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视

投影与视图:从立体到平面的三视图

Projections & Orthographic Views
前两章学圆和相似,这章学怎么把立体东西画在纸上。为啥?机械图纸、建筑设计、3D 游戏建模都用三视图。学会从三个方向看一个物体,再把它画成平面。

开场场景:工程师画一个零件,不能画成透视图(量不了尺寸),得画成三张正投影图:从正面看、从左面看、从上面看。这就是三视图。

卡必背要点 / 记忆口诀
主/左/俯 三视图
长对正、高平齐、宽相等
正投影:光线垂直投影面
正方体 11 种展开图
口诀:长对正、高平齐、宽相等

义投影的种类

平行投影:太阳光线(平行)投下的影子。中心投影:灯泡(点光源)投下的影子,近大远小。正投影:平行光线且垂直于投影面——三视图用的就是正投影。

三视图:主视图(从前往后看)、左视图(从左往右看)、俯视图(从上往下看)。

三等规律:主俯长对正(长一样);主左高平齐(高一样);左俯宽相等(宽一样)。

立体(长方体+小凸块) 主视图 左视图 俯视图

路由视图还原立体、展开图

由三视图还原:先看俯视图定平面形状,再用主/左视图定高度,像"搭积木"一样把方块堆出来。

由立体画三视图:分别从三个方向正投影,看不见的棱画虚线。

展开图:正方体共有 11 种展开图(一四一型 6 种、二三一型 3 种、二二二型 1 种、三三型 1 种)。圆柱侧面展开是长方形(长=底面周长 2πr,高=h);圆锥侧面展开是扇形(半径=母线 l,弧长=底面周长 2πr)。

例题

例1:圆柱侧面展开
审题:圆柱底面半径 3,高 5。
逐步:侧面展开长方形长=2π·3=6π,宽=5,面积=30π≈94.2。
例2:圆锥侧面展开圆心角
审题:圆锥底面 r=3,母线 l=6。
逐步:展开扇形弧长=底面周长=6π;扇形半径=母线=6。由 l扇=nπl/180 ⇒ 6π=nπ·6/180 ⇒ n=180°。
例3:三视图求小方块数
审题:俯视图 4 格(2×2),主视图最高 2 层,左视图最高 2 层。
逐步:底层 4 块;上层至少 1 块(在主左都看到高的位置)。最少 5 块,最多 8 块。

展往哪儿长

初中:三视图、展开图。高中:立体几何(点线面位置关系、体积表面积)。大学:工程制图、计算机图形学(正交投影 vs 透视投影)。

防坑警示

看不见的棱忘画虚线:三视图里被挡住的轮廓要画虚线,不是不画。另外:主俯长对正、主左高平齐、左俯宽相等——对齐错了图纸就废了。

练习

基础:正方体有几种展开图?

查看解答11 种。
做对了?很好。
错了?记住 11 种。

进阶:圆柱 r=2,h=10,侧面积?

查看解答侧=2πrh=2π·2·10=40π≈125.7。
做对了?很好。
错了?回到展开图。

奥数:圆锥母线 10,侧面展开是半圆,求底面半径。

查看解答半圆半径=母线=10,弧长=π·10=10π=底面周长=2πr ⇒ r=5。
记
小结卡

① 三视图:主视/左视/俯视;长对正、高平齐、宽相等。

② 看不见的棱画虚线;由三视图像搭积木一样还原立体。

③ 正方体 11 种展开图;圆柱侧面=长方形,圆锥侧面=扇形。

费曼学习法:讲给别人听
拿一个橡皮,从正面、左面、上面各看一眼,说出看到的形状。
  1. 用自己的话讲:三视图为什么要"长对正高平齐"?
  2. 举反例:中心投影下,靠近灯泡的物体影子比远处大,为什么正投影没有这个问题?
  3. 卡壳处:圆锥侧面展开扇形圆心角怎么算?