Fedélidomok szerkesztése

A fedélidomszerkesztés egy gyakorlatias témakör a síkok metszése és poliéderek áthatása alkalmazására. A feladatunk az lesz, hogy az épületek lefedésekor használatos tetősíkokat kialakítsuk.

Adottak az egy magasságban lévő ereszvonalak.
Feltételezzük, hogy az ereszvonalakra egyenlő hajlásszögű tetősíkokat illesztünk. A nálunk szokásos síkállás az amelyben a síkok a vízszintes síkkal 45 fokos szöget zárnak be. Mivel egyetlen gyakorlat erejéig foglalkozunk a témakörrel így csak az alapokkal foglalkozunk. A feladatok egyetlen vetületen megoldhatók, csak a felülnézetet fogjuk használni.
Ha a tető keresztmetszetét nézzük, akkor az előbb említett 45°-os szögnek annyi hatása van, párhuzamos ereszvonalak esetén a tetősíkok összemetsződéseként kapott gerinc fele akkora magasan lesz az ereszvonal fölött, mint amekkora az ereszvonalak távolsága volt.

Még egy fontos dolgot is észrevehetünk: felülről nézve a gerinc éppen félúton lesz az ereszvonalak között. Geometria nyelvén: középpárhuzamost látunk. A fenti ábrán az is látszik, hogy ha eltérnék a 45%-os hajlásszögtől, akkor csak a tető (gerinc) magasságán változtatnánk, de a gerinc vetülete továbbra is középpárhuzamosként látszana. De vajon mi a helyzet az egymáshoz valamilyen szögben csatlakozó ereszvonalak esetén. Mit látunk a a tetősíkok metszésvonalából az élgerinc és a vápa esetén? Erre mutatok egy példát, amikor az egyik feladatunk modelljét egy 3D nyomtató szeletelőprogramjában megnyitottam, és felszeleteltem:

Felülről nézve a tetősíkokat kirajzoló vonalak úgy látszanak, mintha az ereszvonalat belülről egy vastag filctollal újra és újra körberajzoltuk volna. A modellezésben az ilyen típusú vonalakat offset vonalaknak hívják. De miután az eresz vonaltól mindig ugyanolyan távolságra haladnak, a csúcsokban az irányváltások miatt mindig kirajzolják az élgerincek és vápák vonalát, melyek iránya mindig szögfelező állású lesz.

 

 

Letölthető anyagok

• Diasor   
• Munkafüzet2025, 40-44. o.
• Fedélidom szerkesztés (segédlet)

További segédanyag

• Fedélidomok_hallgatói munkák
• Néhány feladat megoldása+1 lap 
• Gyakorló feladatok - fedélidom  
• Fedélidomok

Gúlák és hasábok áthatása - amikor a hasáb nincs vetítő helyzetben

Felhasznált korábbi ismeretek:

• Transzformáció, mellyel elérhető, hogy egy hasáb élei (oldallapjai) az új képsíkra merőlegesek legyenek. Ebben az új nézetben eldönthető, hogy hány pont határozza meg az áthatási töröttvonalat.
  
• Vetítősík és egyenes döféspontjának szerkesztése. A metszéspont az egyik képen azonnal látható, a másik kép rendezővel szerkeszthető.
• Síkra illeszkedő egyenes: a sík körvonalát két pontban metszi, és ezt a rendezők is mutatják.
• Síkok metszésvonala. Két közös pont által megadva, speciális helyzetekben is.

Letölthető anyagok:

• Diasor pdf-ben (67. oldaltól)
  
• Munkafüzet2025  38-39. oldala

Bevezetésként nézzünk egy nem túl bonyolult példát! Az alábbi ábrán egyik test sincs vetítő helyzetben:

(Forrás:bme.hu)

És látjuk a megoldást is: a vetítő helyzetet egyetlen transzformációval lehet elérni, amelyben a fekvő helyzetű hasáb oldalélei vetítőegyenesekké válnak. A transzformációt CSAK ez a hasáb fogja meghatározni, az x14 tengely merőleges a hasáb oldaléleinek első képére. Ezt követi a transzformáció végrehajtása, és ekkor kapjuk meg azt a kedvezőbb vetületet, amelyben látszik, hogy összesen hány pontot kell  megszerkesztenünk. Az I. és IV. kép felhasználásával az áthatás minden pontja megszerkeszthető, a II. képet a transzformáció visszafelé történő alkalmazásával szerkesztjük.

A feladatunk első lépése is a transzformáció lesz.

Magát a transzformációs lépéseket nem részletezném, mert már megtanultuk. A végeredmény azt mutatja, hogy a hasáb egyetlen háromszögként jelenik meg, amely körül látjuk a gúla vetületét.

Most lehet átnézni a teendőket:

• A hasáb mindhárom oldaléle (mint pontoknak látszó egyenesek) a gúla kontúrján belül van ---> élenként 2-2 metszéspontot kell szerkeszteni.
• A gúla MA és MB élei elkerülik a hasábot,csak az MC él metsz bele ---> 2 metszéspontot kell szerkeszteni. (Erre még később kitérünk, mert itt különlegesebb helyzet állt elő!)
• Tehát 6 + 2 pontot kell szerkeszteni az 1.képre is és a 2. képre is a IV. képből kiindulva.
• Összekötés: a szabály alapján az 1. képen is és a 2. képen is összekötjük a pontokat. 
• Láthatóság szerinti kihúzás

A lépésekhez a diasor lépéseit kell követni, néhány pillanatképek most ki is emelek:

• Metszés az MC egyenessel. Az 1. és IV. kép vonatkozásában ez az él nagyon meredeken fut, majdnem merőleges a az x14 tengelyre. Ebben az esetben nem tanácsos a rendezőket használni, hogy az1' és 2' pontokat megkeressük! Figyeljék csak a zöld rendező vonalakat! Nagyon közel futnak egymáshoz és nagyon kis szögben fogják metszeni az M'C' élt. Szinte biztos, hogy kézi szerkesztéssel elmozdulnak a pontok arról a helyről, ahol lenniük kellene. Ezt csak akkor lehetne észrevenni, amikor a 2. képeket is meghatároznánk, és a pontok nem lennének benne a hasábban.

• Inkább így oldjuk meg:

 

És végül a 2.képről rendezőket indítva jelöljük ki az 1' és 2' pontokat.

• A szerkesztés folytatására a következőket ajánlom:

 

• Fontos, hogy a fenti kezdésekkel a 3' és 4' pontok kétszer is meghatározásra kerülnek, DE NEM LESZ BELŐLÜK 2 DB! A b egyenesnek csak két közös pontja lehet a gúlával. Ha pontosan dolgoznak, akkor a két háromszög formájú metszet a 3' és 4' pontokban metszi egymást.

Gyakorló feladat:

• Egy feladat (Gyakorló feladatok / Hasábok és gúlák áthatása / 8. oldal) megoldása, ahol a hasáb vízszintes éleivel való metszéseket vízszintes vágásokkal szerkesztették és nem azzal a módszerrel, hogy a hasáb lapot hosszabbítottuk meg. A megoldás után a test lapjait különböző színekkel jelölték, ami segít abban, hogy melyik lapot láthatjuk.A kék, barna, piros lapok mindkét képen látszanak, a sárga és a zöld pedig hátrafelé fordulnak, így nem láthatók szemből.
  
• Ugyanennek a feladatnak a megoldása táblaképeken, lépésekben:

Síklapú testek áthatása - két feladat, melyben van vetítő helyzetű hasáb

Az áthatási feladatok megoldási menete:

• Az egyik test éleivel a másik testet el kell metszeni. Célszerű a könnyen észrevehetőekkel kezdeni! Ha egy él belemetsz a másik testbe, akkor 2 metszéspontot keresünk függetlenül attól, hogy látszanak-e.
• A másik test éleivel az első test lapjait kell metszeni, ha egy él belemetsz a másikba, akkor itt is élenként 2-2 metszésponttal kell számolni.
• Az összekötési sorrend meghatározása: az alapszabály az, hogy mindkét testkörüljárásának meg kell felelni. Ha egy pontból elindulunk, akkor oda mindig visszavisz az áthatási töröttvonal. Ehhez segédábrát fogunk készíteni, de ha valaki meglátja a lényeget, akkor segédábra nélkül is csinálhatja.
• A láthatóság jelölése vagy aszerint, hogy a két test egyetlen testté válik, vagy úgy, hogy ez egyik testet eltávolítjuk és ezzel a másik testen csonkolást hajtunk végre.

Letölthető anyagok/Segédanyagok:

• Diasor pdf-ben
• Munkafüzet2025 32-37. oldala
• Két hasáb áthatása lépésenként megmutatva
• Szemléltető videók ebben a lejátszási listában  találhatóak.

32. oldal feladata:

Forgatható modellek: unió és különbség

A témakör Bevezető feladatához képest a hasáb sokkal jobban bele van tolva a gúlába, se balról, se jobbról nem szakítja meg a kontúrt. Ha a kék nyilakat figyeljük, akkor 4 olyan helyet látunk, ahol a gúlaélek a hasáb oldallapjait metszik.

Ha a zöld nyilakat tekintjük, akkor a hasáb összes oldaléle belemetsz a gúlába, és így mindegyiket 2-2 metszéspont lesz majd. Egy kis gyors matek: 4 + 8 = 12 pontot kell megszerkeszteni.
A diasor leírásában a 2. és 3. lépés mutatja a hasábélekkel való metszést. Most is a hasáblapokat megnyújtjuk,hogy jó nagyon legyenek és ezzel készítünk egy-egy ferde metszetet a gúlából. Ne felejtsük el, hogy a ferde metszet már nem mutat szabályosságot, sőt az alsóbb esetben még az alapsíkban is belemetsz.

Ami nehezen szokott menni, a pontok összekötésének a sorrendje
Ehhez egy olyan segédábrát készítünk melyen mindkét test oldalsó felületeit egymásra fektetjük. Kezdjük a hasábbal! Ha a hasáb palást részét egy él mentén felvárjuk, akkor a vágás vonala a kiterítés bal és jobb oldalán is megjelenik. 

Vagyis a hasáb négy oldallapja négy sávval (azaz 5 egyenessel) szimbolizálható. Nekünk most a méretek nem kellenek,csak a sávok.
A gúla esetén is hasonló történik, azzal a különbséggel hogy oldallapok kihajtogatásával egy háromszögsorozatot kapunk. Most sem a méretek, sem a formák nem fontosak, ezért minden háromszöglap helyett sávokká formázzuk azokat. Így a négy egymáshoz csatlakozó háromszög helyett négy sávot jelenítünk meg. Itt is fontos, hogy az az él,ami mentén felvágtuk a palástot, mindkét szélen megjelenik. A vonalak egy körüljárásnak megfelelően követik egymást, hogy biztosan egy lapot jelenthessenek.

És végül tegyük egymásra ezt a két sávrendszert:

Mire lesz ez jó nekünk? Minden megszerkesztett pontot bejelölünk majd, kétféle dolgot kell megnézni: melyik élen van és melyik lapon (melyik két egyenes között) helyezkedik el. Mutatom az első pontnál, hogy mire kell figyelni. Az 1-es pont a GD oldalél és az ab lap metszéspontja. Ezt a tényt úgy érdemes átfogalmazni, hogy a GD élen van az ab egyenesek között. Stb. egyesével minden pont belekerül. Ezt minden lépésnél mutatom a diában.

Mi történik akkor, ha egy olyan éllel metszünk, amely mentén a palástot felvágtuk? Olyanra gondolok, mint a mostani példában az a egyenes. Akkor az a egyenes kétszer szerepel az összekötési ábrában is, így a pontot is kétszer kell jelölni mindkét oldalon: 

És végül az összekötés szabálya: Két pont a hálóban akkor köthető össze, ha ugyanannak a kis négyzetnek az oldalán van. Így, ha egy pontból elindulunk, akkor oda vissza fogunk érni. Ha vannak még kimaradó pontok,akkor azok legalább hárman lesznek! Most két teljes "körünk"van.

A láthatósághoz a vagy egy összeállítás Segédábrákból (5.-7. oldalak), melyekből egyet mutatok mintaként:

 

==================================================

==================================================

 35. oldal feladata:

Forgatható modellek: unió és különbség

Tevékenységlista erre a feladatra megfogalmazva:

• A fekvő helyzetű hasáb vízszintes éleivel el kell metszeni az álló hasáb oldallapjait. Ezek a metszéspontok az 1. képen vehetők észre. Most két él metsz bele az álló hasábba, élenként 2-2 metszéspontot fogunk kapni.A 2. képek rendezővel szerkeszthetők. (A feladat vetítő sík metszése egyenessel.)

• Most az álló test éleivel kell belemetszeni  a fekvő hasábba. Két ilyen függőleges élt látunk: az 1-es és a 2-est. Mindkét egyenesen 2-2 metszéspontot kapunk.

        Ehhez a két egyenesre illeszthető síkot hívhatjuk segítésül. Az állóhasáb 1-2-es oldallapját

balra-jobbra meghosszabbítjuk, hogy a fekvőhasábot kettévághassa. Ezt szemléleti ez az ábra:

A függőleges élek és a kék hasáb metszetének közös pontjai kellenek.

• Az összekötési sorrend meghatározása: az alapszabály az, hogy mindkét testkörüljárásának meg kell felelni. Ha egy pontból elindulunk, akkor oda mindig visszavisz az áthatási töröttvonal. Ehhez segédábrát fogunk készíteni, de ha valaki meglátja a lényeget, akkor segédábra nélkül is csinálhatja. Fontos, hogy a fenti forgatható ábrán már néhány összeköttetés látható!
• A láthatóság jelölése vagy aszerint, hogy a két test egyetlen testté válik, vagy úgy, hogy ez egyik testet eltávolítjuk és ezzel a másik testen csonkolást hajtunk végre. 
• Egy korábbi gyakorlaton a két  hasáb egyesítésével keletkező test láthatóságát jelöltük. Nem a diasort léptettem, hanem a képernyőre rajzolva jelenítettem meg a láthatóságot. Volt olyan részlet, ahol az oldalél takartságáról döntöttünk az alapján, hogy a másik hasáb takarja-e. Végül néhány látható lapot színezéssel ábrázoltunk. Ekkor minden nyomtatott és szerkesztett vonalnak, amely "lefestést" kapott át kell váltania szaggatottra. Ezt itt most nem minden esetben láthatjuk, mert a színezés a kivetített dián teljes fedést adott. Az órái ábrán annyit javítottam, hogy a látható éleket vastagabban rajzoltam át.
  

 

További segítség:

•  Megoldott feladat, amely nagyon hasonlít a mostanihoz:

 

 

Síkok metszése, láthatóság

 

Most két sík metszésére koncentrálunk, méghozzá olyan esetekben, amikor mindkét megadott sík általános helyzetű. A keresett metszésvonal két pontjával egyértelműen meghatározható. Így a következő megoldási menetet követjük:

• Az egyik sík vonalai (határvonalai) közül kiválasztunk egyet, mellyel a másik síkot el fogjuk metszeni. Ezzel a két sík egy közös pontját előállítjuk.
• Az előbbi lépést még egyszer végrehajtjuk.
• A kapott két pontot összekötve megkapjuk a síkok metszésvonalát.
• Láthatóság szerinti kihúzás: a síkokat síklapoknak képzeljük és megkeressük,  hogy az egyes területeken melyik sík takarja a másikat.
  

Fontos megjegyezni, hogy alapvetően a síklapok határvonalai közül tetszőlegesen választhatunk a közös pontok meghatározásához. Gyakorlatilag az okozhat problémát, hogy sok esetben a szerkesztés nem fér ki a megadott terület, vagy papírlapra. Ilyenkor érdemes újabb egyenessel próbálkozni. A gyakorlaton szó lesz arról is, hogy hogyan érdemes "jó" egyenest választani.

A síklapok összemetsződésének egyik példája a fenti ábrán látható.Itt most a szerkesztővonalak nincsenek feltüntetve, de a keletkezett metszésvonal igazából csak egy szakaszként jelenik meg. Itt  most az ábra azt mutatja, mintha a két bemetszett lapot csak összecsúsztatnánk, hogy egymásba kapjanak, ahhoz hasonlóan, mint a korong alakú építőjáték elemi csatlakoznak.

Egy másik esetben a kész ábra ahhoz hasonló, mint amikor az egyik lapon egy hasítékot készítünk, hogy ott a másik síklapot átcsúsztassuk, vagy csak egy részét belecsúsztassuk. Ilyesmit szemléltet a jobb oldali képen látható szalag, melyen van egy elszegett rés, és a szalag végei azon átcsúsztathatók. Persze ilyen szalagot nem fogunk ábrázolni, de a lényeget jól szemlélteti.

 Letölthető anyagok:

• Diasor pdf-ben (26. diától)
• Munkafüzet2025  12-14. oldala 
• 13. oldal feladatának megoldása pdf-ben pdf-ben és videó formában
• Kiegészítő diasor (14. oldal)
  

Táblai feladatmegoldások a korábbi évekből:

További segédanyag

• Egy feladat  megoldása lépésenként megmutatva
• http://users.atw.hu/mageptech/Tantargyak/muszakiabr/metsze.jpg

Síkok metszése egyenessel, láthatóság

 Mit kellene tudnunk ahhoz, hogy bármilyen helyzetű két síkot (=síklapot) el tudjunk metszeni?

Például nagyon jó lenne, ha egy általános helyzetű síkot és egy általános helyzetű egyenest el tudnánk metszeni egymással. A megoldási menet nem látszik az alábbi ábrán, csak a végeredmény. Az M pontban kell átszúrni az egyenest a síkon. A szúrás(=döfés, =metszés)pontban az egyenes láthatósága váltani fog annak megfelelően, hogy az egyenes mely része van a síklap fölött/alatt a felülnézetben, és mely része van a síklap előtt/mögött a szemből nézetben. A láthatóság eldöntésénél majd mindig a másik  kép lesz a segítségünkre.

Fedő egyenespár módszere

Általános helyzetű térelemek esetében a fedő egyenespár módszerét alkalmazhatjuk. Ennek az lesz a lényege, hogy az elképzeljük az egyenes egyik vetítősíkját, és azzal az adott síkba metszünk. Ekkor egy olyan egyenest kapunk, amely az adott egyenes alatt/fölött halad, és közben át is metszi azt.
Ez ábrán a V1 első vetítősíkot választottam, amely az m egyenesben metszi a háromszöglap síkját. Az első képen (felülnézetben) az adott egyenes és az m egyenes ugyanabban  a vonalban látszik, míg a 2. képen (szemből nézetben) azt látjuk, hogy hogy az e és m egyenesek metszőek. Ezt a metsző helyzetet természetesen bármely oldalnézet is megmutatná.

Hasonló helyzetet szemléltet az alábbi forgatható ábra is:

 

 

Lényeg: két egyenes az egyik képen fedi egymást, a másik képen pedig nem. A számunkra fontos metszéspont ezen az utóbbi képen jeleneik majd meg hamarabb,  a másikra rendezővel fogjuk vetíteni.

 

A módszernek van egy "fordított" verziója is,  melyet második fedőegyenes módszernek nevezünk. Ennek a lényege, hogy a feladatban szereplő egyenesre második vetítősíkot illesztünk és először ennek az eredeti síkkal való metszését szerkesztjük meg. Az 1. képen jelölhető ki a keresett döféspont a két egyenes metszéspontjaként:

 

Mindegy, hogy melyik módszert alkalmazzuk egy adott feladatban, ugyanazt a metszéspontot fogjuk kapni eredményül!

Letölthető anyagok:

• Diasor pdf-ben
• Munkafüzet2025 (10.-11. oldal)
• Fedőegyenes módszer alkalmazása (videó)
  

További ábrák:

Síklap és egyenes metszése 2. fedőegyenes alkalmazásával. Az ábrában nincs feltüntetve az x12 képsíktengely, ennek ellenére a rendezők beállnak egymással párhuzamos helyzetbe.(Forrása: Sulinet tudásbázis)