课题学习 图案设计
掌握旋转三要素,自己设计出连续、对称、循环三类经典图案
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课题学习 图案设计
掌握旋转三要素,自己设计出连续、对称、循环三类经典图案
利用几何变换进行图案设计
上节课我们认识了图案设计的整体思路——从生活、自然、数学中汲取灵感。但一个核心问题还没解决:手里只有一个基本图形,怎么'变出'一整幅复杂图案?答案藏在几何变换里。
筒里几个彩色碎片,经反射、旋转就变成对称又繁复的花样
平移
前页我们用几何变换设计图案,三种基本变换里,平移最直观——想象一队士兵保持队形齐步向前:每个人方向一致、步幅相同,队形却不散。
每位士兵=图形上的点;方向与步幅=平移的方向与距离;队形不变=图形全等
旋转
平移让图形整体滑动得到重复图案。但有些图案——比如风车、雪花——是绕一个点转出来的。要做这类图案,得用另一种变换:旋转。
表心=旋转中心;顺/逆时针=方向;指针走过的度数=旋转角
中心对称图形
前面学过平移和旋转,都能搬动图形做图案。但如果绕某个点转半圈后,图形居然和自己完全重合——这叫中心对称图形,它正是旋转180°的特殊情形。
偶数片的风车转180°后和原来一样——绕中心转半圈仍重合
旋转对称
上一页我们学了旋转——把图形绕中心转动一定角度。但有些图形转一圈下来,不管转到哪个角度,都和自己一模一样。这就是旋转对称。
三叶风扇每转120°与原位重合,叶片数等于旋转阶数
点的轴对称坐标变换
前面学过旋转和中心对称,都是点的位置在变。今天看另一类变换——轴对称(翻折)。做图案设计前,先要掌握「一个点翻折后坐标变成什么」,下面四条规则就是工具箱。
镜子(对称轴)两侧等距,但左右相反——和点的坐标变换规律完全一致
点的旋转坐标变换
上一节我们把点 P(x,y) 沿 y 轴翻折得到 P',坐标符号反转。这次让 P 绕原点转动一个角度,看看坐标如何变化。
指针绕圆心转过 θ,尖端坐标按 cosθ、sinθ 规律变化
轴对称
前面我们用平移、旋转设计图案,但有一种变换最朴素——把纸对折,两边严丝合缝。这种'对折能重合'的几何关系,就是轴对称。
折痕=对称轴;两边图形互为镜像,叠回去严丝合缝
本节要点
- ✓图案设计两步走:定母图,选变换方式
- ✓坐标变换本质:对每点套同一映射规则
- ✓抓住「不动点」快速判断变换类型
- ✓易错点:旋转角度的正负号别写反
课后思考
先独立想清楚再看参考答案,让问题在脑子里多转几圈。
参考答案三种变换都能在保持图形形状和大小不变的前提下复制基本图形,这是图案无限延伸、整齐规律的数学保证。任意去掉一种,许多经典图案(如二方连续、四方连续)就无法生成。
参考答案先确定一个三角形作为基本图形;通过轴对称变换得到第二个(关于某条直线对称);再绕公共顶点旋转120°得到第三个。三者中心对称分布,既体现轴对称也体现旋转对称。
参考答案能。例如地砖花纹只用平移就能铺成大面积图案;万花筒只用镜面反射也能生成千变万化的图像。关键在于选对基本图形和变换规则,单一变换也能产生复杂图案。