Previous PL TOC View on GitHub PDF EN CS ES PL SK Next PL

Cień domu

Keywords: aksonometria, oświetlenie

Martin chce przygotować miejsce na płótnie, aby narysować dom w słoneczny dzień. Dlatego zwizualizował prosty model domu w rzucie równoległym (ortograficznym), stojąc na poziomym płaskim podłożu. Dom ma kształt prostopadłościanu z prostym czterospadowym dachem. Dach biodrowy to dach utworzony przez dwa trójkąty równoramienne i dwa trójkąty prostokątne. trapez równoramienny. Wszystkie cztery płaszczyzny dachu mają takie samo nachylenie. Na płótnie obok domu umieścił pionowy pręt i jego cień (patrz rysunek).

Aby opisać rozwiązanie, będziemy potrzebować następujących terminów:

Rozwiązanie. Niech \(P\) oznacza podstawę pręta, \(Q\) jego górny koniec, a \(R\) cień rzucany przez punkt \(Q\). Zorientowany segment \(QR\) określa zatem kierunek i orientację promieni świetlnych. Linia \(PR\) jest rzutem prostopadłym linii \(QR\) na płaszczyznę podłoża. W dalszej części tekstu oznaczymy płaszczyznę podłoża przez \(\pi\). Następnie oznaczmy wierzchołki prostopadłościanu \(ABCDEFGH\) i punkty końcowe kalenicy dachu przez \(S\) i \(T\).

Oświetlona część domu obejmuje lewą i przednią stronę prostopadłościanu i odpowiadających mu części dachu. Granicą cienia własnego jest zatem zamknięty wielokątny łańcuch \(ABFTSHDA\). Aby określić granicę cienia rzucanego przez dom, wystarczy skonstruować cienie rzucane na wierzchołki tego wielokątnego łańcucha. Spośród nich \(A\), \(B\) i \(D\) leżą już w płaszczyźnie \(\pi\) i dlatego o również są swoimi własnymi cieniami. Dlatego, wystarczy skonstruować cienie punktów \(F\), \(T\), \(S\) i \(H\). Cień rzucany przez punkt \(T\) jest przecięciem promienia świetlnego przechodzący przez nią z rzutem prostopadłym tego promienia na płaszczyznę \(\pi\). Przypomnijmy, że kierunek promieni świetlnych to wyznaczony przez linię \(QR\) i kierunek linii \(QR\). Rzut prostopadły promieni na płaszczyznę \(\pi\) wynosi określony przez linię \(PR\). Prostopadły rzut promienia przechodzi dalej przez punkt \(T_1\), który jest rzutem prostopadłym punktu \(T\) na płaszczyznę \(\pi\). Jeśli oznaczymy cień rzucany przez punkt \(T\) jako \(T'\), jego konstrukcja jest pokazana na rysunku.

Rysunek 1. Konstruowanie rzucanego cienia punktu \(T\)

Konstruujemy cienie rzutowane \(F'\), \(S'\), \(H'\) punktów \(F\), \(S\), i \(H\) podobnie. Granicą cienia rzucanego przez dom jest wtedy wielokąt \(ABF'T'S'H'D\). Podczas cieniowania bierzemy pod uwagę tylko widoczne części siebie i rzucane cienie.

[Cień rzucany i cień własny domu].(math4you_00017_reseni_a2.jpg)

Zadanie 2. Narysuj cień rzucany przez dom, jeśli istnieje nieprzezroczysta ściana za domem, która jest równoległa do frontu i tylnej ściany domu. Model domu ze ścianą i oświetleniem

Rozwiązanie. Cień własny domu, jego granica i rzucane cienie do płaszczyzny \(\pi\), które z naszej perspektywy znajdują się przed ścianą, pozostają niezmienione. Oznaczmy przez \(\sigma\) płaszczyznę, w której leży przednia strona dodanej ściany. Dla punktów \(T\), \(S\) i \(H\), konieczne jest, aby tworzyły swoje cienie rzucane na tę płaszczyznę. Opiszmy to dla punktu \(T\).

Rozważmy punkty \(T_1\) i \(T'\) z poprzedniego ćwiczenia. Niech \(\tau\) oznacza płaszczyznę \(TT_1T'\), a dalej oznaczmy przez \(U\) przecięcie linii \(T_1T'\) a dolną krawędzią ściany (tj. \(\sigma\cap\pi\)).

Rysunek 2. Konstruowanie rzucanego cienia punktu za pomocą ściany

Przecięcie płaszczyzn \(\sigma\) i \(\tau\) również musi przechodzić przez ten punkt, tj. cień \(T_1T\) rzucany na punkt w płaszczyźnie \(\sigma\). Co więcej, to przecięcie musi być pionowe, ponieważ zarówno \(\tau\), jak i \(\sigma\) są pionowe. Cień rzucany przez punkt \(T\) na płaszczyznę \(\sigma\) (oznaczmy go przez \(T''\)) leży na wspomnianym przecięciu i linii \(TT'\).

Konstruujemy cienie rzutowane \(S''\), \(H''\) punktów \(S\) i \(H\). Granicą własnego cienia jest wtedy zamknięty wielokątny \(ABF'KT''S''H''LDA\), gdzie \(K\) (resp. \(L\)) leży na przecięciu płaszczyzn \(\sigma\) i \(\pi\), a także leży na \(F'T'\) (odpowiednio \(DH'\)). Zacieniamy tylko widoczne części jaźni i rzucane cienie, nie zacieniamy części cienia zasłoniętego przez dom.

Rysunek 3. Odlew i cień własny całego domu ze ścianą

Uwaga. W celu lepszej wizualizacji pomocny może być również interaktywny aplet w programie GeoGebra. W aplecie można do pewnego stopnia modyfikować kierunek promieni słonecznych, zob.https://www.geogebra.org/m/ecyqv4qg

Literatura

  1. Pomykalová E. Deskriptivní geometrie pro střední školy. Prometheus. 2010. 106—107.