三視圖的歷史不止有拿破崙好友——蒙日

2020-12-05 數學原來如此

在法國的肖維巖洞(Grotte Chauvet),我們能看到一些由紅赭石和黑色顏料雕刻、繪製而成的石洞壁畫,壁畫略顯粗糙,但繪畫的馬、牛等動物形象依舊生動無比,這是人類最早的繪畫作品,也是人類用「圖形」來記事的早期記錄。

「圖形」是信息保存、傳播、互通的重要視覺語言,因其直觀、生動而深受人們喜愛。從古至今,大部分的畫作是基於藝術欣賞、文化品味。但也有另一類「畫家」作圖是基於對製造工藝的傳承。

我國明代著名科學家宋應星所著的《天工開物》,是世界上第一部關於農業和手工業生產的綜合性著作,是中國古代一部綜合性的科學技術著作。書中記載了許多的製造工藝及對應的工藝製圖,這些以「圖形」為基礎的畫作能清晰的呈現當時的製作工藝和流程,為我國最初的機械製造提供了可靠的依據,但書中依舊是繪製 「三維圖形」的模樣(局部),我們並不能據此觀察或推測出物體的原貌,因不夠嚴謹而具有一定的局限性。

該如何避免此類「三維圖形」所帶來的局限呢?其實在早些時候的西方,就有畫家給出了解決方案。

1525年,與達文西等交好的德國人迪勒(Durer),在紐約堡出版了「Underweysung der Messung mit dem Zirckel und Richtscheyt」一書,運用互相垂直的三畫面(正交面)畫出了人腳、人頭的正投影圖和剖面圖。如下圖所示:

這是一個創造性的發現,相當於將人(或物體)放在一個長方體的空間裡,然後從三個方向(從前往後、從左往右、從上往下)來觀察並做正投影,這樣會得到三個視角的平面圖形,它能清晰的呈現出人(或物體)的結構。

17世紀末義大利人波茨措將其運用到建築設計中,所著《透視圖與建築》一書,介紹了先畫物體的二正投影圖,然後根據正投影圖畫透視圖的方法。但遺憾的是這樣的方法在16-18世紀的三百年間並沒有得到足夠的重視,也沒有歸納得到這樣的畫法的理論基礎,同時,人們更沒有認識到它在機械製造中的巨大作用。

機械製造在促進社會高速發展中發揮了不可替代的作用。給我們印象深刻的當屬18世紀中葉瓦特對蒸汽機的改進,這一系列技術革命引起了從手工勞動向機器生產的轉變。不過在開始的一段時間裡,機械製造及機械設計的保存、傳播是一件難度較大的工作。在沒有實物的前提下,如何根據設計師的要求生產出一件產品?或者如保存機械圖樣?亦或戰爭時期如何避免因破壞而導致的大量計算和複雜製圖? 都是大家需要面對的問題。

面對這樣一個世紀難題,法國著名數學家,拿破崙的忘年之交蒙日迎難而上,在前人的基礎上發現了「畫法幾何」,為機械製造做出巨大貢獻。

1799年,蒙日發表了他關於畫法幾何的巨著《畫法幾何》,該書在「投影」的基礎上,用二維的平面圖形(「三視圖」)來表示通常三維空間中的立體和其他圖形。具體來說,作一個幾何體的「三視圖」,需要觀測者分別從幾何體的正面、左面、上面三個不同角度觀察,從正投影的角度來作圖。畫出的這三個圖形分別為:正視圖、側視圖、俯視圖。這與我們高中教材中的做法並無區別。

蒙日在《畫法幾何》一書中為「畫法幾何」奠定了足夠的理論基礎,避免了往常繁瑣的計劃和複雜的作圖。這樣的工作對機械製圖如此重要,以至於「畫法幾何」理論被法國作為軍事機密而隱藏了10多年,直到1794年才由蒙日在巴黎師範學院公開。此後的時間,機械圖樣中的圖形開始嚴格按照畫法幾何的投影理論繪製。並在機械製造中廣泛運用。

迪勒、波茨等人對「畫法幾何」貢獻很大,但是真正將其系統化、並廣為傳播的是法國著名幾何學家、拿破崙的忘年之交蒙日(Monge,1746~1818),蒙日用「投影」的觀點對前人的研究進行了整合,使用幾何分析找規律、成體系,使經驗上升為理論;同時使作圖方法也形成了體系,為機械製造提供了一個很好地「圖例」、以便輕鬆的還原出三維圖。因此,「沒有蒙日的畫法幾何學,19世紀機器的大規模的出現也許是不可能的。」

當然,到了科技高速發展、計算機高度普及的21世紀,人們已經很少使用手工繪製圖樣,代之的是計算機製圖,「程序」替代了「手工」,智能化、自動化佔領了我們的生活。但是基於「畫法幾何」的基本原理依舊沒有改變。「畫法幾何」在當今社會仍然影響著人們的生活。

註:本文部分圖文參考自網絡(維基百科等).

相關焦點

  • 《拿破崙王朝》:小說般輕鬆,歷史般深邃
    01說起拿破崙這個名字,人們往往會想到那位曾經稱霸歐洲的法蘭西皇帝,溫斯頓·邱吉爾曾這樣評價:拿破崙是自愷撒以來歐洲最偉大的實幹家。的確拿破崙.波拿巴,是世界歷史上最真實的英雄。然而,我們不應該把拿破崙與他的家族割裂開來,沒有波拿巴家族,就不會有拿破崙。反之亦然,沒有拿破崙,那波拿巴家族也不會有如今的地位。
  • 蒙日圓與圓錐曲線結合的小科普
    後臺有人提到蒙日圓,今天做一個小科普,可以當成一個圓錐曲線小題中可以直接拿來用的二級結論,這些不屬於高中階段的數學定義定理有餘力能掌握當然最好,不知道也無關緊要,蒙日圓的結論和一些推論只能用在特定的小題中,大題中不能使用,所以出題人也不至於會編一道用高等數學結論就可以秒解的題目,這樣沒什麼意義
  • 拿破崙最欣賞的數學家,師從拉格朗日,撕逼泊松,一生痴迷熱學最後卻死於熱學
    1795年,巴黎綜合工科學校成立,充滿數學才華的傅立葉被聘請為助教,協助拉格朗日(Lagrange)和蒙日(Monge,也是數學超級大牛),從事數學教學研究。,而這一次,蒙日選派傅立葉跟著拿破崙,陪同這些帝國皇帝進行數學物理的研究。
  • 三視圖的繪製步驟
    試畫底圖時,使用形體分析法,依次畫出各結構的投影,注意各結構的相鄰接觸關係;加深圖線時,按投影規律把三視圖作為一個整體來加深,表面一個視圖,一個視圖的加深圖線。底板和軸承沒有接觸關係,底板的結構是四稜柱,在邊緣有圓角,確定其大小需要四個尺寸。(3)支承板,如圖4所示,支承板和底板、軸承有連接關係,支撐板與底板是疊加,在前後方向的後端面平齊,左右方向對稱。支承板與軸承在高度方向是相切。支承板的結構是三稜柱,頂端與軸承相交以後,頂點消失,確定其大小只需要一個厚度尺寸。
  • 三視圖投影規律
    組合體的三視圖是向多面投影體系的投影面作正投射得到的一組圖形。如圖所示,其V面投影稱為主視圖,H面投影為俯視圖,W面投影為左視圖。
  • 詳解法國歷史:拿破崙波拿巴時代,帝國的建立
    1799年拿破崙發動霧月政變,奪得大權。至此,法國迎來了另一個時代法蘭西第一帝國。拿破崙帝國建立。他被稱為是歐洲的戰爭之神。也被視為法國大革命的捍衛者,還有人視他為革命成果的踐踏者,更有人將它視為歐洲人民的解放者和侵略者,他就是被後人爭議不斷崇拜不止的名人拿破崙波拿巴。
  • 誰毒死了拿破崙?他們為什麼要這麼做?真相居然和一張牆紙有關
    福舒夫伍德醫生在書中詳盡列舉了大量的證據,他認真研究了拿破崙的病歷,發現他有「心悸、身體雙肩和腰部劇痛、肝臟腫大、四肢無力、除了頭髮外全身毛髮脫落等」而這些症狀,明顯是慢性砷中毒的症狀。最終提出他自己的結論:拿破崙其實是被人用砒霜毒死的。歷史記載,拿破崙其實天性多疑,時刻對於別人保持高度的警惕。
  • 三視圖的還原技巧
    一首詩詮釋了我們要想認清事物的本質必須要從多個角度來觀察,三視圖正是為了解決這個問題而誕生的。(三視圖是觀察者分別從物體的正面,側面,上面三個角度來對物體進行正投影,在投影面上形成的三幅圖分別稱為正視圖、側視圖、俯視圖)本來三視圖的還原是一個非常簡單基礎的問題,但近幾年的高考中出現了頂點或稜朝下的幾何體(實際生活中這些幾何體是不能夠水平放置的)給出三視圖讓考生去還原,陡然增加了該知識點的難度。
  • 白天畫畫,法國最偉大的皇帝拿破崙.波拿巴畫像欣賞
    拿破崙·波拿巴(Napoléon Bonaparte,1769年8月15日-1821年5月5日),即拿破崙一世,出生於法國的科西嘉島,十九世紀法國偉大的軍事家、政治家,法蘭西第一帝國締造者,法蘭西第一共和國第一執政、法蘭西第一帝國皇帝。1804年11月6日,拿破崙加冕稱帝,把共和國變成帝國。
  • 三視圖之柱體表面積
    之前的試聽課程裡,立體幾何小題發過一個三視圖柱體表面積的,發過兩個外接球的,這節課是關於三視圖柱體表面積。
  • 初三數學知識點:三視圖定義與特點
    (1)三視圖:是指觀測者從三個不同位置觀察同一個空間幾何體而畫出的圖形。   將人的視線規定為平行投影線,然後正對著物體看過去,將所見物體的輪廓用正投影法繪製出來該圖形稱為視圖。一個物體有六個視圖:從物體的前面向後面投射所得的視圖稱主視圖--能反映物體的前面形狀,從物體的上面向下面投射所得的視圖稱俯視圖--能反映物體的上面形狀,從物體的左面向右面投射所得的視圖稱左視圖--能反映物體的左面形狀,三視圖就是主視圖、俯視圖、左視圖的總稱。   (2)特點:一個視圖只能反映物體的一個方位的形狀,不能完整反映物體的結構形狀。
  • 初三數學知識點:幾何體的三視圖畫法
    畫圖方法:   畫一個幾何體的三視圖時,要從三個方面觀察幾何體,具體畫法如下:   (1)確定主視圖的位置,畫出主視圖;   (2)在主視圖的正下方畫出俯視圖,注意與主視圖「長對正」;   (3)在主視圖的正右方畫出左視圖,注意與主視圖「高平齊」,與俯視圖「寬相等」。
  • 十大病態"名人器官"收藏:拿破崙命根子成傳家寶
    美國醫生萊蒂默的女兒埃文拿著裝有「拿破崙命根子」的小盒子 愛因斯坦的眼球、拿破崙的命根子、伽利略的手指、亞伯拉罕·林肯的頭骨碎片、愛迪生「最後的呼吸」……目前都是一些收藏家或博物館視如「奇珍」的收藏品,拿破崙命根子的「報價」已經高達10萬美元。美國歷史學家託尼·波羅泰特在其新書《拿破崙的私處:解開2500年歷史的拉鏈》中詳細披露了世界上10大最病態的「名人器官」收藏內幕。
  • 第五人格:哈姆雷特三視圖曝光,有一點驚喜,有一點很擔心!
    2020年的演繹之星時裝卻又是熟悉般的推遲到了年底才快要上線,今年的演繹之星又是全新的陣容,入殮師作為高人氣的角色,這次攜帶「哈姆雷特」作為首發上線,從剛一開始發布海報圖的時候,就有玩家擔心,這整體感覺看起來不錯,不過這特殊色系來說的話,確定不會很尷尬嗎?當時裝的三視圖曝光之後,這與海報的差距還是不少。
  • 在滑鐵盧追憶拿破崙
    在比利時滑鐵盧,這個當年拿破崙身敗名裂的地方,有一尊他的雕像。這尊雕像很小,或許是室外拿破崙雕像中最小的一尊,但瞅瞅拿破崙雙手抱胸、頭顱高昂而傲視群雄的姿態,哪有一星半點被打成「落水狗」的模樣?當時,率軍參戰的主角有三位。一位是法國皇帝拿破崙,一位是英國公爵威靈頓,另一位是普魯士元帥布呂歇爾。拿破崙是一方,威靈頓和布呂歇爾結盟構成另一方。全部參戰人馬30多萬。最後,拿破崙戰敗。歷史有時就像一個有趣的遊戲。如果把拿破崙、威靈頓和布呂歇爾分別調換成曹操、諸葛亮和周瑜,滑鐵盧之戰不就是活脫脫的赤壁之戰?
  • 《拿破崙大帝》
    在他的一生中,始終在學習管理人的方法,對於歷史上濫用權力的獨裁者,分析其中的弊病,取其精華棄其糟粕。 1. 拿破崙的第一個特點是他不斷提高自己的能力,不斷的獲得各種新知識。作為一個小青年,他是瘋狂的閱讀者,研究歷史,科學和哲學。
  • 機械識圖基礎(正投影與三視圖)
    用正投影法所繪製的圖形稱為正投影視圖:用正投影的方法所繪製的物體的圖形稱為視圖。基本視圖共有6個:分別是主視圖、俯視圖、左視圖、右視圖、仰視圖、後視圖。表達一個零件不需要6個視圖同時畫出,一般只需要3個視圖就能表達清楚,這就是通常所說的三視圖。三面投影體系中三個投影面:正面<V面>,水平面<H面>和側面<W面>相互垂直並相交。
  • 科普冷歷史!拿破崙死後命根子被切下並四處展覽,搶劫帽子的海盜
    歷史不是沉悶的!事實上,人類的很多祖先都做了很多令人尷尬的事情。在此,我分享幾個有趣的歷史事實,絕對不會讓你失望。手術示意圖但這個傳聞有可能是假的,而且很有可能是誇張的。根據歷史學家理察·霍林厄姆的說法,在1835年至1840年之間,裡斯頓手術的66名患者有10人死亡,死亡率為16%左右。被兔子圍攻的法國皇帝拿破崙曾讓歐洲各國聞風喪膽,但英勇如他居然曾被兔子圍攻過。
  • 初三數學知識點:由三視圖聯想幾何體的形狀
    由三視圖想像幾何體的形狀,首先應分別根據主視圖、俯視圖和左視圖想像主體圖的前面、上面和左側面,然後綜合起來考慮整體圖形。   要點詮釋:   由物體的三視圖想像幾何體的形狀有一定的難度,可以從如下途徑進行分析:(1)根據主視圖、俯視圖和左視圖想像幾何體的前面、上面和左側面的形狀以及幾何體的長、寬、高;(2)根據實線和虛線想像幾何體看得見和看不見的輪廓線;(3)熟記一些簡單的幾何體的三視圖會對複雜幾何體的想像有幫助;(4)利用由三視圖畫幾何體與由幾何體畫三視圖為互逆過程