",则C点的空间位置可以确定,由此可作出其水平投影c。

作图:

根据点的投影规律,水平投影c到X轴的距离等于侧面投影c" 到Z轴的距离。先从原点O作Y H 、Y W 的45°分角线,由c" 引Y w 的垂线与分角线相交,再由交点作X轴的平行线,与由c´作出的X轴垂线相交,即得水平投影c。

图1-11 已知点的两投影求第三投影

例1-3 已知A点的三面投影图画出其轴测图(见图1-12)。

分析:

根据A点的三面投影图(见图3-12(a)),即可确定A点的三个坐标(X A ,Y A ,Z A ),然后按坐标值作图。

作图:

轴测图上的三根轴通常将X轴画成水平位置,Z轴画成铅垂位置,Y轴画成与X、Y轴成135°,即与X轴的延长线成45°(见图1-12(b))。在相应轴上量取坐标X A 、Y A 、Z A ,得到a X 、a Y 、a Z 三点,然后从这三个点分别作各轴的平行线,得到三个交点,即为a、a´、a",再从a、a´、a" 作各轴的平行线相交于一点,即得空间点A。

图1-12 根据点的投影画出轴测图

三、两点的相对位置

1. 两点的相对位置

空间点的位置可由点相对于W、V、H面的距离,即绝对坐标值来确定,也可由点相对于另一个点的位置,即相对坐标值来确定。两点的相对位置分左右、前后、上下,相对坐标是两点的同轴坐标差。通常X坐标值大的点位于左,小的位于右;Y坐标值大的位于前,小的位于后;Z坐标值大的位于上,小的位于下。如图1-13所示,已知空间两点A(X A ,Y A ,Z A )和B(X B ,Y B ,Z B ),分析B相对于A的位置,在X方向的相对坐标为(X B -X A ),在Y方向的相对坐标为(Y B -Y A ),Z方向的相对坐标为(Z B -Z A )。由于X A >X B ,故A点在左,B点在右。由于Y A > Y B ,故A点在前,B点在后。由于Z B >Z A ,故B点在上,A点在下。

图1-13 两点相对位置的确定

2. 重影点的投影

当两个点的某两个同轴坐标分别相等时,这两个点必处于同一条投影线上。沿这条投影线得到的这两个点的同面投影必重影于一点,则这两个点称为对该投影面的重影点。如图1-14 (a)所示的C、D两点,它们的正面投影c´和(d´)重影为一点,由于Y C > Y D ,所以从前方垂直V面向后看时,C是可见的,D是不可见的。通常规定,把不可见的点的投影打上括号,如(d´)。又如C、E两点,它们的水平投影(c)和e重影为一点,由于Z E > Z C ,从上方垂直H面向下看时,E是可见的,C是不可见的。再如C、F两点,它们的侧面投影c"、(f´)重影为一点,由于X C >X F ,从左方垂直于W面向右看时,C是可见的,F是不可见的。由此可见,对正投影面、水平投影面、侧投影面的重影点,它们的可见性应分别是前遮后、上遮下、左遮右,利用重影点的投影特点,可判别空间几何要素的可见性。

图1-14 重影点的投影 2G4hPxFXyEbtu3U2pLCZfsZ0JSCYVaO9dCRbuSBb1uFcAAWHHP4ZTrOaTZ8m/+b8

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