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立體幾何組合折紙

生活 更新时间:2024-09-14 09:48:30

立體幾何組合折紙(折紙中的數學和藝術)1

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直到遇到折紙,我被折紙吸引,我已經折疊幾年了,雖然我仍然不是這門藝術的大師,但我想與他人分享至少一部分。折紙是科學與藝術之間經常被忽視(雖然很頻繁)的交集的一個很好的例子。模塊化的折紙更傾向于數學方面,但實際上(在視覺上和理論上)漂亮的幾乎無限多種形狀的潛力也是相當藝術的。上面顯示的大多數模型都是多個相交形狀的複合體,這才是真正展示藝術的地方。

在這一指導中,我将僅讨論一種模塊化的折紙:由Ow單元制成的線框。線框為2-d或3-d形狀,其中僅邊緣被固化,留下敞開的面。我将解釋的單位(模型中的各個模塊)或多或少最初是由弗朗西斯·奧(Francis Ow)概念化的。

為了使您能夠提出新的模塊化結構,我将介紹有關多面體和組成它們的多邊形的一些理論,解釋如何折疊Ow單元以及如何将設計調整到各種角度以使不同多邊形,然後為您提供一些圖片和構想,以使您走得更遠。

讓我們開始吧!所有你需要的是:

-紙:折紙紙比較好,但是打印機紙通常可以正常工作

-剪紙刀或剪刀(除非您要折痕和撕裂,否則不會很漂亮)

-時間(越多越好)

步驟1:多面體

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多面體:多面體是3D幾何形狀。它們是由2D幾何形狀的多邊形(gon-角/角)構建的。多面體是根據面的數量和類型,其對稱性以及如何構造來命名和分類的。

可能最基本的組是柏拉圖固體(全部由相同的規則多邊形組成,如上圖所示)。它們是四面體,六面體,八面體,十二面體和二十面體。另一個常見的組是“阿基米德實體”,它們全部由相同的頂點組成,但具有多種面(兩種或多種正多邊形)。其中有13個(取決于确切的定義-有關更多信息,請參閱後續頁面),顯示在第二個渲染中。還有其他幾個組,但是這些分組不太常用。

上述分組僅适用于具有規則多邊形面的多面體;當然,不規則多邊形多面體以及不規則折線,規則多邊形多面體的理論無限性是可能的,但由于Ow方法的尺寸和互鎖性的限制,隻有更簡單的方法才能用Ow方法構造給定的模型。

步驟2:多邊形

許多模型是由規則多邊形制成的多面體構成的,這些可能是最容易理解的。這是因為根據定義,規則多邊形的内角相等。因此,使用公式可以輕松确定這些角度

θ=(180(n-2))/ n

當θ是一個内角,而n是側面/角度的數量。

僅當已知所有邊或邊與角的充分混合時,才能計算不規則多邊形的角。一旦将給定的多邊形分解為三角形,就可以使用多種三角技術來計算各個角度。所有角度仍将合計為180(n-2),但是,如果已知所有其他角度,則隻能用于發現一個剩餘角度。為了确定折疊複合模型中的單元所需的紙張長度,必須知道組成每個多面體的多邊形的邊長,并且要增加一定的長度,因為在鎖定機制中會用盡一些長度。稍後将讨論用于計算該量的方法。

步驟3:折疊

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Ow單元通常折疊在紙條的末端。因此,單元的長度(多邊形的合成邊的長度)與連接機構的大小無關,該連接機構的大小取決于條帶的寬度(取決于條的“厚度”)。線框模型中的“線”或邊。

因此,我隻是在一個單元的一端進行演示,而不是展示整個過程:

  1. 從一張紙開始,最後隐藏面朝上
  2. 縱向對折
  3. 展開
  4. 縱向折疊每側至中心線
  5. 展開
  6. 口袋的折疊角度,對于等邊三角形(如上圖所示),從中心線折疊右上角,直到拐角點位于紙張左側的1/4行上。查看圖片
  7. 沿最右邊的1/4線反向折疊襟翼。如在展開視圖中看到的那樣,這将創建折痕線,并将最右邊的紙張拉回到中心線1/4
  8. 在紙張的另一端重複步驟,導緻第一端閉合,如倒數第二張圖像所示
  9. 将單元對折,使縱向開口的縫隙在内側。這會在粘在中心線上的口袋部分産生折痕

第4步:單元組裝

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要将兩個單獨的單元鎖定在一起:

  1. 握住單元,使一個單元的翻蓋/展開角指向另一單元的口袋
  2. 稍微打開口袋,将第一個單元完全滑開(以使單元的中心線重合)
  3. 沿中央折邊壓接第二個單元,将兩個單元鎖定在一起。

一旦了解了單元及其連接,從角度到閉合的多邊形再到多面體的跳轉就不難了。請記住,在完整的模型上,在單元接合處形成的每個頂點都應被完整的單元環包圍,且沒有多餘的襟翼或口袋(見圖)。根據相交的多邊形的角上的角度,在單個頂點上可能會存在兩個到五個可能相交的單元。

步驟5:幾何概念總結

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如何改變這些角度以産生任何多邊形?

分析内部60°角是如何産生的,可以在裝置停止鎖定在一起之前将任何角度折疊到大約140°。口袋的反向折疊使用了中心線和最左邊的四分之一線的參考點,這些參考線用于按底數1和斜邊2的比例折疊三角形。

θ=正弦^ -1(1/2)= 30° 這在第一個圖像中顯示。

接下來,按照我的藍色思維過程箭頭,30°的角度可以幾何地延續到中心線和襟翼邊緣之間的角度。由于這是直角三角形中的一個角度,因此我們可以從中順時針找到該角度,因為我們知道三個角度中的兩個以及角度之和:

180°-90°-30°= 60°

這可以延續到中心線和反向折疊之間的角度,從而形成口袋的底部。

在第三張圖片中,我将組裝的兩個單元從上一步翻轉過來,因此口袋仍在單元的右側。可以看出,右單元的邊緣沿反向折疊位于左單元的口袋中。我們已經發現的紅色角度可以延續到兩個單元之間的角度。因此,兩個單元之間的夾角為60°,即等邊三角形角的内角。

向後進行類似的推理,可以根據需要為其他角度找到足夠準确的參考折痕。折疊單元是兩個不同形狀的多邊形之間的共享邊(例如,存在于阿基米德實體中),對于折疊單元來說,必須理解由袋角決定單元之間的角度。一點點的三角學,幾何操作,可寫的地方和實踐,将使您輕松生成各種規則和不規則的多邊形,以制成多面體。

制作多面體的化合物時,精确的單位長度對于使最終模型緊密貼合非常重要。在計算産生給定長度的邊緣所需的紙張矩形的尺寸時,請記住以下鎖定機構的假象。任何超過折角與中心線交叉的位置的紙張(如上圖所示)都不會影響邊的長度(在進行折疊後,這在直覺上很明顯)。因此,對于精确的邊長,有必要找出要在單元末端截斷的量,并将其添加到原始紙張尺寸上。

步驟6:完成

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這隻是模塊化折紙的一種,正如您在上面看到的,它用途廣泛。

如果您有疑問,請在評論部分中提問,我将盡力提供幫助。

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