учимся пользоваться редактором фигур от создания линий до схем
MS Office Word 2007 и 2010 — текстовые редакторы, чрезвычайно распространенные в пользовательской среде. Но о том, как рисовать в Ворде, знают далеко не все владельцы ПК. Являясь довольно универсальными пакетами, приложения в основном используются для создания текстовых документов. Иногда чуть более продвинутые пользователи вставляют в них картинки, но мало кому известно, что рисунок в MS Word можно создать, не прибегая к помощи других редакторов. Как нарисовать картинку в MS Word 2007 и 2010? После первого же урока по рисованию в популярном редакторе вы сможете стать хорошим иллюстратором.
Как открыть меню рисования в MS Office Word?
Стандартное меню для вставки фигур поможет создать ваш рисунок в ворде
Перед тем как нарисоватьв Ворде картинку, следует открыть на ленте закладку «Вставка». Ее просто найти, так как закладка находится правее кнопки «Главная». Под закладкой открывается меню «Иллюстрации», которым можно пользоваться при вставке в документ картинок из файлов, библиотек, сайта Microsoft и т.
Рисование схем и изображений с помощью шаблонов фигур
Если вы еще не совсем понимаете, как сделать линию в Ворде, воспользуйтесь готовыми шаблонами, которые помогут создать схему в Ворде или сделать геометрический рисунок. Чтобы они оказались на полотне, достаточно кликнуть по выбранному шаблону левой кнопкой мыши. Второй раз щелчок левой кнопкой делается на поле изображения. Получившееся изображение можно редактировать, так как после его вставки появляются команды «Изменить фигуру», «Заливка фигуры», «Контур» и «Эффекты фигур».
Рисование и редактирование линий
То, как сделать линию в Ворде, интересует всех, кто хочет сопроводить документ не шаблонной, а оригинальной иллюстрацией. MS Office Word поможет начертить ровные отрезки, векторные линии, которые обязательно пригодятся при составлении схем.
Есть в редакторе команды, подобные «Рисунку карандашом» или «Лассо» в Photoshop

Теперь вам стало яснее, как рисовать в MS Office Word. Необходимо сказать, что полноценной программой для рисования текстовый редактор считать нельзя, но с помощью функции создания изображений вы можете значительно сократить время при иллюстрировании документов.
Занимательная математика. Правильный шестиугольник
Не знаю уж в силу чего, но у меня иногда возникает навязчивая идея решить ту или иную задачу из школьного/институтского курсов по математике или программированию. Обычно (пока что) это что-то достаточно простое. Интересен сам процесс получения результата на основе тех знаний, которые есть в голове на данный момент.
Как-то раз зашел разговор о сотах, пчелиных сотах. Раньше я не особо задумывался о том, что сота представляет собой правильный шестиугольник. Не то что не знал, а просто не думал о том, как эти маленькие создания сами(!) создают такую структуру, состоящую из абсолютно правильных шестиугольников… Задачка пришла сама собой — нарисовать правильный шестиугольник, как водится, только с использованием циркуля и линейки.
Шаг 1. Рисуем окружность, в которую будет вписан наш шестиугольник
Шаг 1 |
Шаг 2. Докажем, что сторона правильного шестиугольника равна радиусу окружности, в которую он вписан.
Шаг 2 |
Док-во: Исходя из условий (и признаков рав-ва треугольников), понимаем, что все три треугольники в верхней части рисунка — равны между собой. Соотв. угол Альфа = 60° (180 / 3), а это значит, что треугольник равносторонний (на остальные углы в треугольнике приходится по 120° и они так же равны между собой, как прилежащие к равным сторонам треугольника) и, соотв. сторона шестиугольника равна радиусу.
Шаг 3 |
Создание сеток шестиугольников / Хабр
Сетки из шестиугольников (гексагональные сетки) используются в некоторых играх, но они не так просты и распространены, как сетки прямоугольников. Я
коллекционирую ресурсы о сетках шестиугольниковуже почти 20 лет, и написал это руководство по самым элегантным подходам, реализуемым в простейшем коде. В статье часто используются руководства Чарльза Фу (
Charles Fu) и Кларка Вербрюгге (
Clark Verbrugge). Я опишу различные способы создания сеток шестиугольников, их взаимосвязь, а также самые общие алгоритмы. Многие части этой статьи интерактивны: выбор типа сетки изменяет соответствующие схемы, код и тексты.
.
Примеры кода в статье написаны псевдокодом, так их легче читать и понимать, чтобы написать свою реализацию.
Геометрия
Шестиугольники — это шестигранные многоугольники. У правильных шестиугольников все стороны (грани) имеют одинаковую длину. Мы будем работать только с правильными шестиугольниками. Обычно в сетках шестиугольников используются горизонтальная (с острым верхом) и вертикальная (с плоским верхом) ориентации.
Шестиугольники с плоским (слева) и острым (справа) верхом
У шестиугольников по 6 граней. Каждая грань общая для двух шестиугольников. У шестиугольников по 6 угловых точек.
Углы
В правильном шестиугольнике внутренние углы равны 120°. Есть шесть «клиньев», каждый из которых является равносторонним треугольником с внутренними углами 60°. Угловая точка
iнаходится на расстоянии
(60° * i) + 30°
, на
size
единиц от центра
center
. В коде:
function hex_corner(center, size, i):
var angle_deg = 60 * i + 30
var angle_rad = PI / 180 * angle_deg
return Point(center.x + size * cos(angle_rad), center.y + size * sin(angle_rad))
Для заполнения шестиугольника нужно получить вершины многоугольника с
hex_corner(…, 0)
по
hex_corner(…, 5)
. Для отрисовки контура шестиугольника нужно использовать эти вершины, а затем нарисовать линию снова в
hex_corner(…, 0)
.
Разница между двумя ориентациями в том, что x и y меняются местами, что приводит к изменению углов: углы шестиугольников с плоским верхом равны 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 300°, а с острым верхом — 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°.
Углы шестиугольников с плоским и острым верхом
Размер и расположение
Теперь мы хотим расположить несколько шестиугольников вместе. В горизонтальной ориентации высота шестиугольника
height = size * 2
. Вертикальное расстояние между соседними шестиугольниками
vert = height * 3/4
.
Ширина шестиугольника width = sqrt(3)/2 * height
. Горизонтальное расстояние между соседними шестиугольниками horiz = width
.
В некоторых играх для шестиугольников используется пиксель-арт, который не точно соответствует правильным шестиугольникам. Формулы углов и расположений, описанные в этом разделе, не будут совпадать с размерами таких шестиугольников. Остальная часть статьи, описывающая алгоритмы сеток шестиугольников, применима даже если шестиугольники немного растянуты или сжаты.
Системы координат
Давайте приступим к сборке шестиугольников в сетку. В случае сеток квадратов существует только один очевидный способ сборки. Для шестиугольников же есть множество подходов. Я рекомендую использовать в качестве первичного представления кубические координаты. Осевые координаты или координаты смещений следует использовать для хранения карт и отображения координат для пользователя.
Координаты смещений
Наиболее частый подход — смещение каждого последующего столбца или строки. Столбцы обозначаются
col
или
q
. Строки обозначаются
row
или
r
. Можно смещать нечётные или чётные столбцы/строки, поэтому у горизонтальных и вертикальных шестиугольников есть по два варианта.
Горизонтальное расположение «нечет-r»
Горизонтальное расположение «чёт-r»
Вертикальное расположение «нечет-q»
Вертикальное расположение «чёт-q»
Кубические координаты
Ещё один способ рассмотрения сеток шестиугольников — видеть в них
триосновные оси, а не
две, как в сетках квадратов. В них проявляется элегантная симметрия.
Возьмём сетку кубов и вырежем диагональную плоскость в x + y + z = 0
. Это странная мысль, но она поможет нам упростить алгоритмы сеток шестиугольников. В частности, мы сможем воспользоваться стандартными операциями из декартовых координат: суммированием и вычитанием координат, умножением и делением на скалярную величину, а также расстояниями.
Заметьте три основные оси на сетке кубов и их соотношение с шестью диагональными направлениями сетки шестиугольников. Диагональные оси сетки соответствуют основному направлению сетки шестиугольников.
Шестиугольники
Кубы
Поскольку у нас уже есть алгоритмы для сеток квадратов и кубов, использование кубических координат позволяет нам адаптировать эти алгоритмы под сетки шестиугольников. я буду использовать эту систему для большинства алгоритмов статьи. Для использования алгоритмов с другой системой координат я преобразую кубические координаты, выполню алгоритм, а затем преобразую их обратно.
Изучите, как кубические координаты работают для сетки шестиугольников. При выборе шестиугольников выделяются кубические координаты, соответствующие трём осям.
- Каждое направление сетки кубов соответствует линии на сетке шестиугольников. Попробуйте выделить шестиугольник с
z
, равным 0, 1, 2, 3, чтобы увидеть связь. Строка отмечена синим. Попробуйте то же самое дляx
(зелёный) иy
(сиреневый). - Каждое направление сетки шестиугольника — это сочетание двух направлений сетки кубов. Например, «север» сетки шестиугольников лежит между
+y
и-z
, поэтому каждый шаг на «север» увеличиваетy
на 1 и уменьшаетz
на 1.
Кубические координаты — разумный выбор для системы координат сетки шестиугольников. Условием является
x + y + z = 0
, поэтому в алгоритмах оно должно сохраняться. Условие также гарантирует, что для каждого шестиугольника всегда будет каноническая координата.
Существует множество различных систем координат для кубов и шестиугольников. В некоторых из них условие отличается от x + y + z = 0
. Я показал только одну из множества систем. Можно также создать кубические координаты с x-y
, y-z
, z-x
, у которых будет свой набор интересных свойств, но я не буду их здесь рассматривать.
Но вы можете возразить, что не хотите хранить 3 числа для координат, потому что не знаете, как хранить карту в таком виде.
Осевые координаты
Осевая система координат, иногда называемая «трапецеидальной», строится на основе двух или трёх координат из кубической системы координат. Поскольку у нас есть условие
x + y + z = 0
, третья координата не нужна. Осевые координаты полезны для хранения карт и отображения координат пользователю. Как и в случае с кубическими координатами, с ними можно использовать стандартные операции суммирования, вычитания, умножения и деления декартовых координат.
Существует множество кубических систем координат и множество осевых. В этом руководстве я не буду рассматривать все сочетания. Я выберу две переменные, q
(столбец) и r
(строка). В схемах этой статьи q
соответствует x
, а r
соответствует z
, но такое соответствие произвольно, потому что можно вращать и поворачивать схемы, получая различные соответствия.
Преимущество этой системы перед сетками смещений в большей понятности алгоритмов. Недостатком системы является то, что хранение прямоугольной карты выполняется немного странно; см. раздел о сохранении карт. Некоторые алгоритмы ещё понятнее в кубических координатах, но поскольку у нас есть условие x + y + z = 0
, мы можем вычислить третью подразумеваемую координату и использовать её в этих алгоритмах. В своих проектах я называю оси q
, r
, s
, поэтому условие выглядит как q + r + s = 0
, и я, когда нужно, могу вычислить s = -q - r
.
Оси
Координаты смещения — это первое, о чём думает большинство людей, потому что они совпадают со стандартными декартовыми координатами, используемыми для сеток квадратов. К сожалению, одна из двух осей должна проходить «против шерсти», и это в результате всё усложняет. Кубическая и осевая система идут «по шерсти» и у них более простые алгоритмы, но хранение карт немного более сложное. Существует ещё одна система, называемая «чередуемой» или «двойной», но здесь мы не будем её рассматривать; некоторые считают, что с ней проще работать, чем с кубической или осевой.
Координаты смещения, кубические и осевые
Ось — это направление, в котором соответствующая координата увеличивается. Перпендикуляр к оси — это линия, на которой координата остаётся постоянной. На схемах сеток выше показаны линии перпендикуляров.
Преобразование координат
Вероятно, что вы будете использовать в своём проекте осевые координаты или координаты смещения, но многие алгоритмы проще выражаются в кубических координатах. Поэтому нам нужно уметь преобразовывать координаты между системами.
Осевые координаты близко связаны с кубическими, поэтому преобразование делается просто:
# преобразование кубических в осевые координаты
q = x
r = z
# преобразование осевых в кубические координаты
x = q
z = r
y = -x-z
В коде эти две функции могут быть записаны следующим образом:
function cube_to_hex(h): # осевая
var q = h.x
var r = h.z
return Hex(q, r)
function hex_to_cube(h): # кубическая
var x = h.q
var z = h.r
var y = -x-z
return Cube(x, y, z)
Координаты смещения совсем немного сложнее:
# преобразование кубических в смещение чёт-q
col = x
row = z + (x + (x&1)) / 2
# преобразование смещения чёт-q в кубические
x = col
z = row - (col + (col&1)) / 2
y = -x-z
# преобразование кубических в смещение нечет-q
col = x
row = z + (x - (x&1)) / 2
# преобразование смещения нечет-q в кубические
x = col
z = row - (col - (col&1)) / 2
y = -x-z
# преобразование кубических в смещение чёт-r
col = x + (z + (z&1)) / 2
row = z
# преобразование чёт-r в кубические
x = col - (row + (row&1)) / 2
z = row
y = -x-z
# преобразование кубических в нечет-r
col = x + (z - (z&1)) / 2
row = z
# преобразование нечет-r в кубические
x = col - (row - (row&1)) / 2
z = row
y = -x-z
Примечание о реализации: я использую a&1 (
побитовое «И») вместо a%2 (
деления с остатком) для определения, является ли число чётным (0) или нечётным (1). Подробное описание см.
.
Соседние шестиугольники
Дан один шестиугольник, с какими шестью шестиугольниками он находится рядом? Как и можно ожидать, легче всего дать ответ в кубических координатах, довольно просто в осевых координатах, и немного сложнее в координатах смещения. Также может потребоваться рассчитать шесть «диагональных» шестиугольников.
Кубические координаты
Перемещение на одно пространство в координатах шестиугольников приводит к изменению одной из трёх кубических координат на +1 и другой на -1 (сумма должна оставаться равной 0). На +1 могут изменяться три возможных координаты, а на -1 — оставшиеся две. Это даёт нам шесть возможных изменений. Каждое соответствует одному из направлений шестиугольника. Простейший и быстрейший способ — предварительно вычислить изменения и поместить их в таблицу кубических координат
Cube(dx, dy, dz)
во время компиляции:
var directions = [
Cube(+1, -1, 0), Cube(+1, 0, -1), Cube( 0, +1, -1),
Cube(-1, +1, 0), Cube(-1, 0, +1), Cube( 0, -1, +1)
]
function cube_direction(direction):
return directions[direction]
function cube_neighbor(hex, direction):
return cube_add(hex, cube_direction(direction))
Осевые координаты
Как и раньше, мы используем для начала кубическую систему. Возьмём таблицу
Cube(dx, dy, dz)
и преобразуем в таблицу
Hex(dq, dr)
:
var directions = [
Hex(+1, 0), Hex(+1, -1), Hex( 0, -1),
Hex(-1, 0), Hex(-1, +1), Hex( 0, +1)
]
function hex_direction(direction):
return directions[direction]
function hex_neighbor(hex, direction):
var dir = hex_direction(direction)
return Hex(hex.q + dir.q, hex.r + dir.r)
Координаты смещения
В осевых координатах мы вносим изменения в зависимости от того, в каком месте сетки находимся. Если мы в столбце/строке смещения, то правило отличается от случая столбца/строки без смещения.
Как и раньше, мы создаём таблицу чисел, которые нужно прибавить к col
and row
. Однако на этот раз у нас будет два массива, один для нечётных столбцов/строк, а другой — для чётных. Посмотрите на (1,1)
на рисунке карты сетки выше и заметьте, как меняются col
и row
меняются при перемещении в каждом из шести направлений. Теперь повторим процесс для
(2,2)
. Таблицы и код будут разными для каждого из четырёх типов сеток смещений, приводим соответствующий код для каждого типа сетки.
Нечет-r
var directions = [
[ Hex(+1, 0), Hex( 0, -1), Hex(-1, -1),
Hex(-1, 0), Hex(-1, +1), Hex( 0, +1) ],
[ Hex(+1, 0), Hex(+1, -1), Hex( 0, -1),
Hex(-1, 0), Hex( 0, +1), Hex(+1, +1) ]
]
function offset_neighbor(hex, direction):
var parity = hex.row & 1
var dir = directions[parity][direction]
return Hex(hex.col + dir.col, hex.row + dir.row)
Сетка для чётной (EVEN) и нечётной (ODD) строк
Чёт-r
var directions = [
[ Hex(+1, 0), Hex(+1, -1), Hex( 0, -1),
Hex(-1, 0), Hex( 0, +1), Hex(+1, +1) ],
[ Hex(+1, 0), Hex( 0, -1), Hex(-1, -1),
Hex(-1, 0), Hex(-1, +1), Hex( 0, +1) ]
]
function offset_neighbor(hex, direction):
var parity = hex.row & 1
var dir = directions[parity][direction]
return Hex(hex.
col + dir.col, hex.row + dir.row)
Сетка для чётной (EVEN) и нечётной (ODD) строк
Нечет-q
var directions = [
[ Hex(+1, 0), Hex(+1, -1), Hex( 0, -1),
Hex(-1, -1), Hex(-1, 0), Hex( 0, +1) ],
[ Hex(+1, +1), Hex(+1, 0), Hex( 0, -1),
Hex(-1, 0), Hex(-1, +1), Hex( 0, +1) ]
]
function offset_neighbor(hex, direction):
var parity = hex.col & 1
var dir = directions[parity][direction]
return Hex(hex.col + dir.col, hex.row + dir.row)
Сетка для чётного (EVEN) и нечётного (ODD) столбцов
Чёт-q
var directions = [
[ Hex(+1, +1), Hex(+1, 0), Hex( 0, -1),
Hex(-1, 0), Hex(-1, +1), Hex( 0, +1) ],
[ Hex(+1, 0), Hex(+1, -1), Hex( 0, -1),
Hex(-1, -1), Hex(-1, 0), Hex( 0, +1) ]
]
function offset_neighbor(hex, direction):
var parity = hex.col & 1
var dir = directions[parity][direction]
return Hex(hex.col + dir.col, hex.row + dir.
row)
Сетка для чётного (EVEN) и нечётного (ODD) столбцов
Использование вышеуказанных таблиц подстановки — это простейший способ вычисления соседей. Если вам интересно, можно также почитать об извлечении этих чисел.
Диагонали
Перемещение в «диагональном» пространстве в координатах шестиугольников изменяет одну из трёх кубических координат на ±2 и две другие на ∓1 (сумма должна оставаться равной 0).
var diagonals = [
Cube(+2, -1, -1), Cube(+1, +1, -2), Cube(-1, +2, -1),
Cube(-2, +1, +1), Cube(-1, -1, +2), Cube(+1, -2, +1)
]
function cube_diagonal_neighbor(hex, direction):
return cube_add(hex, diagonals[direction])
Как и раньше, мы можем преобразовать эти координаты в осевые, откинув одну из трёх координат, или преобразовать в координаты смещения, предварительно вычислив результаты.
Расстояния
Кубические координаты
В кубической системе координат каждый шестиугольник является кубом в трёхмерном пространстве. Соседние шестиугольники находятся в сетке шестиугольников на расстоянии 1 друг от друга, но на расстоянии 2 в сетке кубов. Это делает расчёт расстояний простым. В сетке квадратов
равны
abs(dx) + abs(dy)
. В сетке кубов манхэттенские расстояния равны
abs(dx) + abs(dy) + abs(dz)
. Расстояние в сетке шестиугольников равно их половине:
function cube_distance(a, b):
return (abs(a.x - b.x) + abs(a.y - b.y) + abs(a.z - b.z)) / 2
Эквивалентом этой записи будет выражение того, что одна из трёх координат должна быть суммой двух других, а затем получение её в качестве расстояния. Можно выбрать форму деления пополам или форму максимального значения, приведённую ниже, но они дают одинаковый результат:
function cube_distance(a, b):
return max(abs(a.x - b.x), abs(a.y - b.y), abs(a.z - b.z))
На рисунке максимальные значения выделены цветом. Заметьте также, что каждый цвет обозначает одно из шести «диагональных» направлений.
Осевые координаты
В осевой системе третья координата выражена неявно. Давайте
преобразуемиз осевой в кубическую систему для расчёта расстояния:
function hex_distance(a, b):
var ac = hex_to_cube(a)
var bc = hex_to_cube(b)
return cube_distance(ac, bc)
Если компилятор в вашем случае встраивает (inline)
hex_to_cube
и
cube_distance
, то он сгенерирует такой код:
function hex_distance(a, b):
return (abs(a.q - b.q)
+ abs(a.q + a.r - b.q - b.r)
+ abs(a.r - b.r)) / 2
Существует множество различных способов записи расстояний между шестиугольниками в осевых координатах, но вне зависимости от способа записи
расстояние между шестиугольниками в осевой системе извлекается из манхэттенского расстояния в кубической системе. Например, описанная
здесь«разность разностей» получается из записи
a.q + a.
r - b.q - b.r
как
a.q - b.q + a.r - b.r
и с использованием формы максимального значения вместо формы деления пополам
cube_distance
. Все они аналогичны, если увидеть связь с кубическими координатами.
Координаты смещения
Как и в случае с осевыми координатами, мы
преобразуемкоординаты смещения в кубические координаты, а затем используем расстояние кубической системы.
function offset_distance(a, b):
var ac = offset_to_cube(a)
var bc = offset_to_cube(b)
return cube_distance(ac, bc)
Мы будем использовать тот же шаблон для многих алгоритмов: преобразуем из шестиугольников в кубы, выполняем кубическую версию алгоритма и преобразуем кубические результаты в координаты шестиугольников (осевые или координаты смещения).
Отрисовка линий
Как нарисовать линию от одного шестиугольника до другого? Я использую
линейную интерполяцию для рисования линий. Линия равномерно сэмплируется в
N+1
точках и вычисляется, в каких шестиугольниках находятся эти сэмплы.
- Сначала мы вычисляем
N
, которое будет расстоянием в шестиугольниках между конечными точками. - Затем равномерно сэмплируем
N+1
точек между точками A и B. С помощью линейной интерполяции определяем, что для значенийi
от0
доN
, включая их, каждая точка будетA + (B - A) * 1.0/N * i
. На рисунке эти контрольные точки показаны синим. В результате получаются координаты с плавающей запятой. - Преобразуем каждую контрольную точку (float) обратно в шестиугольники (int). Алгоритм называется
cube_round
(см. ниже).
Соединяем всё вместе для отрисовки линии от A до B:
function lerp(a, b, t): // для float
return a + (b - a) * t
function cube_lerp(a, b, t): // для шестиугольников
return Cube(lerp(a.x, b.x, t),
lerp(a.y, b.y, t),
lerp(a.z, b.z, t))
function cube_linedraw(a, b):
var N = cube_distance(a, b)
var results = []
for each 0 ≤ i ≤ N:
results.
append(cube_round(cube_lerp(a, b, 1.0/N * i)))
return results
Примечания:
- Бывают случаи, когда
cube_lerp
возвращает точку, находящуюся точно на грани между двумя шестиугольниками. Затемcube_round
сдвигает её в ту или иную сторону. Линии выглядят лучше, если их сдвигают в одном направлении. Это можно сделать, добавив «эпсилон»-шестиугольныйCube(1e-6, 1e-6, -2e-6)
к одной или обеим конечным точкам перед началом цикла. Это «подтолкнёт» линию в одном направлении, чтобы она не попадала на границы граней. - Алгоритм DDA-линии в сетках квадратов приравнивает
N
к максимуму расстояния по каждой из осей. Мы делаем то же самое в кубическом пространстве, что аналогично расстоянию в сетке шестиугольников. - Функция
cube_lerp
должна возвращать куб с координатами в float. Если вы программируете на языке со статической типизацией, то не сможете использовать типCube
. Вместо него можно определить типFloatCube
или встроить (inline) функцию в код отрисовки линий, если вы не хотите определять ещё один тип. - Можно оптимизировать код, встроив (inline)
cube_lerp
, а затем рассчитавB.x-A.x
,B.x-A.y
и1.0/N
за пределами цикла. Умножение можно преобразовать в повторяющееся суммирование. В результате получится что-то вроде алгоритма DDA-линии. - Для отрисовки линий я использую осевые или кубические координаты, но если вы хотите работать с координатами смещения, то изучите эту статью.
- Существует много вариантов отрисовки линий. Иногда требуется «сверхпокрытие». Мне прислали код отрисовки линий с сверхпокрытием в шестиугольниках, но я пока не изучал его.
Диапазон перемещения
Диапазон координат
Для заданного центра шестиугольника и диапазона
N
какие шестиугольники находятся в пределах
N
шагов от него?
Мы можем произвести обратную работу из формулы расстояния между шестиугольниками distance = max(abs(dx), abs(dy), abs(dz))
. Чтобы найти все шестиугольники в пределах
N
, нам нужны max(abs(dx), abs(dy), abs(dz)) ≤ N
. Это значит, что нужны все три значения: abs(dx) ≤ N
и abs(dy) ≤ N
и abs(dz) ≤ N
. Убрав абсолютное значение, мы получим -N ≤ dx ≤ N
и -N ≤ dy ≤ N
и -N ≤ dz ≤ N
. В коде это будет вложенный цикл:
var results = []
for each -N ≤ dx ≤ N:
for each -N ≤ dy ≤ N:
for each -N ≤ dz ≤ N:
if dx + dy + dz = 0:
results.append(cube_add(center, Cube(dx, dy, dz)))
Этот цикл сработает, но будет довольно неэффективным. Из всех значений
dz
, которые мы перебираем в цикле, только одно действительно удовлетворяет условию кубов
dx + dy + dz = 0
. Вместо этого мы напрямую вычислим значение
dz
, удовлетворяющее условию:
var results = []
for each -N ≤ dx ≤ N:
for each max(-N, -dx-N) ≤ dy ≤ min(N, -dx+N):
var dz = -dx-dy
results.
append(cube_add(center, Cube(dx, dy, dz)))
Этот цикл проходит только по нужным координатам. На рисунке каждый диапазон является парой линий. Каждая линия — это неравенство. Мы берём все шестиугольники, удовлетворяющие шести неравенствам.
GIFПересекающиеся диапазоны
Если нужно найти шестиугольники, находящиеся в нескольких диапазонах, то перед генерированием списка шестиугольников можно пересечь диапазоны.
Можно подойти к этой проблеме с точки зрения алгебры или геометрии. Алгебраически каждая область выражается как условия неравенств в форме -N ≤ dx ≤ N
, и нам нужно найти пересечение этих условий. Геометрически каждая область является кубом в трёхмерном пространстве, и мы пересечём два куба в трёхмерном пространстве для получения прямоугольного параллелепипеда в трёхмерном пространстве. Затем мы проецируем его обратно на плоскость x + y + z = 0
, чтобы получить шестиугольники. Я буду решать эту задачу алгебраически.
Во-первых, мы перепишем условие -N ≤ dx ≤ N
в более общей форме xmin ≤ x ≤ xmax
, и примем xmin = center.x - N
и xmax = center.x + N
. Сделаем то же самое для y
и z
, в результате получив общий вид кода из предыдущего раздела:
var results = []
for each xmin ≤ x ≤ xmax:
for each max(ymin, -x-zmax) ≤ y ≤ min(ymax, -x-zmin):
var z = -x-y
results.append(Cube(x, y, z))
Пересечением двух диапазонов
a ≤ x ≤ b
и
c ≤ x ≤ d
является
max(a, c) ≤ x ≤ min(b, d)
. Поскольку область шестиугольников выражена как диапазоны над
x
,
y
,
z
, мы можем отдельно пересечь каждый из диапазонов
x
,
y
,
z
, а затем использовать вложенный цикл для генерирования списка шестиугольников в пересечении. Для одной области шестиугольников мы принимаем
xmin = H.x - N
and
xmax = H.x + N
, аналогично для
y
и
z
. Для пересечения двух областей шестиугольников мы принимаем
xmin = max(h2.x - N, h3.x - N)
и
x
max = min(h2.x + N, h3.x + N), аналогично для
y
и
z
. Тот же шаблон работает для пересечения трёх или более областей.
GIFПрепятствия
При наличии препятствий проще всего выполнить заливку с ограничением по расстоянию (поиск в ширину). На рисунке ниже мы ограничиваемся четырьмя ходами. В коде
fringes[k]
— это массив всех шестиугольников, которых можно достичь за
k
шагов. При каждом проходе по основному циклу мы расширяем уровень
k-1
на уровень
k
.
function cube_reachable(start, movement):
var visited = set()
add start to visited
var fringes = []
fringes.
append([start])
for each 1 < k ≤ movement:
fringes.append([])
for each cube in fringes[k-1]:
for each 0 ≤ dir < 6:
var neighbor = cube_neighbor(cube, dir)
if neighbor not in visited, not blocked:
add neighbor to visited
fringes[k].append(neighbor)
return visited
Повороты
Для заданного вектора шестиугольника (разницу между двумя шестиугольниками) нам может понадобиться повернуть его, чтобы он указывал на другой шестиугольник. Это просто сделать, имея кубические координаты, если придерживаться поворота на 1/6 окружности.
Поворот на 60° вправо сдвигает каждую координату на одну позицию вправо:
[ x, y, z]
to [-z, -x, -y]
Поворот на 60° влево сдвигает каждую координату на одну позицию влево:
[ x, y, z]
to [-y, -z, -x]
«Поиграв» [в оригинале статьи] со схемой, можно заметить, что каждый поворот на 60°
меняет знаки и физически «поворачивает» координаты. После поворота на 120° знаки снова становятся теми же. Поворот на 180° меняет знаки, но координаты поворачиваются в своё изначальное положение.
Вот полная последовательность поворота положения P вокруг центрального положения C, приводящего к новому положению R:
- Преобразование положений P и C в кубические координаты.
- Вычисление вектора вычитанием центра:
P_from_C = P - C = Cube(P.x - C.x, P.y - C.y, P.z - C.z)
. - Поворот вектора
P_from_C
как описано выше и присваивание итоговому вектору обозначенияR_from_C
. - Преобразование вектора обратно в положение прибавлением центра:
R = R_from_C + C = Cube(R_from_C.x + C.x, R_from_C.y + C.y, R_from_C.z + C.z)
. - Преобразование кубического положения R обратно в нужную систему координат.
Здесь несколько этапов преобразований, но каждый из них довольно прост. Можно сократить некоторые из этих этапов, определив поворот непосредственно в осевых координатах, но векторы шестиугольников не работают с координатами смещения, и я не знаю, как сократить этапы для координат смещения. См. также
других способов вычисления поворота на stackexchange.
Кольца
Простое кольцо
Чтобы выяснить, принадлежит ли заданный шестиугольник к кольцу заданного радиуса
radius
, нужно вычислить расстояние от этого шестиугольника до центра, и узнать, равно ли оно
radius
. Для получения списка всех таких шестиугольников нужно сделать
radius
шагов от центра, а затем следовать за поворачиваемыми векторами по пути вдоль кольца.
function cube_ring(center, radius):
var results = []
# этот код не работает для radius == 0; вы понимаете, почему?
var cube = cube_add(center,
cube_scale(cube_direction(4), radius))
for each 0 ≤ i < 6:
for each 0 ≤ j < radius:
results.append(cube)
cube = cube_neighbor(cube, i)
return results
В этом коде
cube
начинается на кольце, показанном большой стрелкой от центра к углу схемы. Я выбрал для начала угол 4, потому что он соответствует пути, в котором двигаются мои числа направлений. Вам может понадобиться другой начальный угол. На каждом этапе внутреннего цикла
cube
двигается на один шестиугольник по кольцу. Через
6 * radius
шагов он завершает там, где начал.
Спиральные кольца
Проходя по кольцам по спиральному паттерну, мы можем заполнить внутренние части колец:
function cube_spiral(center, radius):
var results = [center]
for each 1 ≤ k ≤ radius:
results = results + cube_ring(center, k)
return results
Площадь большого шестиугольника равна сумме всех окружностей плюс 1 для центра. Для вычисления площади используйте
эту формулу.
Обход шестиугольников таким способом можно также использовать для вычисления диапазона перемещения (см. выше).
Область видимости
Что видимо из заданного положения с заданным расстоянием, и не перекрывается препятствиями? Простейший способ определить это — нарисовать линию к каждому шестиугольнику в заданном диапазоне. Если линия не встречается со стенами, то вы видите шестиугольник. Перемещайте мышь по шестиугольникам [на схеме в оригинале статьи], чтобы увидеть отрисовку линий к этим шестиугольникам и стены, с которыми линии встречаются.
Этот алгоритм может быть медленным на больших площадях, но его легко реализовать, поэтому рекомендую начать с него.
GIFСуществует много разных определений видимости. Хотите ли вы видеть центр другого шестиугольника из центра начального? Хотите ли вы видеть любую часть другого шестиугольника из центра начального? Может быть, любую часть другого шестиугольника из любой точки начального? Мешающие взгляду препятствия меньше полного шестиугольника? Область видимости — это более хитрое и разнообразное понятие, чем кажется на первый взгляд. Начнём с простейшего алгоритма, но ждите, что он обязательно правильно вычислит ответ в вашем проекте. Бывают даже случаи, когда простой алгоритм даёт нелогичные результаты.
В руководстве Кларка Вербрюгге описывается алгоритм для вычисления области видимости «начинаем с центра и двигаемся наружу». См. также проект Duelo, у которого есть на Github онлайн-демо области видимости с направлениями. Также можете прочитать мою статью об расчёте 2d-видимости, в ней есть алгоритм, работающий с многоугольниками, в том числе и с шестиугольниками. У сообщества любителей roguelike есть хороший набор алгоритмов для сеток квадратов (см. здесь, здесь и здесь). Некоторые из них можно адаптировать под сетки шестиугольников.
Шестиугольники в пиксели
Для перевода из шестиугольников в пиксели полезно изучить схему размеров и расположения, представленную в разделе «Геометрия». В случае осевых координат к преобразованию из шестиугольников в пиксели надо подходить, рассматривая базисные векторы. На схеме стрелка A→Q — это базисный вектор q, а A→R — базисный вектор r. Координата пикселя равна
q_basis * q + r_basis * r
. Например, B в (1, 1) является суммой базисных векторов q и r.
При наличии библиотеки матриц операция является простым умножением матриц. Однако здесь я запишу код без матриц. Для осевой сетки
x = q
,
z = r
, которую я использую в этом руководстве, преобразование будет иметь следующий вид:
Для шестиугольников с плоскими верхами
function hex_to_pixel(hex):
x = size * 3/2 * hex.q
y = size * sqrt(3) * (hex.r + hex.q/2)
return Point(x, y)
Для шестиугольников с острыми верхами
function hex_to_pixel(hex):
x = size * sqrt(3) * (hex.q + hex.r/2)
y = size * 3/2 * hex.r
return Point(x, y)
Матричный подход будет удобен позже, когда нам нужно будет преобразовать координаты пикселей обратно в координаты шестиугольников. Всё, что нам понадобится — обратить матрицу. Для кубических координат можно либо использовать кубические базисные векторы (x, y, z), или сначала преобразовать их в осевые, а затем использовать осевые базисные векторы (q, r).
Для координат смещения нам нужно будет сместить номер столбца или строки (он больше не будет целым). После этого можно использовать базисные векторы q и r, связанные с осями x и y:
Нечет-r
function offset_to_pixel(hex):
x = size * sqrt(3) * (hex.col + 0.5 * (hex.row&1))
y = size * 3/2 * hex.row
return Point(x, y)
Чёт-r
function offset_to_pixel(hex):
x = size * sqrt(3) * (hex.col - 0.5 * (hex.row&1))
y = size * 3/2 * hex.row
return Point(x, y)
Нечет-q
function offset_to_pixel(hex):
x = size * 3/2 * hex.col
y = size * sqrt(3) * (hex.row + 0.5 * (hex.col&1))
return Point(x, y)
Чёт-q
function offset_to_pixel(hex):
x = size * 3/2 * hex.col
y = size * sqrt(3) * (hex.row - 0.5 * (hex.col&1))
return Point(x, y)
К сожалению, координаты смещения не имеют базисных векторов, которые можно использовать вместе с матрицей. Это одна из причин того, почему преобразования из пикселей в шестиугольники сложнее в координатах смещения.
Другой подход: преобразовывать координаты смещения в кубические/осевые координаты, затем использовать преобразование кубических/осевых координат в пиксели. Благодаря встраиванию кода преобразования при оптимизации он в результате будет таким же, как выше.
Из пикселей в шестиугольники
Один из самых частых вопросов заключается в том, как взять положение пикселя (например, щелчка мыши) и преобразовать его в координату сетки шестиугольников? Я покажу, как это делается для осевых или кубических координат. Для координат смещения проще всего будет преобразовать в конце кубические координаты в координаты смещения.
GIF- Сначала мы инвертируем преобразование из шестиугольника в пиксели. Это даст нам дробные координаты шестиугольника, показанные на рисунке маленьким синим кругом.
- Затем мы определим шестиугольник, содержащий дробную координату шестиугольника. Он показан на рисунке подсвеченным шестиугольником.
Для преобразования координат шестиугольников в координаты пикселей мы умножили
q
,
r
на базисные векторы для получения
x
,
y
. Можно считать это умножением матриц. Вот матрица для шестиугольников с острыми верхами:
Преобразование координат пикселей обратно в координаты шестиугольников достаточно прямолинейно. Мы можем обратить матрицу:
Эти вычисления дадут нам дробные осевые координаты (float) для
q
и
r
. Функция
hex_round()
преобразует дробные осевые координаты в целые осевые координаты шестиугольников.
Вот код для осевых шестиугольников с острыми верхами:
function pixel_to_hex(x, y):
q = (x * sqrt(3)/3 - y / 3) / size
r = y * 2/3 / size
return hex_round(Hex(q, r))
А вот код для осевых шестиугольников с плоскими верхами:
function pixel_to_hex(x, y):
q = x * 2/3 / size
r = (-x / 3 + sqrt(3)/3 * y) / size
return hex_round(Hex(q, r))
Эти три строчки кода преобразуют положение пикселя в осевую координату шестиугольника. Если вы используете координаты смещения, то воспользуйтесь
return cube_to_hex(cube_round(Cube(q, -q-r, r)))
.
Существует множество других способов преобразования пикселей в шестиугольники. На этой странице перечислены известные мне.
Округление до ближайшего шестиугольника
Иногда у нас получается кубическая координата (x, y, z)
с плавающей запятой, и нам нужно узнать, в каком шестиугольнике она должна находиться. Это выясняется отрисовкой линии и преобразованием из пикселей в шестиугольники. Преобразование значения с плавающей запятой в целое значение называется
округлением(rounding), поэтому я назвал этот алгоритм
cube_round
.
В кубических координатах x + y + z = 0
даже при кубических координатах с плавающей точкой. Поэтому давайте округлим каждую компоненту до ближайшего целого (rx, ry, rz)
. Однако, хотя x + y + z = 0
, после округления у нас нет гарантий того, что rx + ry + rz = 0
. Поэтому мы изменяем компоненту с самым большим изменением так, чтобы условие rx + ry + rz = 0
было верным. Например, если изменение
y
abs(ry-y)
больше abs(rx-x)
и abs(rz-z)
, то мы изменяем его на ry = -rx-rz
. Это гарантирует нам, что rx + ry + rz = 0
. Вот алгоритм:
function cube_round(h):
var rx = round(h.x)
var ry = round(h.y)
var rz = round(h.z)
var x_diff = abs(rx - h.x)
var y_diff = abs(ry - h.y)
var z_diff = abs(rz - h.z)
if x_diff > y_diff and x_diff > z_diff:
rx = -ry-rz
else if y_diff > z_diff:
ry = -rx-rz
else:
rz = -rx-ry
return Cube(rx, ry, rz)
Для некубических координат проще всего будет преобразовать их в кубические координаты, воспользоваться алгоритмом округления, а затем преобразовать обратно:
function hex_round(h):
return cube_to_hex(cube_round(hex_to_cube(h)))
Примечание о реализации:
cube_round
и
hex_round
получают координаты в float, а не в int. Если вы написали классы
Cube
и
Hex
, они будут отлично работать в языках с динамической типизацией, в которых можно передавать числа с плавающей запятой вместо целых, и в языках со статической типизацией с унифицированным типом чисел. Однако в большинстве языков со статической типизацией нужен будет отдельный тип class/struct для координат float и
cube_round
будет иметь тип
FloatCube → Cube
. Если вам также нужна
hex_round
, она будет
FloatHex → Hex
, использующей вспомогательную функцию
floatcube_to_floathex
вместо
cube_to_hex
. В языках с параметризированными типами (C++, Haskell и т.д.) можно определить Cube, где T является int или float. Или же можно написать
cube_round
для получения трёх чисел с плавающей точкой в качестве входных данных вместо определения нового типа только для этой функции.
Хранение карт в осевых координатах
Чаще всего осевая система координат вызывает жалобы потому, что приводит к ненужному расходованию пространства при использовании прямоугольных карт. Это одна из причин в пользу системы координат смещения. Однако все системы координат шестиугольников приводят к расходу пространства при использовании треугольных или шестиугольных карт. Мы можем использовать одну стратегию для хранения всех этих типов карт.
Прямоугольная карта
Треугольная карта
Шестиугольная карта
Ромбовидная карта
Заметьте на схеме, что неиспользуемое пространство находится справа и слева от каждой строки (за исключением ромбовидных карт). Это даёт нам три варианта стратегий хранения карты:
- Игнорировать проблему. Использовать сплошной массив с нулями или другими индикаторами неиспользуемого пространства. Для этих стандартных форм карт неиспользуемое пространство может занимать максимум половину массива. Возможно, использование более сложных решений нерационально.
- Использовать вместо сплошного массива хеш-таблицу. Это позволяет использовать карты произвольной формы, в том числе и с отверстиями.
Когда нужно получить доступ к шестиугольнику в
q,r
мы вместо этого получаем доступ кhash_table(hash(q,r))
. Инкапсулируем её в геттер/сеттер в классе сетки, чтобы остальная часть игры не должна была знать о ней. - Сместить строки влево и использовать строки с переменным размером. Во многих языках двухмерный массив является массивом массивов. Массивы необязательно должны быть одной длины. Это позволяет избавиться от неиспользуемого пространства справа. Кроме того, если начинать массивы с самого левого столбца вместо 0, то удалится неиспользуемое пространство слева.
Чтобы применить эту стратегию в произвольных выпуклых картах, необходимо хранить дополнительный массив «первых столбцов». Когда нужно получить доступ к шестиугольнику в
q,r
, мы вместо этого получаем доступ кarray[r][q - first_column[r]]
. Инкапсулируем его в геттер/сеттер в классе сетки, чтобы остальная часть игры не должна была знать о нём. На съемеfirst_column
показан в левой части каждой строки.Если карты имеют фиксированные формы, то «первые столбцы» можно вычислять «на лету», а не хранить их в массиве.
- Для прямоугольных карт
first_column[r] == -floor(r/2)
. В результате мы получаем доступ кarray[r][q + r/2]
, что оказывается аналогом преобразования координат в координаты смещения сетки. - Для треугольных карт, как здесь показано,
first_column[r] == 0
, поэтому мы получаем доступ кaccess array[r][q]
— очень удобно! Для треугольных карт, ориентированных по-другому (не показаны на схеме), это будетarray[r][q+r]
. - Для шестиугольных карт радиуса
N
, гдеN = max(abs(x), abs(y), abs(z)
, у нас получаетсяfirst_column[r] == -N - min(0, r)
. Мы получаем доступ кarray[r][q + N + min(0, r)]
. Однако так как мы начинаем с каких-то значенийr < 0
, нам также нужно сместить строку и использоватьarray[r + N][q + N + min(0, r)]
. - Для ромбовидных карт всё идеально совпадает, поэтому можно использовать массив
array[r][q]
.
- Для прямоугольных карт
Зацикленные карты
В некоторых играх требуется, чтобы карта «склеивалась» по краям. Квадратную карту можно обернуть только по оси x (что примерно соответствует сфере) или по обеим осям x и y (что примерно соответствует тору). Сворачивание зависит от формы карты, а не от формы её элементов. Сворачивание квадратной карты проще выполняется в координатах смещения. Я покажу, как выполняется сворачивание шестиугольной карты в кубических координатах.
Относительно центра карты существует шесть «зеркальных» центров. При выходе с карты мы вычитаем ближайший к нам зеркальный центр, пока снова не вернёмся на основную карту. На схеме [в оригинале статьи] попробуйте покинуть центральную карту, и понаблюдайте, как один из зеркальных центров входит в карту с противоположной стороны.
Простейшей реализацией будет предварительное вычисление ответов. Создаём таблицу подстановок, хранящую для каждого шестиугольника, выходящего с карты, соответствующий куб с другой стороны. Для каждого из шести зеркальных центров
M
и для каждого из положений на карте L
храним mirror_table[cube_add(M, L)] = L
. Каждый раз при вычислении шестиугольника, находящегося в таблице зеркал заменяем его неотзеркаленной версией.
На шестиугольной карте с радиусом N
зеркальные центры будут Cube(2*N+1, -N, -N-1)
и шестью его поворотами.
Поиск пути
При использовании поиска пути на графах, например алгоритма поиска A*, алгоритма Дейкстры или Флойда-Уоршелла поиск пути на сетках шестиугольников не отличается от поиска пути на сетках квадратов. Пояснения и код из моего
руководства по поиску путиприменимы и для сеток шестиугольников.
[В оригинале статьи пример интерактивен, нажатиями мыши можно добавлять и удалять стены]
- Соседи.
Пример кода, представленный в руководстве по поиску пути, вызывает для получения соседних с положением элементов
graph.neighbors
. Используйте для этого функцию в разделе «Соседние шестиугольники». Отфильтровывайте непроходимые соседние шестиугольники. - Heuristic. В примере кода алгоритма A* используется функция
heuristic
, получающая расстояние между двумя положениями. Используйте формулу расстояний, умноженную на затраты на передвижение. Например, если перемещение стоит 5 единиц на шестиугольник, то умножайте расстояние на 5.
Дополнительное чтение
У меня есть
руководство по реализации собственной библиотеки сеток шестиугольниковс примерами кода на C++, Java, C#, Javascript, Haxe и Python.
- В моём руководстве по сеткам я рассматриваю осевые системы координат и обработку граней и углов квадратов, треугольников и шестиугольников. Также я объясняю, как связаны сетки квадратов и шестиугольников.
- Лучшим ранним руководством, которое я видел, стало руководство Кларка Вербрюгге, написанное в 1996 году.
- Впервые я увидел кубическую систему координат в посте 1994 года Чарльза Фу в rec.games.programmer.
- В DevMag есть хороший визуальный обзор математики шестиугольников, включая способы представления площадей, таких как полуплоскости, треугольники и четырёхугольники. Существует версия в PDF, которая немного подробнее. Крайне рекомендуется к изучению! Библиотека GameLogic Grids реализует эти и многие другие типы сеток в Unity.
- У Джеймса Макнейла есть хорошее визуальное объяснение преобразований сеток.
- Обзор типов координат шестиугольников: ступенчатых (со смещением), чередуемых, трёхмерных (кубических) и трапецеидальных (осевых).
- Библиотека Rot.js содержит список систем координат шестиугольников: неортогональной (осевой), с нечётным сдвигом (со смещением), двойной ширины (чередуемой), кубической.
- Диапазон в кубических координатах: какие шестиугольники находятся на заданном расстоянии от заданного?
- Определение расстояний в сетках шестиугольников с помощью кубических координат и объяснение причин использования кубических координат вместо координат смещения.
- В этом руководстве объясняются основы измерения и отрисовки шестиугольников с помощью сетки смещения.
- Преобразование кубических координат шестиугольников в координаты пикселей.
- В этом посте объясняется, как генерировать кольца.
- В системе HexPart используются как шестиугольники, так и прямоугольники для упрощения работы с некоторыми алгоритмами.
- Есть ли плюсы и минусы у шестиугольников с плоским и острым верхом?
- Линия видимости в сетке шестиугольников с координатами смещения, разделение шестиугольников на треугольники. [Нерабочая ссылка]
- Hexnet объясняет, что соотношение между шестиугольниками и кубами намного глубже, чем я описал в этой статье, и обобщает связь до большего количества измерений.
- Я использовал PDF с сетками шестиугольников с этой страницы, когда работал над некоторыми алгоритмами.
- Обобщённая сбалансированная троичная система счисления для координат шестиугольников выглядит интересно; я пока не изучал её.
- Hex-Grid Utilities — это библиотека C# с открытым исходным кодом для математики сеток шестиугольников с определением соседних шестиугольников, сетками, поиском диапазонов и путей, областью видимости. Лицензия MIT.
- В обсуждениях на Reddit, Hacker News и MetaFilter есть больше комментариев и ссылок.
Код [оригинала] этой статьи написан на смеси
Haxeи Javascript:
Cube.hx,
Hex.hx,
Grid.hx,
ScreenCoordinate.hx,
ui.jsи
cubegrid.js(для анимации кубов/шестиугольников). Однако если вы хотите написать свою библиотеку сеток шестиугольников, то рекомендую вместо этого кода изучить
моё руководство по реализации.
Я хочу в дальнейшем расширять это руководство. У меня есть список на Trello.
Как нарисовать правильный 6 угольник. Правильный шестиугольник и его свойства. Последние штрихи и узор
Построение вписанного в окружность правильного шестиугольника.
Построение шестиугольника основано на том, что сторона его равна радиусу описанной окружности. Поэтому для построения достаточно разделить окружность на шесть равных частей и соединить найденные точки между собой (фиг. 60, а).
Правильный шестиугольник можно построить, пользуясь рейсшиной и угольником 30X60°. Для выполнения этого построения принимаем горизонтальный диаметр окружности за биссектрису углов 1 и 4 (фиг. 60, б), строим стороны 1 -6, 4-3, 4-5 и 7-2, после чего проводим стороны 5-6 и 3-2.
Построение вписанного в окружность равностороннего треугольника . Вершины такого треугольника можно построить с помощью циркуля и угольника с углами в 30 и 60° или только одного циркуля.
Рассмотрим два способа построения вписанного в окружность равностороннего треугольника.
Первый способ (фиг. 61,a) основан на том, что все три угла треугольника 7, 2, 3 содержат по 60°, а вертикальная прямая, проведённая через точку 7, является одновременно высотой и биссектрисой угла 1. Так как угол 0-1-2 равен 30°, то для нахождения стороны
1-2 достаточно построить по точке 1 и стороне 0-1 угол в 30°. Для этого устанавливаем рейсшину и угольник так, как это показано на фигуре, проводим линию 1-2, которая будет одной из сторон искомого треугольника. Чтобы построить сторону 2-3, устанавливаем рейсшину в положение, показанное штриховыми линиями, и через точку 2 проводим прямую, которая определит третью вершину треугольника.
Второй способ основан на том, что,если построить правильный шестиугольник, вписанный в окружность, и затем соединить его вершины через одну, то получится равносторонний треугольник.
Для построения треугольника (фиг. 61, б) намечаем на диаметре вершину-точку 1 и проводим диаметральную линию 1-4. Далее из точки 4 радиусом, равным D/2, описываем дугу до пересечения с окружностью в точках 3 и 2. Полученные точки будут двумя другими вершинами искомого треугольника.
Построение квадрата, вписанного в окружность . Это построение можно выполнить при помощи угольника и циркуля.
Первый способ основан на том, что диагонали квадрата пересекаются в центре описанного круга и наклонены к его осям под углом 45°. Исходя из этого, устанавливаем рейсшину и угольник с углами 45° так, как это показано на фиг. 62, а, и отмечаем точки 1 и 3. Далее через эти точки проводим при помощи рейсшины горизонтальные стороны квадрата 4-1 и 3-2. Затем с помощью рейсшины по катету угольника проводим вертикальные стороны квадрата 1-2 и 4-3.
Второй способ основан на том, что вершины квадрата делят пополам дуги окружности, заключённые между концами диаметра (фиг. 62, б). Намечаем на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров точки А, В и С и из них радиусом у описываем дуги до взаимного их пересечения.
Далее через точки пересечения дуг проводим вспомогательные прямые, отмеченные на фигуре сплошными линиями. Точки их пересечения с окружностью определят вершины 1 и 3; 4 и 2. Полученные таким образом вершины искомого квадрата соединяем последовательно между собою.
Построение вписанного в окружность правильного пятиугольника.
Чтобы вписать в окружность правильный пятиугольник (фиг. 63), производим следующие построения.
Намечаем на окружности точку 1 и принимаем её за одну из вершин пятиугольника. Делим отрезок АО пополам. Для этого радиусом АО из точки А описываем дугу до пересечения с окружностью в точках M и В. Соединив эти точки прямой, получим точку К, которую соединяем затем с точкой 1. Радиусом, равным отрезку A7, описываем из точки К дугу до пересечения с диаметральной линией АО в точке H. Соединив точку 1 с точкой H, получим сторону пятиугольника. Затем раствором циркуля, равным отрезку 1H, описав дугу из вершины 1 до пересечения с окружностью, найдём вершины 2 и 5. Сделав тем же раствором циркуля засечки из вершин 2 и 5, получим остальные вершины 3 и 4. Найденные точки последовательно соединяем между собой.
Построение правильного пятиугольника по данной его стороне.
Для построения правильного пятиугольника по данной его стороне (фиг. 64) делим отрезок AB на шесть равных частей. Из точек А и В радиусом AB описываем дуги, пересечение которых даст точку К. Через эту точку и деление 3 на прямой AB проводим вертикальную прямую.
Получим точку 1-вершину пятиугольника. Затем радиусом, равным АВ, из точки 1 описываем дугу до пересечения с дугами, ранее проведёнными из точек А и В. Точки пересечения дуг определяют вершины пятиугольника 2 и 5. Найденные вершины соединяем последовательно между собой.
Построение вписанного в окружность правильного семиугольника.
Пусть дана окружность диаметра D; нужно вписать в неё правильный семиугольник (фиг. 65). Делим вертикальный диаметр окружности на семь равных частей. Из точки 7 радиусом, равным диаметру окружности D, описываем дугу до пересечения с продолжением горизонтального диаметра в точке F. Точку F назовём полюсом многоугольника. Приняв точку VII за одну из вершин семиугольника, проводим из полюса F через чётные деления вертикального диаметра лучи, пересечение которых с окружностью определят вершины VI, V и IV семиугольника. Для получения вершин / — // — /// из точек IV, V и VI проводим до пересечения с окружностью горизонтальные прямые. Найденные вершины соединяем последовательно между собой. Семиугольник может быть построен путём проведения лучей из полюса F и через нечётные деления вертикального диаметра.
Приведённый способ годен для построения правильных многоугольников с любым числом сторон.
Деление окружности на любое число равных частей можно производить также, пользуясь данными табл. 2, в которой приведены коэффициенты, дающие возможность определять размеры сторон правильных вписанных многоугольников.
Тему многоугольников проходят в школьной программе, но не уделяют ей достаточного внимания. А между тем она интересна, и особенно это касается правильного шестиугольника или гексагона — ведь эту форму имеют многие природные объекты. К ним относятся пчелиные соты и многое другое. Эта форма очень хорошо применяется на практике.
Определение и построение
Правильным шестиугольником называется плоскостная фигура, имеющая шесть равных по длине сторон и столько же равных углов.
Если вспомнить формулу суммы углов многоугольника
то получается, что в этой фигуре она равна 720°. Ну а поскольку все углы фигуры равны, нетрудно посчитать, что каждый из них равен 120°.
Начертить шестиугольник очень просто, для этого достаточно циркуля и линейки.
Пошаговая инструкция будет выглядеть так:
При желании можно обойтись и без линии, начертив пять равных по радиусу окружностей.
Полученная таким образом фигура будет правильным шестиугольником, и это можно доказать ниже.
Свойства простые и интересные
Чтобы понять свойства правильного шестиугольника, его имеет смысл разбить на шесть треугольников:
Это поможет в дальнейшем нагляднее отобразить его свойства, главные из которых:
- диаметр описанной окружности;
- диаметр вписанной окружности;
- площадь;
- периметр.
Описанная окружность и возможность построения
Вокруг гексагона можно описать окружность, и притом только одну. Поскольку фигура эта правильная, то можно поступить довольно просто: от двух соседних углов провести внутрь биссектрисы. Они пересекутся в точке О, и образуют вместе со стороной между ними треугольник.
Углы между стороной гексагона и биссектрисами будут по 60°, поэтому можно определенно сказать, что треугольник, к примеру, АОВ — равнобедренный. А поскольку третий угол тоже будет равен 60°, то он еще и равносторонний. Отсюда следует, что отрезки ОА и ОВ равны, значит, могут служить радиусом окружности.
После этого можно перейти к следующей стороне, и из угла при точке С тоже вывести биссектрису. Получится очередной равносторонний треугольник, причем сторона АВ будет общей сразу для двух, а ОС — очередным радиусом, через который идет та же окружность. Всего таких треугольников получится шесть, и у них будет общая вершина в точке О. Получается, что описать окружность будет можно, и она всего одна, а ее радиус равен стороне гексагона:
Именно поэтому и возможно построение этой фигуры с помощью циркуля и линейки.
Ну а площадь этой окружности будет стандартная:
Вписанная окружность
Центр описанной окружности совпадет с центром вписанной. Чтобы в этом убедиться, можно провести из точки О перпендикуляры к сторонам шестиугольника. Они будут являться высотами тех треугольников, из которых составлен гексагон. А в равнобедренном треугольнике высота является медианой по отношению к стороне, на которую она опирается. Таким образом, эта высота не что иное, как серединный перпендикуляр, являющийся радиусом вписанной окружности.
Высота равностороннего треугольника вычисляется просто:
h²=а²-(а/2)²= а²3/4, h=а(√3)/2
А поскольку R=a и r=h, то получается, что
r=R(√3)/2 .
Таким образом, вписанная окружность проходит через центры сторон правильного шестиугольника.
Ее площадь будет составлять:
S=3πa²/4 ,
то есть три четверти от описанной.
Периметр и площадь
С периметром все ясно, это сумма длин сторон:
P=6а , или P=6R
А вот площадь будет равна сумме всех шести треугольников, на которые можно разбить гексагон.
Поскольку площадь треугольника вычисляется как половина произведения основания на высоту, то:
S=6(а/2)(а(√3)/2)= 6а²(√3)/4=3а²(√3)/2 или
S=3R²(√3)/2
Желающим вычислять эту площадь через радиус вписанной окружности можно сделать и так:
S=3(2r/√3)²(√3)/2=r²(2√3)
Занимательные построения
В гексагон можно вписать треугольник, стороны которого будут соединять вершины через одну:
Всего их получится два, и их наложение друг на друга даст звезду Давида. Каждый из этих треугольников — равносторонний. В этом нетрудно убедиться. Если посмотреть на сторону АС, то она принадлежит сразу двум треугольникам — ВАС и АЕС. Если в первом из них АВ=ВС, а угол между ними 120°, то каждый из оставшихся будет 30°. Отсюда можно сделать закономерные выводы:
- Высота АВС из вершины В будет равна половине стороны шестиугольника, поскольку sin30°=1/2. Желающим убедиться в этом можно посоветовать пересчитать по теореме Пифагора, она здесь подходит как нельзя лучше.
- Сторона АС будет равна двум радиусам вписанной окружности, что опять-таки вычисляется по той же теореме. То есть АС=2(a(√3)/2)=а(√3).
- Треугольники АВС, СДЕ и АЕF равны по двум сторонам и углу между ними, и отсюда вытекает равенство сторон АС, СЕ и ЕА.
Пересекаясь друг с другом, треугольники образуют новый гексагон, и он тоже правильный. Доказывается это просто:
Таким образом, фигура отвечает признакам правильного шестиугольника — у нее шесть равных сторон и углов. Из равенства треугольников при вершинах легко вывести длину стороны нового гексагона:
d=а(√3)/3
Она же будет радиусом описанной вокруг него окружности. Радиус вписанной будет вдвое меньше стороны большого шестиугольника, что было доказано при рассмотрении треугольника АВС. Его высота составляет как раз половину стороны, следовательно, вторая половина — это радиус вписанной в маленький гексагон окружности:
r₂=а/2
S=(3(√3)/2)(а(√3)/3)²=а(√3)/2
Получается, что площадь гексагона внутри звезды Давида в три раза меньше, чем у большого, в который вписана звезда.
![]()
От теории к практике
Свойства шестиугольника очень активно используются как в природе, так и в различных областях деятельности человека. В первую очередь это касается болтов и гаек — шляпки первых и вторые представляют собой ничто иное, как правильный шестигранник, если не брать в расчет фаски. Размер гаечных ключей соответствует диаметру вписанной окружности — то есть расстоянию между противоположными гранями.
Нашла свое применение и гексагональная плитка. Она распространена куда меньше четырехугольной, но класть ее удобнее: в одной точке смыкаются три плитки, а не четыре. Композиции могут получаться очень интересные:
Выпускается и бетонная плитка для мощения.
Распространенность гексагона в природе объясняется просто. Таким образом, проще всего плотно уместить круги и шары на плоскости, если у них одинаковый диаметр. Из-за этого у пчелиных сот такая форма.
Правильный описанный треугольник строят следующим образом
(рисунок 38). Из центра заданной окружности радиуса R 1
проводят окружность радиусом R 2 = 2R 1
и делят ее на три равные части. Точки деления А, В, С
являются вершинами правильного треугольника, описанного около окружности радиуса R 1
.
Рисунок 38
Правильный описанный четырехугольник (квадрат) можно построить с помощью циркуля и линейки (рисунок 39). В заданной окружности проводят два взаимно перпендикулярных диаметра. Приняв точки пересечения диаметров с окружностью за центры, радиусом окружности R описывают дуги до взаимного их пересечения в точках А, В, С,D . Точки A , B , C , D и являются вершинами квадрата, описанного около данной окружности.
Рисунок 39
Для построения правильного описанного шестиугольника
необходимо вначале построить вершины описанного квадрата указанным выше способом (рисунок 40, а). Одновременно с определением вершин квадрата заданную окружность радиуса R
делят на шесть равных частей в точках 1, 2, 3, 4, 5, 6
и проводят вертикальные стороны квадрата. Проведя через точки деления окружности 2–5
и 3–6
прямые до пересечения их с вертикальными сторонами квадрата (рисунок 40, б), получают вершины А, В, D, Е
описанного правильного шестиугольника.
Рисунок 40
Остальные вершины C
и F
определяют с помощью дуги окружности радиуса OA
, которая проводится до пересечения ее с продолжением вертикального диаметра заданной окружности.
3 СОПРЯЖЕНИЯ
Есть ли поблизости от Вас карандаш? Взгляните-ка на его сечение — оно представляет собой правильный шестиугольник или, как его еще называют, гексагон. Такую форму имеет также сечение гайки, поле гексагональных шахмат, некоторых сложных молекул углерода (к примеру, графит), снежинка, пчелиные соты и другие объекты. Гигантский правильный шестиугольник был недавно обнаружен в Не кажется ли странным столь частое использование природой для своих творений конструкций именно этой формы? Давайте рассмотрим поподробнее.
Правильный шестиугольник представляет собой многоугольник с шестью одинаковыми сторонами и равными углами. Из школьного курса нам известно, что он обладает следующими свойствами:
- Длина его сторон соответствует радиусу описанной окружности. Из всех это свойство имеет лишь правильный шестиугольник.
- Углы равны между собой, и величина каждого составляет 120°.
- Периметр гексагона можно найти по формуле Р=6*R, если известен радиус описанной вокруг него окружности, или Р=4*√(3)*r, если окружность в него вписана. R и r — радиусы описанной и вписанной окружности.
- Площадь, которую занимает правильный шестиугольник, определяется следующим образом: S=(3*√(3)*R 2)/2. Если радиус неизвестен, вместо него подставляем длину одной из сторон — как известно, она соответствует длине радиуса описанной окружности.
У правильного шестиугольника есть одна интересная особенность, благодаря которой он получил в природе такое широкое распространение, — он способен заполнить любую поверхность плоскости без наложений и пробелов. Существует даже так называемая лемма Пала, согласно которой правильный гексагон, сторона которого равна 1/√(3), представляет собой универсальную покрышку, то есть может покрыть любое множество с диаметром в одну единицу.
Теперь рассмотрим построение правильного шестиугольника. Есть несколько способов, самый простой из которых предполагает использование циркуля, карандаша и линейки. Вначале рисуем циркулем произвольную окружность, затем в произвольном месте на этой окружности делаем точку. Не меняя раствора циркуля, ставим острие в эту точку, отмечаем на окружности следующую насечку, продолжаем так до тех пор, пока не получим все 6 точек. Теперь остается лишь соединить их между собой прямыми отрезками, и получится искомая фигура.
На практике бывают случаи, когда требуется нарисовать шестиугольник большого размера. Например, на двухуровневом гипсокартонном потолке, вокруг места крепления центральной люстры, нужно установить на нижнем уровне шесть небольших светильников. Циркуль таких размеров найти будет очень и очень сложно. Как поступить в этом случае? Как вообще нарисовать большую окружность? Очень просто. Нужно взять крепкую нить нужной длины и обвязать один из ее концов напротив карандаша. Теперь осталось лишь найти помощника, который бы прижал к потолку в нужной точке второй конец нити. Конечно, в этом случае возможны незначительные погрешности, но вряд ли они вообще будут заметны постороннему человеку.
Научимся изображать шестигранную призму в различных положениях.
Изучите различные способы построения правильного шестиугольника, сделайте рисунки шестиугольников, проверьте правильность их построения. На основе шестиугольников постройте шестигранные призмы.
Рассмотрите шестигранную призму на рис. 3.52 и ее ортогональные проекции на рис. 3.53. В основании шестигранной призмы (шестигранника) лежат правильные шестиугольники, боковые грани — одинаковые прямоугольники. Для того, чтобы правильно изобразить шестигранник в перспективе, необходимо сначала научиться грамотно изображать в перспективе его основание (рис. 3.54). В шестиугольнике на рис. 3.55 вершины обозначены цифрами от одного до шести. Если соединить точки 1 и 3, 4 и 6 вертикальными прямыми, можно заметить, что эти прямые вместе с точкой центра окружности делят диаметр 5 — 2 на четыре равных отрезка (эти отрезки обозначены дугами). Противоположные стороны шестиугольника параллельны друг другу и прямой, проходящей через его центр и соединяющей две вершины (например, стороны 6 — 1 и 4 — 3 параллельны прямой 5 — 2). Эти наблюдения помогут вам построить шестиугольник в перспективе, а также проверить правильность этого построения. Построить правильный шестиугольник по представлению можно двумя способами: на основе описанной окружности и на основе квадрата.
На основе описанной окружности. Рассмотрите рис. 3.56. Все вершины правильного шестиугольника принадлежат описанной окружности, радиус которой равен стороне шестиугольника.
Горизонтальный шестиугольник. Изобразите горизонтальный эллипс произвольного раскрытия, т. е. описанную окружность в перспективе. Теперь необходимо найти на ней шесть точек, являющихся вершинами шестиугольника. Проведите любой диаметр данной окружности через ее центр (рис. 3.57). Крайние точки диаметра — 5 и 2, лежащие на эллипсе, являются вершинами шестиугольника. Для нахождения остальных вершин необходимо разделить этот диаметр на четыре одинаковых отрезка. Диаметр уже разделен точкой центра окружности на два радиуса, остается разделить каждый радиус пополам. На перспективном рисунке все четыре отрезка равномерно сокращаются при удалении от зрителя (рис. 3.58). Теперь проведите через середины радиусов — точки А и В — прямые, перпендикулярные прямой 5 — 2. Найти их направление можно при помощи касательных к эллипсу в точках 5 и 2 (рис. 3.59). Эти касательные будут перпендикулярны диаметру 5 — 2, а прямые, проведенные через точки А и В параллельно этим касательным, будут также перпендикулярны прямой 5 — 2. Обозначьте точки, полученные на пересечении этих прямых с эллипсом, как 1, 3, 4, 6 (рис. 3.60). Соедините все шесть вершин прямыми линиями (рис. 3.61).
Проверьте правильность вашего построения разными способами. Если построение верно, то линии, соединяющие противоположные вершины шестиугольника, пересекаются в центре окружности (рис. 3.62), а противоположные стороны шестиугольника параллельны соответствующим диаметрам (рис. 3.63). Еще один способ проверки показан на рис. 3.64.
Вертикальный шестиугольник. В таком шестиугольнике прямые, соединяющие точки 7 и 3, б и 4, а также касательные к описанной окружности в точках 5 и 2, имеют вертикальное направление и сохраняют его на перспективном рисунке. Таким образом, проведя две вертикальные касательные к эллипсу, найдем точки 5 и 2 (точки касания). Соедините их прямой линией, а затем разделите полученный диаметр 5 — 2 на 4 равных отрезка, учитывая их перспективные сокращения (рис. 3.65). Проведите вертикальные прямые через точки А и Б, а на их пересечении с эллипсом найдите точки 1,3,6л4. Затем последовательно соедините точки 1 — 6 прямыми (рис. 3.66). Правильность построения шестиугольника проверьте аналогично предыдущему примеру.
Описанный способ построения шестиугольника позволяет получить эту фигуру на основе окружности, изобразить которую в перспективе проще, чем квадрат заданных пропорций. Поэтому данный способ построения шестиугольника представляется наиболее точным и универсальным. Способ построения на основе квадрата позволяет легко изобразить шестигранник в том случае, когда на рисунке уже есть куб, иными словами, когда пропорции квадрата и направление его сторон определены.
На основе квадрата. Рассмотрите рис. 3.67. Вписанный в квадрат шестиугольник по горизонтальному направлению 5 — 2 равен стороне квадрата, а по вертикали — меньше ее длины.
Вертикальный шестиугольник. Нарисуйте вертикальный квадрат в перспективе. Проведите через пересечение диагоналей прямую, параллельную его горизонтальным сторонам. Разделите полученный отрезок 5 — 2 на четыре равные части и проведите через точки А и В вертикальные прямые (рис. 3.68). Линии, ограничивающие шестиугольник сверху и снизу, не совпадают со сторонами квадрата. Изобразите их на некотором расстоянии (1114 а) от горизонтальных сторон квадрата и параллельно им. Соединив найденные таким образом точки 1 и 3 с точкой 2, а точки 6 и 4 — с точкой 5, получим шестиугольник (рис. 3.69).
Горизонтальный шестиугольник строится в той же последовательности (рис. 3.70 и 3.71).
Этот способ построения уместен только для шестиугольников с достаточным раскрытием. В случае, если раскрытие шестиугольника незначительно, лучше воспользоваться способом на основе описанной окружности. Для проверки шестиугольника, построенного через квадрат, можно использовать уже известные вам методы.
Кроме того существует еще один — описать вокруг полученного шестиугольника окружность (на вашем рисунке — эллипс). Все вершины шестиугольника должны принадлежать этому эллипсу.
Овладев навыками изображения шестиугольника, вы свободно перейдете к изображению шестигранной призмы. Внимательно рассмотрите схему на рис. 3.72, а также схемы построения шестигранных призм на основе описанной окружности (рис. 3.73; 3.74 и 3.75) и на основе квадрата (рис. 3.76; 3.77 и 3.78). Изобразите вертикальные и горизонтальные шестигранники различными способами. На рисунке вертикального шестигранника длинные стороны боковых граней будут параллельными друг другу вертикальными прямыми, а шестиугольник основания будет тем больше раскрыт, чем дальше он находится от линии горизонта. На рисунке горизонтального шестигранника длинные стороны боковых граней будут сходиться в точке схода на горизонте, а раскрытие шестиугольника основания будет тем больше, чем дальше от зрителя он находится. Изображая шестигранник, следите также за тем, чтобы параллельные грани обоих оснований сходились в перспективе (рис. 3.79; 3.80).
Архив Галактики
Геометрия и карандашное программирование
Блог тренера / 05.07.2016
Как учителю математики мне интересны те возможности, которые позволят опираться на геометрические понятия и использовать фигуры геометрии в качестве объектов для карандашного программирования, для рисования кодом в pencilcode. Только здесь привычные инструменты, такие, как линейка и циркуль, заменяются блочными операторами.
Кроме того, поскольку некоторое время назад увлеклась темой “переплетения” учебных предметов математики и искусства, нашла в этом новом для меня инструменте новые возможности для таких проектов. Таким образом получится “переплести” уже три разных школьных предмета, добавив к двум первым еще и информатику.
1. Рисование правильных многоугольников
Хорошо начать изучение “карандашной” программы с линейных алгоритмов и построить с помощью простых команд вперед-назад, влево-вправо геометрические фигуры с заданными линейными размерами и углами: квадрат, ромб, трапецию и т.д.. Отдельным комплексным заданием может быть практикум по созданию правильных многоугольников.
Квадрат
Треугольник
Пятиугольник
При создании пятиугольника понадобится вычислить угол поворота черепашки влево (или вправо). Для этого пригодится знание формулы суммы углов в правильном N-угольнике, расчет величины угла и понятие смежных углов.
Для закрепления темы хорошо также создать с помощью черепашки другие правильные многоугольники с целыми внутренними углами, по дороге выяснив, какие из них вы сможете построить таким “карандашом”.
2. Правильные многоугольники. Переход к циклам.
Для того, чтобы переход от первой темы был плавным, можно предложить ученикам оптимизировать (упростить, укоротить) код, использовавшийся в первом задании для построения правильных фигур. Тело цикла будет состоять из двух команд — движение вперед и поворот на один и тот же угол). Покажем на примере построения правильного шестиугольника.
Шестиугольник
Затем учащиеся оптимизируют с использованием блока “цикл” прежние свои построения правильных многоугольников, изменяя в них количество шагов и угол поворота черепашки.
Что нарисовать?
Задачи-вызовы
Предложите ученикам нарисовать с помощью циклов комбинации правильных многоугольников и, например, черепашек
Комбинация правильных треугольников
Черепашка
Или такие фигуры из правильных шестиугольников.
Соты
Поликуб
3. Квадратный узор. Вложенные циклы.
Все описанные в этом блоке образцы создаются на основе квадратной сетки и простых команд движения черепашки. Из понятий информатики используются циклы и вложенные циклы.
Рисуем окошко
Еще несколько задач-узоров для записи кода учениками. Можно предложить ученикам по этому принципу придумать и свои узоры.
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
4. Решетки на основе правильных многоугольников.
Решетки на основе квадрата
Здесь используются вложенные циклы и это хорошее упражнение на построение разных типов решеток: на основе правильного треугольника, квадрата, пяти- и шестиугольника. В качестве базового можно дать решетку на основе квадрата и предложить ученикам изменить ее в другие типы решеток.
Эффект спирографа
Использовав базовый образец и меняя в нем параметры, можно получить красивые фигуры. Отдельный разговор может состояться о количестве шагов в цикле и его связи с другими параметрами — углами поворота и длинами сторон фигуры.
Фигура 1
6. Рисование дугами
Эту тему тоже хорошо дать в виде индивидуальных проектов. Причем, можно не тратить время на теоретическое изучение команд, а предложить ученикам разобраться с этим простым шаблоном и на его основе создать свой узор дугами. Выкладываю с кодом
Розетка с 6 лепестками
Витраж 1
Витраж 2
Витраж 3
Может, кто-то из читателей попробует что-то создать?
Что рисовать? Вот примеры шаблонов:
Шаблоны для индивидуальных проектов можно найти, рассматривая витражи готических соборов. Для готики характерны многоцветные витражные окна:
В заключение немного современных принтов:
Flower Extract Art Print by Akamundo Рисунок в посте STEAM-проект: задачи на картинах
Результат в pencilcode: Akamundo
Честно говоря, за решение подобной задачи можно смело ставить пятерку по геометрии (в тему углы и окружности).
Полезные ссылки
Видео. Рисование правильных многоугольников, поворот на угол, рисование дуг в pencilcode
Рисование линий в pencilcode
Идей для «рисования» геометрических фигур с помощью «карандаша» может быть очень много. Они находятся, в том числе, и по этому списку ссылок:
Ссылки по теме:
Оригинальный материал: Geometric Design: The Basics
Перевод на русский язык:
Геометрия как искусство (инструменты)
Геометрия как искусство (часть вторая)
Геометрия как искусство: 4 и 8 (часть третья)
Идеи для выполнения проектов в Pencilcode
STEAM-проект: задачи на картинах
Идеи в духе STEAM: геометрический конструктор на основе рисунков Google
Посты по теме *Появляются по мере публикации
Карандашное программирование. Начало
Карандашное программирование: смайломания
Карандашное программирование: чужой код для решения своей задачи…
Карандашное программирование: циклы
Геометрия и карандашное программирование
Карандашное программирование: холст как координатная плоскость
Карандашное программирование: рисуем пейзажи масштабированием
Карандашное программирование: четыре черепашки и симметричный дизайн
Карандашное программирование: несколько черепашек и поворотная симметрия
Карандашное программирование: черепашка рисует паркеты и мозаики
Карандашное программирование: черепашка и оптические иллюзии
О творческих домашних заданиях, или Могут ли все ученики быть успешными?
Программирование для воссоздания картин: математика и искусство вместе
В начале была цифра?
Пляшущие черепашки
Искусство создания снежинки, или Как скоротать зиму. ..
Карандашное программирование: паркеты и жывёлы
Карандашное программирование: рекурсия
Ёлка в коде. МК
Ёлка в коде. Этап 2. Шарики цветные
Прекрасная геометрия на бумаге и не только…
STEAM
pencilcode
блочное программирование
искусство
математика
программирование
проект
симметрия
Что насчет пчел и шестиугольников? : Чудеса Крулвича … : NPR
Решено! Жужжащая пчела, лизающая мед 2000-летняя загадка, которая начинается здесь, с этого улья. Посмотрите на соты на фото и спросите себя: (Я знаю, вы всю жизнь задавались этим вопросом, но стеснялись спросить вслух…) Почему каждая ячейка в этих сотах представляет собой шестиугольник?
В конце концов, пчелы могут строить соты из прямоугольников, квадратов или треугольников. ..
Но почему-то пчелы выбирают шестиугольники. Всегда шестиугольников.
И не только шестиугольник. Им нравятся «идеальные» шестиугольники, то есть все шесть сторон равны и имеют одинаковую длину. Они выбирают ювелирную версию — точную, именно так. Почему?
Ну, это очень старый вопрос. Более 2000 лет назад, в 36 г. до н.э., римский солдат, ученый и писатель Марк Теренций Варрон предложил ответ, который с тех пор называется «гипотезой медоносной пчелы».» Варрон подумал, что может быть глубокая причина такого поведения пчел. Может быть, соты, построенные из шестиугольников, могут вместить больше меда. Может быть, шестиугольники требуют меньше строительного воска. Может быть, здесь есть скрытая логика.
, хаос повседневной жизни, могут быть элегантные причины того, что мы видим. «Гипотеза медоносной пчелы» является примером математики, раскрывающей тайну природы, поэтому здесь, с помощью физика/писателя Алана Лайтмана (который недавно написал об этом в журнале Orion) — это догадка Варрона.
Основные соты
Мы все знаем, что в сотах хранится мед. Мед, безусловно, ценен для пчел. Кормит их детенышей. Он поддерживает улей. Это делает воск, который скрепляет соты. Требуются тысячи и тысячи пчело-часов, десятки тысяч полетов по лугу, чтобы собрать нектар с цветка за цветком и за цветком, поэтому разумно предположить, что в улье пчелам нужна плотная, надежная структура для хранения, максимально просто построить.
Итак, как его построить? Ну, предположим, вы начинаете свои соты с такой ячейки… совершенно случайной формы, без равных сторон, просто загогулина…
Если вы начнете таким образом, как будет выглядеть ваша следующая ячейка? Ну, вам не нужны большие промежутки между ячейками. Вы хотите, чтобы структура была плотной. Так что следующую ячейку придется настраивать, чтобы цеплялась за первую, вот так…
И опять же, третья камера должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать первым двум. Каждая ячейка будет немного отличаться, а это значит, говорит Алан Лайтман…
… такой метод построения сот потребует, чтобы рабочие пчелы работали последовательно, по одной, сначала делая одну ячейку, затем подгонка следующей ячейки к этой и так далее.
Но это не лучший путь. «Посмотрите на любую версию YouTube о пчелах, строящих соты, — говорит Алан, — и вы не увидите множества пчел, слоняющихся без дела в ожидании своей очереди, чтобы построить соту».Вместо этого все работают. Они делают это коллективно, одновременно и постоянно.
Таким образом, план с волнистыми ячейками создает праздных пчел. Это пустая трата времени. Чтобы пчелы собирали соты так, как это делают пчелы на самом деле, проще, чтобы каждая ячейка была абсолютно одинаковой. Если все стороны равны — «идеально» шестиугольные — каждая ячейка плотно прилегает к каждой другой ячейке. Каждый может принять участие. Таким образом, соты — это, по сути, простая головоломка. Все детали подходят.
Хорошо, это объясняет, почему сотовые ячейки имеют одинаковый размер.Но вернемся к нашему первому вопросу: почему предпочтение отдается шестиугольникам? Есть ли что-то особенное в шестигранной форме?
Некоторые фигуры, о которых вы сразу узнаете, не очень хороши. Соты, построенные из сфер, будут иметь небольшие промежутки между каждым элементом …
… создание зазоров, для заполнения которых потребуется дополнительный воск. Итак, вы понимаете, почему соты, построенные из сфер, не были бы идеальными. Пятиугольники, восьмиугольники также производят зазоры. Что лучше?
«Это математическая истина, — пишет Лайтман, — что есть только три геометрические фигуры с равными сторонами, которые могут совмещаться на плоской поверхности, не оставляя зазоров: равносторонние треугольники, квадраты и шестиугольники.»
Так что же выбрать? Треугольник? Квадрат? Или шестигранник? Какой из них лучше? Вот где наш римлянин Марк Теренций Варрон внес свой большой вклад. Его «гипотеза» — а это была математическая догадка — предполагала, что структура, построенная из шестиугольников, вероятно, немного компактнее, чем структура, построенная из квадратов или треугольников. Он думал, что шестиугольные соты будут иметь «наименьший общий периметр». Он не мог доказать это математически, но он так думал.
Компактность имеет значение. Чем компактнее ваша структура, тем меньше воска вам потребуется для создания сот. Воск дорогой. Пчела должна потреблять около восьми унций меда, чтобы произвести одну унцию воска. Поэтому, если вы следите за своим счетом за воск, вам нужен самый компактный план здания, который вы можете найти.
И знаете что?
[Соты] абсолютно идеальны в плане экономии труда и воска.
Чарльз Дарвин
Через две тысячи тридцать пять лет после того, как Маркус Теренций Варрон выдвинул свою гипотезу, математик из Мичиганского университета Томас Хейлз разгадал загадку.Оказывается, Варрон был прав. Шестиугольная структура действительно компактнее. В 1999 году Хейлз представил математическое доказательство, подтверждающее это.
Как подозревали древние греки, как утверждал Варрон, как всегда думали любители пчел, как когда-то писал сам Чарльз Дарвин, соты — это шедевр инженерного искусства. Он «абсолютно идеален в плане экономии труда и воска».
Пчелы, надо полагать, пожали плечами. Как говорит Алан Лайтман: «Они всегда знали, что это правда».
Эссе Алана Лайтмана «Симметричная Вселенная», первоначально опубликованное в журнале Orion Magazine, будет включено в его новую книгу Случайная Вселенная: Мир, который, как вы думали, вы знали , который будет опубликован в начале следующего года.Я также рекомендую эссе Иварса Петерсона в журнале Science News, The Honeycomb Conjecture.
кодов для рисования сот · GitHub
кодов для рисования сот · GitHub
Мгновенно делитесь кодом, заметками и фрагментами.
коды для рисования сот
Этот файл содержит двунаправленный текст Unicode, который может быть интерпретирован или скомпилирован не так, как показано ниже.Для просмотра откройте файл в редакторе, который показывает скрытые символы Unicode. Узнайте больше о двунаправленных символах Unicodeимпортировать java.awt.* | |
класс Утилиты { | |
определение getGoodRenderingHints () { | |
def hints = новые RenderingHints(RenderingHints.![]() |
|
hints.put(RenderingHints.KEY_RENDERING, RenderingHints.VALUE_RENDER_QUALITY) | |
подсказки | |
} | |
по умолчанию outputAsPNG (по умолчанию bimg, по умолчанию вне файла) { | |
def out = новый FileOutputStream(outfile) | |
новый javax.imageio.ImageIO().write(bimg,»png»,out) | |
выход.закрыть() | |
} | |
по определению createImage(Размер размера){ | |
новый java.![]() |
|
} | |
} | |
абстрактный класс AbstractHoneycombDiagram { | |
размер по умолчанию | |
защитный внешний файл | |
def AbstractHoneycombDiagram (размер размера, def outfile) { | |
это.![]() |
|
этот.выходящий файл = исходящий файл | |
} | |
определение прямоугольника (ячейка определения) { | |
def cu = новый org.notehub.ntwo.painter.TextBoxLocationCalcUtil2 (ячейка) | |
def padding = новые вставки (-2,5,-2,5) | |
по умолчанию = орг.notehub.ntwo.painter.TextBoxLocationCalcUtil2.padding(cu.rectangle, padding) | |
прямоугольный | |
} | |
по определению paintTextArea (по определению g2, по ячейке) { | |
g2.![]() |
|
} | |
определение paintText (определение g2, определение ячейки, определение текста) { | |
def tp = новая орг.notehub.awt.painter.TextPainter(текст) | |
tp.verticalAlignment = org.notehub.awt.painter.TextPainter.MIDDLE | |
tp.horizontalAlignment = org.notehub.awt.painter.TextPainter.CENTER | |
def rect = toRectangle (ячейка) | |
tp.![]() |
|
tp.size = новый размер ((int)rect.width, (int)rect.height) | |
тп.краска(г2) | |
} | |
абстрактное определение createHoneycomb() | |
дефгенерировать(){ | |
def u = новые утилиты () | |
// 1) | |
по определению bimg = u.![]() |
|
по умолчанию g2 = bimg.graphics | |
g2.renderingHints = u.goodRenderingHints | |
// 2) | |
g2.color = Цвет.БЕЛЫЙ | |
g2.fill( новый прямоугольник(0,0,(int)size.width,(int)size.высота) ) | |
// 3) | |
//def h = новый org.notehub.ntwo.painter.HoneycombOne() | |
определение ч = создать соты () | |
h.![]() |
|
час.getHexagonShapes().eachWithIndex{ форма, индекс-> | |
// 3-1) бордюр | |
g2.color = Цвет.ЧЕРНЫЙ | |
g2.draw(форма) | |
// 3-2) закрасить текстовую область | |
г2.цвет = новый цвет (0xEE, 0xEE, 0xEE) | |
paintTextArea(g2, shape.hexagonCell) | |
// 3-3) нарисуйте текст | |
g2.![]() |
|
paintText( g2, shape.hexagonCell, «${index}) Привет» ) | |
} | |
г2.распоряжаться () | |
u.outputAsPNG (бимг, выходной файл) | |
} | |
} | |
класс HoneycombDiagramOne расширяет AbstractHoneycombDiagram{ | |
def HoneycombDiagramOne (размер размера, def outfile) { | |
супер(размер,выходной файл) | |
} | |
деф createHoneycomb(){ | |
новая орг.![]() |
|
} | |
} | |
класс HoneycombDiagramTwo расширяет AbstractHoneycombDiagram{ | |
def HoneycombDiagramTwo (размер размера, def outfile) { | |
супер(размер,выходной файл) | |
} | |
деф createHoneycomb(){ | |
новая орг.notehub.ntwo.painter.HoneycombTwo() | |
} | |
} | |
x = новый HoneycombDiagramOne (новое измерение (300 300), новый файл (‘one.![]() |
|
x.генерировать() | |
x = new HoneycombDiagramTwo (новое измерение (720 600), новый файл (‘two.png’)) ) | |
x.генерировать() | |
Создание бесшовного сотового рисунка в Photoshop
Обновлено в августе 2017 г. для Adobe Photoshop CC.
Есть много способов сделать бесшовный узор в виде сот в Photoshop, и сегодня я покажу вам свою любимую технику. Как только вы поймете метод, используемый в этом уроке, вы сможете экспериментировать с разными размерами и даже другими формами, такими как треугольники.
Посмотреть обучающее видео на YouTube
Недавно я открыл новый канал на YouTube, на котором я покажу вам, как использовать Photoshop и Illustrator для создания бесшовных узоров и графики для вашего блога, бизнеса или социальных сетей.Пожалуйста, подпишитесь на канал Elan Creative Co, если хотите видеть больше видеоуроков.
Я новичок в этом деле и очень нервничаю, так что извините за мои ошибки ?
Вот как сделать бесшовный узор в виде сот в Photoshop. Прокрутите вниз для письменного учебника.
Как сделать бесшовный сотовый узор в Photoshop
Для начала откройте новый документ и выберите нужный размер и разрешение. Я использую холст размером 800 x 800 пикселей с плотностью 72 ppi. Я собираюсь начать с прозрачного фона, но вы также можете использовать белый фон и удалить его позже. Я использую прозрачный фон, потому что хочу иметь возможность перекрашивать рисунок.
Установите цвет переднего плана на черный или ваш любимый цвет и создайте шестиугольник с помощью инструмента Polygon Tool . Убедитесь, что Стороны установлены на 6.
Создайте два новых шестиугольника, дублируя исходный многоугольник и выровняв их с первым шестиугольником. Оставьте зазор между ними.Вы можете оставить столько места, сколько хотите, просто убедитесь, что промежутки одинакового размера.
Совет: Включите Smart Guides , выбрав View > Show > Smart Guides . Это поможет вам выровнять фигуры.
Дублируйте первые два слоя и поместите их поверх первых трех шестиугольников.
Дублируйте два шестиугольника сверху и переместите их под три шестиугольника.
Вот как будут выглядеть ваши соты:
С помощью Move Tool выберите три шестиугольника, которые находятся посередине, и слегка переместите их вверх и вниз, влево и вправо, пока они не будут отцентрированы. Розовые интеллектуальные направляющие появятся на экране, когда они будут центрированы.
Теперь, когда у нас есть соты из семи шестиугольников, нам нужно их обрезать. Чтобы помочь вам сделать это, включите линейки из View > Rulers (Ctrl + R). Также убедитесь, что установлен флажок View > Snap (Ctrl + Shift + ; ).
Вам нужно будет добавить две горизонтальные линейки и две вертикальные линейки.
Выберите шестиугольник слева от верхнего ряда (номер 1 на изображении).Нажмите на верхнюю линейку и перетащите направляющую, пока она не достигнет середины шестиугольника. Вы почувствуете, как он встанет на место, когда он окажется посередине.
Сделайте то же самое для шестиугольника номер 2.
Выберите шестиугольник с номером 3 на изображении выше и перетащите вертикальную направляющую с линейки слева. Вы почувствуете, как он встанет на место, когда он окажется в центре шестиугольника.
Сделайте то же самое для шестиугольника номер 4.
Теперь мы обрежем сотовый узор.Используйте инструмент Crop Tool , чтобы выбрать область внутри направляющих.
Нажмите кнопку проверки в правом верхнем углу экрана, чтобы сохранить изменения.
Чтобы сохранить бесшовный сотовый узор, выберите Правка > Определить узор .
Как сделать шестиугольный фон
Мы собираемся использовать бесшовный шестиугольный узор и создать фон для вашей графики.
Создайте новый холст и выберите нужный размер.Используя Fill Tool , перекрасьте фоновый слой.
Создайте новый слой и перейдите к Edit > Fill и выберите сотовый узор из выпадающего списка.
Давайте изменим цвет сотового рисунка. Создайте новый слой поверх слоя с узором и измените его цвет с помощью инструмента «Заливка» .
Используйте обтравочную маску, чтобы изменить цвет шестиугольника. Убедитесь, что выбран слой сплошного цвета, и перейдите в Слой > Создать обтравочную маску (Alt + Ctrl + D).
Если вы хотите раскрасить только несколько шестиугольников, как я сделал на показанном изображении, вы можете сделать это с помощью инструмента «Заливка» и щелкнуть каждый шестиугольник, который вы хотите перекрасить. Убедитесь, что вы делаете это на исходном фоне шестиугольника, а обтравочная маска скрыта.
Вот и все! Теперь у вас есть сотовый узор, который вы можете использовать в качестве фона для своего веб-сайта или в своих проектах.
Было ли это руководство полезным? Узнайте, как сделать больше бесшовных узоров здесь.
Ведущие компании Avion Alloys, AirMetals, Southern Tool Steel, Coast-Line International – Cleveland Sports Zone
Глобальная индустрия гибких сот: значительный среднегодовой рост в течение 2022–2027 годов
Новый исследовательский отчет о рынке гибких сот, который охватывает обзор рынка, будущее экономическое воздействие, конкуренцию производителей, анализ предложения (производства) и потребления
Узнайте о влиянии COVID-19 на рынок гибких сот с нашими аналитиками, отслеживающими ситуацию по всему миру. Запросить сейчас
Отчет об исследовании рынка глобальной отрасли гибких сот обеспечивает всестороннее исследование различных технологий и материалов, используемых при производстве рыночных продуктов гибких сот. Начиная с анализа отраслевой цепочки и заканчивая анализом структуры затрат, отчет анализирует множество аспектов, включая сегменты производства и конечного использования рыночных продуктов Гибкие соты. В отчете подробно описаны последние тенденции в фармацевтической промышленности, чтобы оценить их влияние на производство рыночных продуктов «Гибкие соты».
С раскрытием нынешних рыночных стандартов отчет об исследовании рынка гибких сот также непредвзято иллюстрирует последние стратегические разработки и модели участников рынка. Отчет служит предполагаемым деловым документом, который может помочь покупателям на мировом рынке спланировать свой следующий курс в отношении положения рынка в будущем.
Получить образец этого отчета @ https://www. marketresearchupdate.com/sample/361763
Ведущими ключевыми игроками на рынке гибких сот являются –
Avion Alloys, AirMetals, Southern Tool Steel, Coast-Line International, Prime Laminating, ThomasNet, The Gill Corp, Pacific Marine System
Типы изделий:
Металл
Пластик
На основании применения:
Химическая промышленность
Энергетика
Региональный анализ рынка гибких сот
Северная Америка (США, Канада и Мексика)
Европа (Германия, Франция, Великобритания, Россия и Италия)
Азиатско-Тихоокеанский регион , Корея (Китай, Корея, Индия и Юго-Восточная Азия)
Южная Америка (Бразилия, Аргентина, Колумбия и т. д.)
Ближний Восток и Африка (Саудовская Аравия, ОАЭ, Египет, Нигерия и Южная Африка)
Получите скидку на отчет Flexible Honeycomb @ https://www. marketresearchupdate.com/discount/361763
- В этом отчете описаны различные сценарии развития рынка в целом и представлена дорожная карта того, как продукты Flexible Honeycomb заняли свое место на этом быстро меняющемся рынке. Участники отрасли могут изменить свои стратегии и подходы, изучив прогноз размера рынка, упомянутый в этом отчете.Были выявлены прибыльные торговые площадки для рынка гибких сот, которые могут повлиять на стратегии глобального расширения ведущих организаций. Тем не менее, каждый производитель был подробно описан в этом исследовательском отчете. В главе «Анализ факторов влияния на рынок гибких сот»
- особое внимание уделяется технологическому прогрессу / риску, угрозе замещения, потребительским потребностям / изменениям предпочтений клиентов, технологическому прогрессу в смежной отрасли и экономическим / политическим изменениям окружающей среды, которые привлекают факторы роста рынка.
- В исследовании указаны самые быстрорастущие и самые медленно растущие сегменты рынка, что дает важную информацию о каждом ключевом элементе рынка.
Игроки нового рынка начинают свою торговлю и ускоряют переход на рынок гибких сот. Прогнозируется, что деятельность по слияниям и поглощениям изменит рыночный ландшафт этой отрасли.
Этот отчет поставляется вместе с дополнительным набором таблиц данных Excel, в которых содержатся количественные данные из всех числовых прогнозов, представленных в отчете.
Что входит в предложение: В отчете содержится подробная информация об использовании и внедрении Flexible Honeycomb Industries в различных приложениях, типах и регионах/странах. Кроме того, ключевые заинтересованные стороны могут определить основные тенденции, инвестиции, движущие силы, инициативы вертикальных игроков, стремление правительства к принятию продукта в ближайшие годы, а также информацию о коммерческих продуктах, присутствующих на рынке.
Ссылка на полный отчет @ https://www.marketresearchupdate.com/industry-growth/flexible-сотовый отчет-2022-2027-361763
Наконец, исследование рынка гибких сотовых систем предоставляет важную информацию об основных проблемах, которые будут влиять на рост рынка. В отчете также содержится общая информация о бизнес-возможностях для ключевых заинтересованных сторон по расширению их бизнеса и получению доходов в конкретных вертикалях. Отчет поможет существующим или будущим компаниям на этом рынке изучить различные аспекты этой области, прежде чем инвестировать или расширять свой бизнес на рынке Гибкие сотовые телефоны.
Свяжитесь с нами:
[адрес электронной почты защищен]
Торт с пчелиной тематикой. Смотрите больше идей о пчелиных лепешках, b














