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多圓柱相交的體積

多圓柱相交的體積

之前做兩圓柱相交的體積
https://math.pro/db/viewthread.php?tid=162&page=4#pid17835

最近在做三圓柱相交的體積,有問題想請各位網友提供意見
我參考這裡的資料
http://calculus.nctu.edu.tw/uplo ... ns_porj_cylind.html
在18.bmp的z=1x2 轉換成19.bmp的z=1(rcos)2 
要怎麼用動畫直觀表達出x=rcos

參考資料的圓柱坐標用(rz),wiki用的是(z)
https://zh.wikipedia.org/wiki/圓柱坐標系
大家覺得這個有需要改嗎?

107.4.6
目前沒有網友回應,先做成gif動畫
 16040101(rcos)2rdzdrd 
=160401rzz=0z=1(rcos)2drd 
=160401r1(rcos)2drd 
=1604cos(1(rcos)2)23r=1r=0d 
=16043cos21sin3d 
=316(tanseccos)=4=0
=316(3232) 
=1682 

附件

三圓柱相交的體積SketchUp檔.zip (398.17 KB)

2018-4-6 07:34, 下載次數: 12356

三圓柱相交的體積.gif (152.43 KB)

2018-4-6 08:07

三圓柱相交的體積.gif

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Moreton Moore在1974年發表一篇關於多圓柱相交的體積的論文,他設定圓柱的直徑為2(d=2)Sn代表n對稱圓柱相交的體積。
二圓柱相交的體積S2=32d3=316

三圓柱相交的體積S3=(22)d3=8(22) 
四圓柱相交的體積S4=232(23)d3=12(226) 

六圓柱相交的體積S6=32(3+2342)d3=316(3+2342) 



徒手畫四圓柱和六圓柱相交的圖形非常麻煩,要借助SketchUp的Ruby程式畫出圖形。

1.設定立方體8個頂點坐標為
(111)(111)(111)(111)
(111)(111)(111)(111)
立方體邊長2,中心為(000)

2.從立方體8個頂點對角兩兩連線形成四圓柱相交的模型
圓柱1:(111)(111)連線
圓柱2:(111)(111)連線
圓柱3:(111)(111)連線
圓柱4:(111)(111)連線

3.轉換成SketcuUp程式碼
ent=Sketchup.active_model.entities
center=[[-1,-1,-1],[1,-1,-1],[1,1,-1],[-1,1,-1]]
normal=[[2,2,2],[-2,2,2],[-2,-2,2],[2,-2,2]]
for i in 0..3
  circle=ent.add_circle center[ i ],normal[ i ],1,60
  circle_face=ent.add_face circle
  circle_face.pushpull 4
  ent.add_group circle_face.all_connected
end
程式碼解釋可以看底下參考資料的"當SketchUp遇見Ruby-邁向程式化建模之路"

4.將程式碼儲存成4intersection.rb,將檔案放到SketchUp目錄下
SketchUp2017
C:\Program Files\SketchUp\SketchUp 2017\ShippedExtensions
SketchUp 8
C:\Program Files (x86)\Google\Google SketchUp 8\Plugins

執行SketchUp可以看到四圓柱的模型,但要得到四圓柱交集後的結果,要另外安裝OScoolean plugins。

6.安裝OScoolean plugins
http://www.plotyuki.sakura.ne.jp ... =28&category=01下載OSCoolean_2013.zip
將解壓縮的檔案放到SketchUp目錄下
SketchUp2017
C:\Program Files\SketchUp\SketchUp 2017\ShippedExtensions
SketchUp 8
C:\Program Files (x86)\Google\Google SketchUp 8\Plugins

7.重新執行SketchUp,全選四個圓柱,按下滑鼠右鍵選"實心工具/交集",得到四圓柱交集後的模型。

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

取立方體12個邊中點對角兩兩連線形成六圓柱相交的圖形
圓柱1:(1,-1,0)(-1,1,0)連線
圓柱2:(-1,-1,0)(1,1,0)連線
圓柱3:(1,0,1)(-1,0,-1)連線
圓柱4:(-1,0,1)(1,0,-1)連線
圓柱5:(0,-1,1)(0,1,-1)連線
圓柱6:(0,-1,-1)(0,1,1)連線

轉換成SketcuUp程式碼
ent=Sketchup.active_model.entities
center=[[1,-1,0],[-1,-1,0],[1,0,1],[-1,0,1],[0,-1,1],[0,-1,-1]]
normal=[[-2,2,0],[2,2,0],[-2,0,-2],[2,0,-2],[0,2,-2],[0,2,2]]
for i in 0..5
  circle=ent.add_circle center[ i ],normal[ i ],1,60
  circle_face=ent.add_face circle
  circle_face.pushpull 3
  ent.add_group circle_face.all_connected
end
其餘部分就和前面相同
但交集後的模型在6條線的交點處會有折線或斷線,這是比較可惜的地方


參考資料
Moore, M. "Symmetrical Intersections of Right Circular Cylinders." Math. Gaz. 58, 181-185, 1974.
http://mathworld.wolfram.com/SteinmetzSolid.html
當SketchUp遇見Ruby-邁向程式化建模之路,https://books.google.com.tw/book ... e&q&f=false

附件

多圓柱相交的體積moore1974.pdf (253.67 KB)

2018-9-23 14:21, 下載次數: 12186

OSCoolean_2013.zip (25.87 KB)

2018-9-23 14:21, 下載次數: 9058

四圓柱相交的體積SketcuUp檔.zip (49.72 KB)

2018-9-23 14:21, 下載次數: 9026

四圓柱相交的體積.gif (17.53 KB)

2018-9-23 14:21

四圓柱相交的體積.gif

六圓柱相交的體積SketcuUp檔.zip (67.31 KB)

2018-9-23 14:21, 下載次數: 9132

六圓柱相交的體積.gif (20.11 KB)

2018-9-23 14:21

六圓柱相交的體積.gif

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利用牟合方蓋的結果,計算三圓柱相交的體積

另一種想法供參考:
利用對稱性,可將三圓柱相交的體積拆解為6塊局部的牟合方蓋,
再一一貼於某個正立方體的六個面上。

附件

牟合方蓋與牟合圓塊體積推導.pdf (350.22 KB)

2022-5-6 16:51, 下載次數: 5290

利用牟合方蓋計算三圓柱相交的體積

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