МАШИНОСТРОЕНИЕ Е. В. КОНОПАЦКИЙ И. Г. БАЛЮБА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (183) 2022 УДК 514.182.7:004.925.8 DOI: 10.25206/1813-8225-2022-183-5-9 Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка МОДЕЛИРОВАНИЕ ДУГИ ОБВОДА НА ОСНОВЕ КОНФИГУРАЦИИ ДЕЗАРГА Предложен новый геометрический алгоритм моделирования дуги обвода в виде кривой одного отношения на основе конфигурации Дезарга, параметризация которого выполнена с помощью математического аппарата «Точечное исчисление». Проведенный анализ показал, что полученная дуга обвода обладает интересными геометрическими свойствами, которые потенциально могут быть использованы для моделирования одномерных и многомерных обводов высокого порядка гладкости, что составляет перспективу дальнейших исследований. Представлено подробное описание процесса параметризации дуги обвода в точечном исчислении, исходя из предложенного геометрического алгоритма ее построения за исключением громоздких преобразований. Приведенные приемы параметризации геометрических объектов в точечном исчислении на основе простого отношения трех точек прямой, инвариантного относительно параллельного проецирования, могут быть использованы другими исследователями для решения широкого круга задач инженерной геометрии и компьютерной графики. Приведены примеры моделирования пространственных и плоских, замкнутых и незамкнутых дуг обвода, которые могут найти свое применение в качестве формообразующих элементов поверхностей технических форм. Ключевые слова: конфигурация Дезарга, дуга обвода, геометрический алгоритм, точечное исчисление, порядок гладкости, касательная. алгоритмы построения квадрики, заданной девятью точками [5]. Её применяют в области автоматизации процессов синтеза компьютерных программ для решения геометрических задач методами конструктивного моделирования [6] и для построения более сложных конфигураций на её основе [7, 8]. Имеются примеры практического использования конфигурации Дезарга в строительстве и архитектуре [9, 10]. Кроме того, теорема Дезарга нашла широкое применение в сфере образования [11–13]. Также конфигурацию Дезарга можно использовать для моделирования пространственных кривых и, в частности, дуг обвода. Моделирование дуги обвода на основе теоремы Дезарга. Дополним конфигурацию Дезарга (рис. 1) системой подвижных линий, формирующих пол- МАШИНОСТРОЕНИЕ Введение. Теорема Дезарга является одной из красивейших теорем проективной геометрии, которая наглядно раскрывает принцип двойственности прямых и точек. В соответствии с [1] теорема Дезарга гласит, что если в двух треугольниках прямые, соединяющие соответственные вершины, проходят через одну точку, то три точки пересечения соответственных сторон этих треугольников лежат на одной прямой, и наоборот. Теорема Дезарга используется для решения широкого круга задач проективной геометрии [2]. Она имеет несколько обобщений, примером которых служат работы [3, 4]. Её графической интерпретацией является конфигурация Дезарга (рис. 1), которая нашла широкое применение в теории геометрических построений. Например, с её помощью были получены графические 5 Преобразуем полученные соотношения, испольAP преобразования CQ BK BK PN PNпростого QJ TR TR зуя правила отношения AP t AP прямой CQ точечного tисчисления QJ CQ.[15, . BK PN QJ TR трёхtточек AC CB BD PQ QK TS 16]: МАШИНОСТРОЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (183) 2022 AC 6 CB BD AC QK PQ CB TS BD PQ QK TS t ACP CBQ CBQ BDK BDK PQN PQNACP QKJ QKJ TSR TSR t , , PQN QKJ TSR CBQ BDK ACP t t tдополнение 0;10;1 параметра где t t 1 1 t 1 t t 0;1 до t tt—t . 1. CB BD PQ об2QK TS ИспользуяAC О-теорему (теорему отношениях) AP CQ BK PN t 2tQJ TR t2 точечного частным ACP CBQ BAT BAT [15, ABT t CBQ исчисления ACP . 1t коCBQ BAT ABT 2 . 11 .2 . случаем ACP 16], ABT 2 t AC CBQ CB BDK BD PQ для QK TS , t t QKJ ACP PQN TSR торой является теорема Менелая, треугольника t 2 2 получим 2 ACB, рассечённого прямой PQT, следую2 2 2t 2 A T T Bt t ABt At Bt 2 T. TSR AtA2tQKJ ABT A CBQ t 2AP TT ABT CQ BK PN ACP PQN t 2 QJ , T TR щуюABT зависимость: . . 0 ; 1 t T 1 tB ttBDK 2t B 1. 2t tt 11 T B t 2t 2tT AP Рис. 1. Графическая интерпретация теоремы Дезарга CQ BK AC PN CB QJ BD TR PQ QK TS 2 2 2 2 2 t CQ tQJ t Dt AP PN TR 0;1 BK tC C t 2 Dt C t2tt1 . CBQ BAT . Dt 1 ABT . 2 . S t . S S ACP t 1 2 t CB CBQ BD BDK PQ TS TSR , 1 2PQN tQK QKJ 1 2t AC ACP t t2 2 . 2 ACP t21 ABTAt R определяем R CBQ A BAT T точку Отсюда T:TT R t2Bt . T TABT t t t R R T t St t R Tt St T t St ACP CBQ BDK PQN QKJ 2 1 2t TSR t , T tB 1 tt t T0;1 S T T S S 22 3 2 3 At 2 Bt 2 Bt 3t A 2T t Ct2t t Dt Bt 2C At 3 TR Bt.2t Ct 2tt2 Dt 3 AtA 2CQ t Dt AP BK PN ABT t t2 T3 . QJ Dt R112 . . t 0 ; 1 tRRSt Ct1Tt B . . t ABT ACP tCBQ BAT . t 1 2 t AC 1CB PQ QK TS 1 2t t 2 21t 2BD Ct 2 PN PN Dt 2 t 2 2 CBD, APS CQ CQ 2 CQ 2 AP PN AP Аналогичным образом 2tтреугольника 2 ..A 1tA ACP CBQ ABT tBAT Nиз tt Bt Bt T AP t. CQ NA AT 2PN t22C BK Bt2 At 2 2Ct t B t ttTR R QJ C t t AP CQ BK QJ TR 1CQ 2ttBDK . ABT CB T AP BK PN QJ TR ACP CB CBQ QKJ TSR ,N R PQN TPN tопределяем AC St t 2. S: PQ рассечённого прямой QKS, 2 точку t PQ CB PQ ttAC AC . . t 1TS B PQ t QK 2.t T SAC CB T BD CQ BK QJ AC CB BD PQ QK TS BD PQ 2 2CQ2QK 2 QJ 2 2 3BK TS CQ AC QJ T RCB 2t Dt 2Bt. C BK A Tt 2 R Dt tt3A t JCtt St 2 tt B2tB.A tt tDt . .t J Ct 2 2Bt t Dt T2 ABT CtJT2tC 0S;1tBt tCB 1BD Rt QK 2Dt CB BD QK CB t TBD S tQK . TCBQ B 1BDK 2tAP 2t PQN 1 t CQ ACP 3 QKJ , BK PN 1Ct 22 ttQKJ 3 ACP BDK 2t PQN ,,TSR ACP CBQ CBQ BDK PQN QKJ TSR TSR t 2 A t Bt Dt t N T2 TR S p J2 T q J T AP CQ J JBK PN QJ tN T CB q J TBD J ,T, S . tT p J tAC , pCQ SAP TT PQ JC J . ABT PN Dt 1q t ACP R t N SCBQ t N At 2t 2 .2(1): 1из 2tсоотношения TS Ct t Bt 2 . BAT T .R0 Рис. 2. Геометрическая схема моделирования R определим AC CB Точку BD PQ QK t ; 1 1 t R Tt St 2PQ t CB tt 11JQ tJQ JR 100;1t;1JR t AC t t t JR JQ дуги обвода T S q J PN BDK PQN Q CQ 3CBQ qBK 2 2q p t2 2 22 BtACP p Jp J AP 2 J T CQ QJ 3tN J AA 2 tJ t 2Bt NR A t SQ на основе конфигурации Дезарга t t 2 C NR 22 NR SQ SQ T R A t Bt t C t t Dt t J C t 2 B t t Dt 2. . t . T ACP ACP CBQ BDKABT AC PQN QKJ TSR , t t CB PQ 2 t R T t St R . ABT CB BD ACP QK t11BAT 1 2.t t 2 . TTBAT B CBQ ACPCBQ CBQ ABT ABT t 1 222t. BAT NBK N S QJ 1 1 M 1St t 1 2t 3 N t2 1 t 0;1 MM CQ SS 3 2 2 t J C t 2p tJ Bt t T C t Dt 2Bt2t Dt2 . 2qtPN JCt 2SBD Dt TA NCQ J 2 T , 2 t 1 t t 0;1 CB QK AP 2 R . 2 2 2 tPN AtNTR Btt 2 2Ct t Bt 2 . AP CQ BK QJ 1TT A Bt A At t Bt t j T pS jtqqA p j.AtqtqT AP BK PN T t2p 1T j ABT qQJ TR pj ..ACBQ q. 1 pABT ..ACP ABT 2tpCQ j CB j j j t j 11 222j B t2PQ q PQ 2t j BAT 1 qABT TAC JR j1TS JQ q AC CB BD QK 1 2 T B t t J S T p N T q T , 1 2 T B t t j AC CB BD PQ TS Jq J QK j 0 0 . p J .PN J AP 0 0 . 1 ACP CBQ BAT ABT 0 0 . CQ BK QJ CQ 2 2 2 T 22из R SQ Исходя геометрической схемы 2 t 2NR 2 Jq 2jCCt2)t 2текуtAj t t (рис. t2C p 2 t1 R Dt TJR t St N p t Bt2B. t t Dt2 . p j q j j qj C t Dt 0 0 C t Dt t JQ CB BD QK AC CB PQ A T t A t . S 0 0 1 0 0 1 ACP CBQ BDK BDK PQN QKJ TSRБезье , 2-го щие Sточки J описывают дуги кривой SиCBQ .2.1q S ACP QKJ TSR t2 PQN pTJ N ABT t , 2 T J 2 N 2 1 и CBD 11симплексах 22Sttt3A CQ 2Bt QJ 3 A A порядка T t 2 вM tBK t T 2B NR ABC соответственно. SQ 1 tq p q 2 Bt t C t t Dt j j p q . T ABT t J C t 2 B t j, Dt . J j S TNp J j .N . T q J tp T j 2 R M S соотношения (1), получим: 1 2 T Используя B t TTtM t M S N . S N . T R CB BD QK t 0 ; 1 1 t 2 2 2jtqR1 j01;p tN 1 tM pRR 1 Sttq q j 1p t j St p p Ct qj Dt . p j q j j j jt qTttq pTp T tT St Stj jS j j q jJR S q jj RR JQ T S 2 T S Ct 2 Dt 2 J S T p N T q T , J t2 3 p J 3 J0 PN . 2t AP CQ J 2 q0 t t.t Bt 21. . S 33 2BAT 221 N 33A ACP tq CBQ tC Bt t Dt ABT tt2Rt2NR Dt tttSQ ABT Q JC R pJjJA 2A q 1 BAT 2 .p q j tt p t1tj Bt ACP CBQ , j jC Jt2ttC Q J R t AtCB Q JDt 1 2t RBt 2 , .j p 2 t 1 q AC PQ R . R . q 0 0 1 j j p2tj R t ,t T2j tR1, q j , p j S Q JQ 2t 1, q j 1JR N t 1 2 t 1 2 0 0 . t R T t St S Q N R t S Q N R t q QJ CQ pBK 2 N 1Bt22 T 2 S T R 2p A TT M ttJtS A2tt22 p .Dt qj. J T CtA StJAP j NR q2BBt SQ A j t tj t R TtABT CQ PN 2 . 2 0CQ 2 T tN BD QK ABT AP APCB CQ PN tPN 2 22Ct A T S 2 t t3Bt . 2tt Ct 2t Dt 3 t q 12 B Bt t.Bt Bt 1B t20TtT2M 1pS tt1p N At tp2jN C.2t2tjtA t2t p M S2S t AC N 11 tjtq tttq 22.jC N q2j12 AM R .. N 2 . . S 2 3S CB j N j PQ 2M M N 1 2 j 2tDt PQ AC CB PQ 2 2 1 2 2 1 t t t q At 3 BtПереопределим tAC J Ct CB tS p q 2 2 2t j1 2t2t 1 1 2tCt 2 2tJq J 221точку tT, 1 2jt 2tплоскости jT N QJ T ptDt в 2N симплексе J R . CQ BK 0 0 . M S . 2 2 Ct3 QJ Dt CQ BK QJ . 2 22 J Ct 2S tSBK 2 . Dt t 2222.B. t t 2Dt p j .Dt q3 j SNT:1 CQ tQK pt q AP C B Dt JBt p 3t 2 Qt 2t 3 tC Cjtt3t 2 B Dt q J2jA Bt tJqJDt pCB q p 10C j j1 j t t3tRttjBt t, qCQ Ct t PN A tA tj 1 22tttj BD QK p 2 t 1 , q 0 1 JR . M CB BD JQ CB BD QK j j . t N At 2 M 2 . N R t2 j q2tQ AP CQ PN MpJ T RS2t 22 2 1 t J 2t 1 0 2 AC CB PQ 0 . 2 2 1 t t CNR tt Tt Bt . t TNSQ At St 2TR NSt pJ jR T , t p j qq jj J q N T ,TJq SSj TTTJJRSppJJQ NRp q AC CB PQ JJ p TT BK .QJ , JJqSt , 2 j TS, N t R CQ N 0S Q 0tt 2t 2t1 T11tM T .t 3 3 q qj QK t J Ct p p jBD CQ BK QJ M MS SAN 22t 1Ct 22N j CB 2tJR 2 23 j 32 t Bt Dt JQ J 2JR B t C 2tt t 2Dt t . 2t q1 JR At2t Bt JQ JQ R qJ1CDt tp tj .2). Рис. 3. Визуализация пространственной дуги обвода, j CB BD где QK ppJJ R pиJ qqtJJM 2t NR t. NR SQ 1112Sq(рис. N . 2J2tt NQ полученной на основе конфигурации Дезарга SQ SQ T p J t N T q J T , 3 p NR 2 3 p jM q j S A1t 2 .Jq JS R jBt t p j C 2 q p t t Dt jточку j 2 jобвода j Определим текущую дуги M как p t 1 , q , q 2 2 1 2 2 1 t t t t j j j . M qJ M J S T p J N AP T T , AP CQ PN 2 2 2 S N Q N.2 . этого R t 01 S tпрямых A t 2 и 2C CTJ. ttt Для Bt CQ PN 1A t M N 02t2N 11t результат пересечения SN M SS N 2 JR JQ N t 2 t Bt . 3 2 3 p Jq j t AC A CB PQ qJ t J Bt t Dt Jpj R PQ подвижный переменной 0p j CB 1Q2 t 2Ct tтреугольник JR0AC JQ сформируем . M 1 , q , NR SQ 2 1 t t t j CQ BK QJ p1BK 12Sttp q J ppj CQ j qqTJM, p M определяемый tQqq 1J qjдвижением j . Spq t22 . ный четырёхсторонник MNQJ в симплексеp J трёхCt 22 N2 2BBN t tR 2Dtточки jjj2QJ M j j 1 jj j NR SQ площади qqtjjt 2tDt 2 2tj 1. t 2J 2Cttq 01 .q CB BD BD QK QKpj t j 0 CB мерного пространства ABCD (рис. 2). по прямой SN с помощью параметра λ: , 1 M S N M S00 00 .. t 2t q1 3 N p2 ppq t.2 qq p 3j q j p Одним из способов построения дуг обвода M явS Nгде 1J M . Далее определим значение параметра j j S T p N T q T , j j . S N j j j j A t Bt t C t t Dt 1q JJ T , 2 2 N T 00 J 00 S 0 T p1021JJtM 1 2t 2t p1j q .j 1 p j q j 2t ляется использование кривых одного отношения λ, при котором площадь переменного t 2 2t 1треугольника p j 2выродится JR JQ p j q j 1 TJM p j будет qj p q J Q J R 3 t qj в прямую. p q [14], примерами которых могут служить кривые 3 2 2 равна нулю, и он JR j 0 0 j JQ Bt N.. , . AtqqM jNC p jppJ 2 1S,j tqN t t jj Dt q J t JM S M S J NR SQ . о qплощадях) Безье. Согласованное одним и тем же параметром В соответствии (теорема qN QсppS-теоремой S0M 0 2 p . p SQ jqR p tj j 0 qq2NR 0 1 jj j j j2t p j1 t j qj j p j [15], q j получим: движение точек обеспечивает наличие касательных точечного исчисления 0 0 1 M SSt 2tN N1 11 t M pj q в начальной и конечной точках дуги обвода. Исходя J Q M JJ S Q N Q R ttJ. R t M 2t2tJJ21,qR ppjjj p qp 22S2jttt ,,q q 1Q 11 q 2tj 2 2jt 1N,, R t , S p q N p из этого принимаем текущий параметр t в виде едиjj p q 1 j Qjj 1 p jj . q jj N N RR tt q j j j pSjS qQ MS N ного отношения соответствующих направленных q jj . 3 q2tj 0 Ct 2t 0Dt p j q j At3pj Bt 22tt 11 t02t 1 0 tt . pt q . отрезков (рис. 2): M ttM J R j . J Q M SS 2020 2St 22t112 2tN 1 N 2.. p jj pq j M 00 N 2t 1, q j J Q 22tt J22ttR11 t 2t22tt221 22tt 21t1 2t j 1 S Q N 2t 1, q j , AP CQ BK PN QJ TR p j qj 3 j 2 2 S 22A RSt 3 tppBt t . 33 N 2j2 t N 33 t t q j Dt . (1) Q C M A M Att M Bt Bt t pC Ctt tt Dt DtN . p q . . t tS AC CB BD PQ QK TS M .p j q j M S t 2t 1 N M p j qq2 j 2 j 2 2 t 2t 1 t22tt 2 22ttj 211t j 2t 1j 2 2 1 2 2t t t t . N 2 tM S 2 ACP CBQ BDK PQN QKJ TSR , Q J R R tt 2t 2t 1 2t JJ 2Q t 1 3 2 2 3 J , t At Bt t Ct t Dt ppjj S Q 22tt 11,, qq jj N R t ,M . S 3 Q N R t At 3 Bt 2t Ct 2t Dt 2t 2 2t 1 t 1 t t 0;1 . M 2t 2 2t M 1 S tt22tt 11 N tt . ACP CBQ BAT 1 ABT t2 . M S 2t22 2t 1 N 2t22 2t 1. 2t 2t 1 2t 2t 1 ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (183) 2022 AP CQ PN t N At 2 2Ct t Bt 2 . AC CB PQ J S T p N p j q j 1 pJ j q j T q J T , CQ BK QJ 2 qj 2 J JRt 0 C JQ t 2Bt t . Dt . 0 CB BD QK p q q p j j J 0 J 0p NR SQи q 1определим, Параметры исходя из инваJ jS T jp J N T q J T , риантных свойств трёх точек qj M M S простого N pj 1отношения S N . прямой относительно проецироваJR JQ p параллельного q p q j j j q j p ния: p j J q j SQ1 p jJ qNR j qj J Q R 0J t , 0 . p j M S 2 Nt 1, q j 1 pt j q j S Q N R 0 0 1 q 1 ppj q j уравнения где J, S, N, R p —j текущие которых t qj t 2jt 1 точки, qj j M S выше; M N02t 1. . были получены 2t 22St 1 0 N 2t 2 . p q p q qj j j точка, j которая j p j опреQ = (B – C)t + C — текущая 0 30 2 1 2 деляется из соотношения At Bt t C(1). t t Dt 3 M J Q 2 J. иRпреобразоваq j t , В результате, после подстановок pj 2t 2t2t1p,1j q j M S N S Q N R t . ний, получим: pj q j pj q j t 2t 1 t M S J 2 Q N 2 J R. t p j 2t 2t21t 1, 2 qtj 2t 1 , S Q N R t At 3 Bt 2t Ct 2t Dt 3 .t M После замены точек S и N определим искомое t22 t t2 12t 1 N . ABCD: M S дуги точечное уравнение обвода в симплексе 2 2 2t 2t 1 2t 2t 1 M At 3 Bt 2t Ct 2t Dt 3 . 2t 2 2t 1 (2) Рис. 4. Визуализация плоской дуги обвода, полученной на основе конфигурации Дезарга Или в координатной форме для трёхмерного пространства: x At 3 x Bt 2t x C t 2t x Dt 3 x M 2t 2 2t 1 3 y At y Bt 2t y C t 2t y Dt 3 . y M 2t 2 2t 1 z At 3 z Bt 2t z C t 2t z Dt 3 z M 2t 2 2t 1 МАШИНОСТРОЕНИЕ M полученной At 3 3Bt 2t 3Ct 2tобвода. Dt 3 Как видно Анализ дуги из уравнения (2), дуга обвода, полученная на основе t 3 параме x B tt x D t 3 конфигурации Дезарга, зависит толькоx Aот x M ABCD (и, тра t и точек трёхмерного симплекса 2t 2 соот2t 1 3 рассма3 3 ветственно, ихAкоординат), который можно y A t y B tt y D t 3 t Btt Dt M систему y M . тривать как двух скрещивающихся прямых 2t 2 2t 2 1 2t 2 2t 1 3 2 3 касательными AC являются дуги 3 и DB. x At Эти x прямые t t x t t x t 3 B C D z Atобвода z Bttяв z Dt обвода. этого, полученная дуга x M Исходя из 2t 2 2t 1 z M 2 2t 1 ляется пространственной кривой двоякой2t кривиз x t 3 x Bt 2t x C t 2t x Dt 3 y At 3 y Bt 2t y C t 2t y Dt 3 Визуализация xM A ны. полученной дуги представлена на . y M 2t 2 2t 1 t 3t1t Bt 2t Ct 2t 2t 2A12 рис. 3. 3 3 y At плоской y Bt 2t замкнутой y C t 2t y дуги Рис. 5. Визуализация обвода, 2 3 Dt Числитель z At 3 Mz Btточечного t z C t22tt2 z2 y M на . уравнения (2) является Dtt 1 2 полученной основе конфигурации Дезарга zM t t 2 2 1 2 симметричным похож на то2 2 x 2t 11 3tt иx очень 2t выражением A Bt t x C t t z At 3 z Bt 2t z C t 2t z Dt 3 x чечное уравнение дуги кривой Безье 3-го порядка M z 2 M 2t 3 за 2t исключением 1 2t 2 2t 1 двух M At 3 3Bt 2t 3Ct 2t Dt 2 2 y 1 3tt y равных t t y C t 3, t которые до 1 не содержит точек перегиба. Но если необхо коэффициентов, постоянных . 3 xAt 3 yM xBt 2t A x C t 2t 2 x DBt 33 2 3 M At 3 3плоскую с точкой Bt 2t 3Ctдугу t Dt x t x t t x Dt определяются биномом Ньютона. t t 2 2 1 A B x M димо смоделировать обвода 2 x t t 2 2 1 M 2 2 2 дуга и другие геомеПолученная t t 2 2 1 3 3t2t zкак z2 A 1обвода, t t z t t перегиба, то достаточно выбрать координаты точек C y tобъекты, y C t t2 y DBt 3 3 x A t 3 x B tt x D t 3 3 B t 3t параметризованные трические на основе tzMy в уравнении (2) таким образом, чтобы все точки y t y t t y t Dt y MAt3 ABt . x D 2t 2tA 1 B M проективной M . 2t 2 2t y1Mгеометрии, t 2 2t 1 алгоритмов демонстрирует принадлежали одной плоскости, но не 2совпада2t 2 32t 1 2 2t 2 2t 1 2 3 3 3 3 высокую точек. Напри- ли друг с другом, zустойчивость A zBtBtCz Cк t tсовпадению z t yнаправлены y B tt y D t 3 At а касательные Btt Dt At At D . zD At 3 z Btt z Dt 3 M yбыли . z Mв случае M 2 G совпадения 2 мер, точек C≡B получим плов разные стороны. 2t 4 2t z1M 2t 2t 1 2t 2 2t 1 2 t t 2 2 1 скую дугу обвода, визуализация которой приведена Совпадение начальной и конечной z Aточек t 3 z BtA≡D t z Dt 3 2 33 2 наM рис. M A4:t 3 3Bt t 23C2tt24t 2 4Dt даёт замкнутую дугу обвода (рис.z5): 2 dM t t t 3 2 1 2t 2t 1 A 1 3tt Bt t Ct t A 2 M 2 2dt t t 2 2 1 3 3 2t 2t 1 x A t x B tt x D t A 1 3tt Bt 2t Ct 2t t 3C t2t5t 2 2t22t 2t 1 M x A 1 3tt x2Bt 42tx4xM B 2t 2 2t 1 x M 3 23 2 3 32t 12 t 2 t t 2 2 1 y t y t t y t A t Bt t Dt B D x A 1 3tt x Bt 2t x C t 2t M y A . y 21423tt4tt 31y5Btt22t4tyMCt12t 22tt24 24tt 3 1 3t 2 x M . y M 2tA2t 2t 2 2t 1 C 3 D. 2t 2 2t 12 z At 2tz2 B tt 2t z D1t32 2t 2 2t 1 y 1 3tt y Bt 2t y C t 2t zzM t2t 2 z A 1 3tt z Bt 2t . y M A C t t 2 2 1 2t 2 2t 1 z M 2 2 2 1 t t dM dM 0 Ct 2t D B 0 z 1 3tt z Bt 2t z C t 2t 3C Adt1отметить, tt ABt2tчто zM A dt Следует полученная плоская дуга M 7 A B C 2Dt 2 2t 1 2t 2 2t 1 обвода на интервале изменения параметра t от 0 G . dx dM 2 2 4 M t x A1f A 3t,tB,Cx, D f x A , x B , x C , x D B t t x C t A BC D x M dt 4 G . 32 2t2 1 dt t 2 4 dM 2t 4t 3t 2 2t 1 2A 2y 1 3t2t 3 y t t2 y t t 3 t 4t 2t 6Bt1 2 C 4.t 6t 2 dt yM d MA 2 A B dM 2t 4 4t 3 3t 2 2t 1 3 2 22t 2 2t t2113 2 4 A dt 2 t 2 t 1 2t 24t 3 2 5 2 2t dt 2t 2 2t 12 z 1 3tt z t2 t zB t2t 2 B tt 2t3Dt Bt 3t M 3Ct A t t3Dt M CAt 3 3DBtM t 3A CM 3Bt 2t 3Ct 2t Dt 3 2t 2 2xt At13 x Btt x Dt 3 2t 2 2t 1 x 2 x A 1xAMt33tt x Bxt2Btt 2t xxD2Axtt3C3t 1 t x Btt x Dt 3 x At 3 x Btt x Dt 3 3 2 2 3 x x x M 22 3M M At 3Bt t 3Ct t DtAt 3 Btt Dt 3 M 1y1Btt 2ty2 Dt 32t x 1M 2t 2 2t 1 y M 2t yAt22tt M . 2 2 3 23 3 3 33 3 3 3 3 3 ttAyt Byt2Btt Bt t yy2ytначальt Dt 3 2At t 1 Btt ty= t t 1t y Btt y DtЕсли t13Dt дифференцировать точечное уравнение y0At3определяет Значение At Btt2xпараметра A y. At y B tt y D t 3 x t2ty x yBM y tDACDt A t M x2 M . 2. y . то получится интересная за3 M D M 22 3M M 2 2 дуги обвода (2) дальше, ную точку t zконечную At222ttt 1z12Bttt1 2t M дуги 2а1t t= tz Dt 2t 1 1 1 2— 2точку 2t обвода 12t 2 2t2tA, t t 2 2 1 M zдуга 2 дуги обвода D. При t = 13zAt33ttобвода zBztB2tt 2 t zzпроходит 2zAt3tCt3 21t z Btt кономерность. z D t 3 z A t 3 z B tt z D t 3 3 z0,5 A Dt y t y t t y t At 3 Btt через Dt 3 z z A BG z M D . порядков производных начальное Mтетраэдра z Для четных M центр тяжести ABCD: 2 2 2 M y M 2t 22tt 11 2t 2t 1M 2 t 1 2t 2 2значения 2t 2 2t 1 и конечное параметра t обеспечивают A 1 323t tt 22tBt21t C2t 2t 3 M xz AAt 3 2zx2 BBttt tz2 xDtC3t t 2 x t пары точек симплекса, умноженные на n, по ана2 D 1 2t tAA 2t B 3t1t C BtDt. CAt1t 3tt Bt 2t Ct 2t Axz1 3tt G Bt 2 Ct t M 2 M логии с дифференцированием 2-го порядка. А для M M t t 2 2 1 M t t 2 2 1 2 2 2 x C1t t 2t 2xA 21t 31tt 2xt4Bt t 2t 2t 2 2t 1 нечётных порядков производных формируется x M y At 3 y Bt 2t22 y C t 2t2 y Dt 32 ytMx2At1 знаменатель 2 tx At12tx t3ttt1(2). 3tt1t4x t 3 t.x3tAx2C1t22 C 3tt x2BdM точек, из которой можно выделить тоx Bt 2tкомбинация x C t 2t A 1 3tt BtИсследуем t 2 x2 M 2 C212t2 x4BMt2 уравнения 2t точечного xt M M A 2 2 y t t y t t y t 1 3 2 Дискриминант 2–2t2t + чечную формулу параллельного переноса, и тогда t t 2 2 1 квадратного уравнения 2t t t 2 2 1 2 A B C 3 2 2 3 t 2 1 2t 2t 1 .2t 1 2 y M z At z Bt dt t22 z C t t2 z2Dtt 2 2 также2 сформировать пару точек симплекса для со+1= 02zравен Это значит, что уравнение имеет t t 2 2 1 y t t y t t y t t 1 3 2–4. y t t y t y t 1 3 M y t t y t t y t t 1 3 A B C 2 4 x A 1 3t t t t y M 2tB 2t C212t C .y4tM23 5интервал t Ax C tA2 2t. 2 из-B гласования . yxMBtкомплексные со следующим сегментом обвода. Таким 2 только z2 ttt 1 z BtПоскольку z C2tt t 1 2 x M 2t t2 2 32корни. At1 2Bt 2t 1 t t 2 2 1 2 z образом, вырисовывается некий геометрический M мененияпараметра t лежит в пределах от 0 до 1, то 2 2 2 t t 2 2 1 2 2 2 2 22 z 1C2ztt C32ttt1t2 Dtz3Bt tнепрерывной. zz C1t t 3tt z t t z C t t 2 z 1 y tM t 323tt z3Btzобвода tt At 3 A A B y 1 3tвt его моделирования обводов высоких порядB t y C t tдуга z Mпределах ztM1 A 2t 4 24t 3 B 3t 2алгоритм 2 M2t4 4t 3 является 2 4 . y M A t 5 2t 2t 1уравнение t 1 точечное 2t (2) 2t 3 21ков 2D C3 D. гладкости, разработка которого является пер2t 2 Продифференцируем 2t 1 A B 2tC 2 2 t tx 1 x At x2Bttt2 2xt Dt 1 спективой дальнейших исследований. 2 2 G . 2 2 t: z A 1 3tпо t параметру zABttBzC t t C D 2 4 A B C D M A B 2t C 2Dt 1 z M Заключение. На основе конфигурации Дезар. G . 2G t 2 2t 1 4 G3 .dM 4 3 dM 3 4 3 2 yBB tt 0y Dt 3 га разработан новый геометрический алгоритм At Bt t Dt 0 2t y1At4D C A dM t t t 2 4 3 M y M . A 2 2 2t 2 24t2 4dt 23t 231tt2222t2t4t141t2 3 dt 4 t 13 2моделирования дуги обвода в виде кривой одного A BC D dt dM t t 3 2 1 dM t t 2 2t 1 dM t t 2 4 3 . 3 2 A dx A 3 t отношения, A который обладает интересными гео2 z tt z t z t 2 dM 2 4 2 4 3 2 A B D 2 M dt t t 2 2 1 dt z 2t4ft1A, B5,tC 2t2tdt t 2 , DM 2 f x A2 , xt B ,x2Ct, x Dметрическими 1 свойствами и в перспективе откры dt 2 2t 2t 1 B dt 2 3 4 возможности моделирования одномерных dM 2t 4 4t 3 3t 2 22tt4 1 4t 32t 25t222tt2t1 4t 5t 2t 2t 4 4t 3 5t 2 вает t 2 B 2 A 2 2 3 B2 24 B 2 4 41t2 62ttt2 21 4tt 32 2 t 62 t22t 12и многомерных обводов высокого порядка гладdt tC 41tBt ttt t 4At 3 3 2t 2 2t 2t1M 4tA23 t12 d5t3222M B кости. C D . 3 3 22 2 2 2 2 4 3 42 2 3 4 2 2t411t322t52ttt241244ttt 2t 4 4t23t 45t42t 32t52tt22 2 t 24t23 t4t31t12 CD. 2t 4Вместе t42ttdt 2 3t4 4t 3 3сt тем, tt 2t21t5 22tt11 C C 3 B 2 D. предложенный геометрический ал2 D. 3 2 22 2 2 2 2 2 2 22 2 2 xt1Btt t2t6 34tt 2t212 2 tx C1t2tt2 4t2t2t12 t 6 t t 2 2 1 горитм не является единственно возможным. Пер21t x2t 1x A 1 2t 2t dM 1 C D. 2t 2t 1 M dM 3 22 2t 1 3 t При значении = 0t 2 получим t 2 спективным направлением видится использование 4 3 2 4C A 3 0 параметра 22 D B 0 t 2 t 1 2 2 t 1 2t 4t 5t 4t 1 dt 2t dM 4t 3t dt 2dM dM t 2t dM dM C . dM конфигурации Дезарга для конструирования других t= 1y0B— 1C2 3ttDA 2 D B 0 B tt 0 yC 2 2 0 , yаA C A D при . ПроC . A 0 DB0 2t 2t 1 dt y2tM dt2t dt1 2t 2dx 2t dt геометрических объектов, обладающих наперёд заdt 1dt dM M f значения A, B, C , D параметра 2 f x At, xдают , x , x межуточные линейную данными свойствами. 2B C D dxzM z 1 3tt dtz Bt tdM M dM dt dM Ct t dM dx D0 A dx z,M C A 0 функцию BCисходных f MA, B x DM f x A , x B , x C , x D f D , A,Bот точек f ,xDA, x B , x , fxDAf,Bx,AC, ,xDB , xи 2, C C , их C 2t 2t 1dt dt dt dtdt d 2 M dt dt Библиографический список 4t 3 6dt tпокоординатного 2 4t 3 6t 2расчёта (для координат в случае A B 33 3 3 2 3 2 3 2 2 2 2 3 3 dx M D 41t4 t 6t6t 2 2BA 4t 1.6tГлаголев d M M dt 4t A2d6tB tM 2C 2t,x 14t 4t 6t 6 2ttd2То 2 2tесть M 2 f A, B, C , D x: A B G f x A3, x B 2, x3C2A D 2 . и т.д.). 2 на интерваB Н. А. Проективная геометрия. Москва: Выс33 3 dt 3 3 23 2 2 2 2 dt 4 dt 2dt 2t2 4t 2 2 t 2 t 1 2 t 2 t 1 dt 1 12 t кривая 26tt 2является tпараметра 12 1t 6t2t от4t20t до t 1 2 t 2 t 1 шая школа, 1963. 244 с. ле изменения 1 C 2 D. 3 3 3 3 3 2 3 А. А., Алексанян Г. А. Использование интер2 62 42 t13t 44t12 tt 12 12 12tt 22 66tt t 26Обратим t6 t2tчто 2dM 2t2 2 t2tt2 M 4t 3 6t гладкой 2 4t 3 4[17]. t 312 t6 44tt311 122.t 2Масалова 6t t 4 3 внимание, в обоих слуC D. 4t активной C D . A2 B2 2 D. 3 3 C A 3 3 3 3 2 2 3 3модели «Применение теоремы Дезарга к решению 2 2 2 2 2 2 dt 2 t 2 t 1 2 t 2 t 1 дифференцируемой 22tt 22tt 11 2tфункции t 2 2t1 2t 2t чаях 1 2значения t 2t dt 1 2t 1 опре- 2t 2t 1 задач проективной геометрии» // Прикладные вопросы точt = 0, D и B 4t 3 12t 2 6деляется t 4t 3 двумя 12t 2 точками 6t 2t 4 4t 3(A 5иt 2 C 2при ных наук: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. Армаt C D . t = 21), которые определяют касательные в на3 B 2 2 вир: Изд-во АГПУ, 2019. С. 317–320. 2t 2 2t 13при 2 t 2 t 1 t t 2 2 1 чальной и конечной точках дуги обвода. Поскольку 3. Пименов Р. Р. Обобщения теоремы Дезарга: скрытые касательная, трёх 4t и 1простое 2t 4 так 4t 3 же 5t 2как 2t 4 отношение 4t 3 3t 2 пространства // Вестник Сыктывкарского университета. Се C D . 2 точек прямой, обладает 2t 2 2t 12 инвариантными 2t 2 2t свойствами 1 рия 1: Математика. Механика. Информатика. 2016. № 1 (21). относительно параллельного проецирования, то все С. 44–57. дифференциальные свойства кривой в начальной dM dM 4. Пименов Р. Р. Обобщения теоремы Дезарга: геометрия C A 0 D B 0 и конечной в случае проецироdt точках сохраняются dt перпендикулярного // Вестник Сыктывкарского университевания полученной дуги обвода на любую плоскость. та. Серия 1: Математика. Механика. Информатика. 2016. № 1 Определим вторую dxпроизводную точечного dM M (21). С. 28–43. f A, B, C , D f x A , x B , x C , x D уравнения по параметру t: dt дуги обвода (2)dt 3 2 2 3 ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (183) 2022 A d M 4t 6t 2 4t 6t 2 A B dt 2 2t 2 2t 13 2t 2 2t 13 2 МАШИНОСТРОЕНИЕ zM 8 3 3 4t 3 12t 2 6t 2t 2t 1 2 3 C 4t 3 12t 2 6t 2t 2t 1 2 3 D. При значении параметра t = 0 получим d2 M d2 M d2 M d2 M = 2 B 2 A 20 , а 2при 2C — 2D 20 2C 2D 0 . B 2 t2A 10 dt 2 dt dt dt По аналогии с определением первой производной точечного уравнения (2) при начальном и конечном значениях текущего параметра t значения дифференцируемой функции определяются двумя точками. Только эти точки умножены на некоторое число n, в данном случае равное 2. Эти пары точек однозначно определяют прямые линии, которые можно использовать для стыковки дуг обвода по 2-му порядку гладкости. Таким образом, используя полученные линейные зависимости, можно согласовать координаты точек предыдущей и последующей дуги обвода, добившись 2-го порядка гладкости. 5. Короткий В. А. Графические алгоритмы построения квадрики, заданной девятью точками // Геометрия и графика. 2019. Т. 7, № 2. С. 3–12. DOI: 10.12737/article_5d 2c1502670779.58031440. 6. Волошинов Д. В. Применение методов конструктивной геометрии для визуального синтеза и анализа компьютерных программ // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2006. № 3 (45). С. 65–78. 7. Иващенко А. В., Знаменская Е. П. Построение сложных конфигураций на основе конфигурации Дезарга // Перспективы науки. 2018. № 3 (102). С. 43–48. 8. Иващенко А. В., Знаменская Е. П. Варианты последовательностей построения конфигурации Дезарга // Вестник МГСУ. 2016. № 9. С. 130–139. DOI: 10.22227/19970935.2016.9.130-139. 9. Иващенко А. В., Знаменская Е. П. Геометрические конфигурации, используемые в металлоконструкциях в строительстве // Перспективы науки. 2019. № 1 (112). С. 43–49. 10. Иващенко А. В., Знаменская Е. П. Конфигурация Дезарга в архитектурном и дизайн-проектировании // Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 154–160. КОНОПАЦКИЙ Евгений Викторович, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры специализированных информационных технологий и систем Донбасской национальной академии строительства и архитектуры, г. Макеевка. SPIN-код: 4566-6208 AuthorID (РИНЦ): 681553 AuthorID (SCOPUS): 57188826034 ORCID: 0000-0003-4798-7458 ResearcherID: D-3235-2019 Адрес для переписки: [email protected] БАЛЮБА Иван Григорьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры специализированных информационных технологий и систем Донбасской национальной академии строительства и архитектуры, г. Макеевка. AuthorID (SCOPUS): 57215326314 ORCID: 0000-0002-8248-1797 Адрес для переписки: [email protected] ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (183) 2022 11. Малинникова Н. А., Коробкова В. И. Приложение теоремы Дезарга к школьному курсу геометрии // Психология и педагогика: методика и проблемы практического применения. 2015. № 46. С. 89–94. 12. Торопова О. И. Формирование исследовательской компетенции обучающихся при решении задач по геометрии с помощью теоремы Дезарга // Бакалавр. 2018. № 1-2 (37-38). С. 18–21. 13. Бернацкий П. Н. Применение теоремы Дезарга для построений на плоскости в школьном курсе геометрии // Державинский форум. 2021. Т. 5. № 18. С. 94–104. 14. Балюба И. Г., Конопацкий Е. В. Конструирование дуг обвода из кривых одного отношения // GraphiCon 2017: тр. 27-й Междунар. конф. по компьютерной графике и машинному зрению (Пермь, 24–28 сентября 2017 г.). Пермь: Издат. центр ПГНИУ, 2017. С. 332–334. 15. Балюба И. Г., Конопацкий Е. В., Бумага А. И. Точечное исчисление. Макеевка: Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, 2020. 244 с. 16. Балюба И. Г., Конопацкий Е. В. Точечное исчисление. Историческая справка и основополагающие определения // Физико-техническая информатика (CPT2020): материалы 8-ой Междунар. конф. (Пущино, Московская обл., 09–13 ноября 2020 г.). Нижний Новгород: Научно-исследовательский центр физико-технической информатики, 2020. С. 321–327. DOI: 10.30987/conferencearticle_5fd755c0adb1d9.27038265. 17. Бугров Я. С., Никольский С. М. Высшая математика. В 3 т. Т. 2: Дифференциальное и интегральное исчисление / под ред. В. А. Садовничего. 6-е изд., стер. Москва: Дрофа, 2004. 512 c. Для цитирования Конопацкий Е. В., Балюба И. Г. Моделирование дуги обвода на основе конфигурации Дезарга // Омский научный вестник. 2022. № 3 (183). С. 5–9. DOI: 10.25206/1813-8225-2022183-5-9. Статья поступила в редакцию 04.04.2022 г. © Е. В. Конопацкий, И. Г. Балюба МАШИНОСТРОЕНИЕ 9