WikiSort.ru - Не сортированное

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте
Этот рисунок показывает 11 новых многогранников, которые можно получить из куба с помощью трёх операций. Новые многогранники показаны как отображения на поверхность куба, чтобы были яснее видны топологические изменения. Вершины на всех многогранниках изображены в виде кружочков.
Н рисунке добавлены 3 другие операции — операция p=propellor Джорджа Харта, добавляющая четырёхугольники, операция g=gyro , создающая пятиугольники и операция c=chamfer, заменяющая рёбра шестиугольниками

Нотация Конвея для многогранников, разработанная Конвеем и продвигаемая Хартом[en], используется для описания многогранников, опираясь на затравочный (т.е. используемый для создания других) многогранник, модифицируемый различными префикс-операциями.

Конвей и Харт расширили идею использования операторов, подобных оператору truncation (усечения), определённого Кеплером, чтобы создавать связанные многогранники с той же симметрией. Базовые операторы могут сгенерировать все архимедовы тела и каталановы тела из правильных затравок. Например, tC представляет усечённый куб, а taC, полученный как t(aC), является усечённым октаэдром. Простейший оператор dual (двойственный) меняет местами вершины и грани. Так, двойственным многогранником для куба является октаэдр — dC=O. Применённые последовательно, эти операторы позволяют сгенерировать многие многогранники высокого порядка. Получающиеся многогранники будут иметь фиксированную топологию (вершины, рёбра, грани), в то время как точная геометрия не ограничивается.

Затравочные многогранники, являющиеся правильными многогранниками, представляются первой буквой в их (английском) названии (Tetrahedron = тетраэдр, Octahedron = октаэдр, Cube = куб, Icosahedron = икосаэдр, Dodecahedron = додекаэдр). Кроме того, используются призмы (Pn – от prism для n-угольных призм), антипризмы (An – от Antiprisms), купола (Un – от cupolae), антикупола (Vn) и пирамиды (Yn – от pyramid). Любой многогранник может выступать в качестве затравки, если операции могут на них быть выполнены. Например, правильногранные многогранники можно обозначить как Jn (от Johnson solids = тела Джонсона) для n=1…92.

В общем случае трудно предсказать результат последовательного применения двух и более операций на заданный многогранник-затравку. Например, операция ambo, применённая дважды, оказывается той же самой, что и операция expand (расширения), aa=e, в то время как операция truncation (усечение) после операции ambo даёт то же, что и операция bevel, ta=b. Не существует общей теории, описывающей, какие многогранники могут быть получены с помощью некоторого набора операторов. Наоборот, все результаты были получены эмпирически.

Операции на многогранниках

Элементы таблицы даны для затравки с параметрами (v,e,f) (вершин, рёбер, граней), преобразуемой в новые виды в предположении, что затравка является выпуклым многогранником (топологической сферой с эйлеровой характеристикой 2). Пример, базирующийся на затравке в виде куба, дан для каждого оператора. Базовые операции достаточны для генерации зеркально симметричных однородных многогранников и их двойственных. Некоторые базовые операции можно выразить через композицию других операций.

Специальные виды

Операция «kis» имеет вариант, kn, в этом случае добавляются только пирамиды к граням с n-сторонами.
Операция усечения имеет вариант, tn, в этом случае усекаются только вершины порядка n.

Операторы применяются подобно функциям справа налево. Например, кубооктаэдр является ambo кубом (кубом, к которому применена операция ambo), то есть t(C) = aC, а усечённый кубооктаэдр равен t(a(C)) = t(aC) = taC.

Оператор хиральности

  • r – «отражение» («reflect») – делает зеркальное отражение затравки. Оператор не меняет затравку, если к ней не были применены операторы s или g. Другой записью хиральной формы служит надчёркивание, например, s = rs.

Операции в таблице показаны на примере куба и нарисованы на поверхности куба. Синие грани пересекают исходные рёбра, розовые грани соответствуют исходным вершинам.

Базовые операции
ОператорПримерНазваниеАльтернативное
построение
вершинырёбраграниОписание
Затравка vefИсходный многогранник
rreflect vefЗеркальный образ для хиральных форм
ddual fevДвойственный многогранник для затравки – каждая вершина создаёт новую грань
aambo dj
djd
e2ef+vНовые вершины добавляются в середине рёбер, а старые вершины отрезаются (rectify)
Операция создаёт вершины с валентностью 4.
jjoin da
dad
v+f2eeК затравке добавляются пирамиды с достаточной высотой, так что два треугольника, принадлежащие разным пирамидам и имеющие общую сторону затравки, становятся копланарными (лежащими на одной плоскости) и образуют новую грань.
Операция создаёт квадратные грани.
k
kn
kis nd = dz
dtd
v+f3e2eНа каждой грани добавляется пирамида.
Акизация или кумуляция,[1] увеличение или пирамидальное расширение[en].
t
tn
truncate nd = dz
dkd
2e3ev+fОтсекает все вершины.
Операция является сопряжённой с kis
nneedlekd = dt
dzd
v+f3e2eДвойственный многогранник к усечённой затравке. Грани триангулируются с двумя треугольниками для каждого ребра. Это делит пополам грани через все вершины и рёбра, удаляя при этом исходные рёбра.
Операция преобразует геодезический многогранник[en] (a,b) в (a+2b,a-b) для a>b.
Она также преобразует (a,0) в (a,a), (a,a) в (3a,0), (2,1) в (4,1), и т.д.
zzipdk = td
dnd
2e3ev+fДвойственный многогранник к затравке после операции kis или усечение двойственного многогранника. Операция создаёт новые рёбра, перпендикулярные исходным рёбрам. Операция также называется bitruncation (глубоким усечением[en]).
Эта операция преобразует многогранник Голдберга[en] G(a,b) в G(a+2b,a-b) для a>b.
Она также преобразует G(a,0) в G(a,a), G(a,a) в G(3a,0), G(2,1) в G(4,1) и т.д.
eexpand
(растяжение)
aa
dod = do
2e4ev+e+fКаждая вершина создаёт новую грань, а каждое ребро создаёт новый четырёхугольник. (cantellate = скашивание)
oortho daa
ded = de
v+e+f4e2eКаждая n-угольная грань делится на n четырёхугольников.
g
rg=g
gyro dsd = dsv+2e+f5e2eКаждая n-угольная грань делится на n пятиугольников.
s
rs=s
snub dgd = dg2e5ev+2e+f«расширение и кручение» – каждая вершина образует новую грань, а каждое ребро образует два новых треугольника
bbevel dkda = ta
dmd = dm
4e6ev+e+fНовые грани добавляются вместо рёбер и вершин. (cantitruncation = скос-усечение[en])
mmeta
medial
kda = kj
dbd = db
v+e+f6e4eТриангуляция с добавлением вершин в центрах граней и рёбер.

Образование правильных затравок

Все пять правильных многогранников могут быть получены из призматических генераторов, используя от нуля до двух операторов:

Правильная евклидова мозаика может также быть использована в качестве затравки:

Примеры

Куб может образовать все выпуклые однородные многогранники[en] с октаэдральной симметрией. В первой строке показаны архимедовы тела, а во второй — каталановы тела. Вторая строка образуется как двойственные многогранники к многогранникам первой строки. Если сравнивать каждый новый многогранник с кубом, можно понять визуально проведённые операции.

Куб
«затравка»
ambotruncatezipexpandbevelsnub

C
dO

aC
aO

tC
zO

zC = dkC
tO

aaC = eC
eO

bC = taC
taO

sC
sO
dualjoinneedlekisorthomedialgyro

dC
O

jC
jO

dtC = kdC
kO

kC
dtO

oC
oO

dtaC = mC
mO

gC
gO

Усечённый икосаэдр, tI или zD, являющийся многогранником Голдберга[en] G(2,0), создаёт дополнительные многогранники, которые ни вершинно-, ни гранетранзитивны.

Усечённый икосаэдр в качестве затравки
«затравка»ambotruncatezipextensionbevelsnub[en]

zD
tI

azI
atI

tzD
ttI

tdzD
tdtI

aazD = ezD
aatI = etI

bzD
btI

szD
stI
dualjoinneedlekisorthomedialgyro

dzD
dtI

jzD
jtI

kdzD
kdtI

kzD
ktI

ozD
otI

mzD
mtI

gzD
gtI

Геометрические координаты производных форм

В общем случае затравка может считаться замощением поверхности. Поскольку операторы представляют топологические операции, то точные положения вершин производных форм в общем случае не определены. Выпуклые правильные многогранники в качестве затравки могут рассматриваться как замощения сферы, а потому производные многогранники можно рассматривать как расположенные на сфере. Подобно правильным мозаикам на плоскости, таким как шестиугольный паркет, эти многогранники на сфере могут выступать в качестве затравки для производных мозаик. Невыпуклые многогранники могут стать затравками, если связанные топологические поверхности определяются для ограничения положения вершин. Например, тороидальные многогранники могут произвести другие многогранники с точками на той же торической поверхности.

Пример: Затравка в виде додекаэдра как сферическая мозаика

D

tD

aD

zD = dkD

eD

bD = taD

sD

dD

nD = dtD

jD = daD

kD = dtdD

oD = deD

mD = dtaD

gD
Пример: Затравка в виде евклидовой шестиугольной мозаики (H)

H

tH[en]

aH

tdH = H

eH[en]

bH[en] = taH

sH

dH

nH = dtH

jH = daH

dtdH = kH

oH[en] = deH

mH = dtaH

gH = dsH

Производные операции

Смешение двух и более базовых операций приводит к широкому разнообразию форм. Имеется много других производных операций. Например, смешение двух ambo, kis или expand операций вместе с операциями dual. Использование альтернативных операторов наподобие join, truncate, ortho, bevel и medial может упростить имена и удалить операторы dual. Общее число рёбер производных операций можно вычислить через мультипликаторы каждого отдельного оператора.

Оператор(ы)da
j
k, t
n, z
e
o
g
s
a&ka&ek&kk&e
k&a2
e&e
рёберный мультипликатор 123456891216
Уникальных производных операторов 828102

Операции в таблице показаны для куба (в качестве примера затравки) и нарисованы на поверхности куба. Голубые грани пересекают исходные рёбра, а розовые грани соответствуют исходным вершинам.

Производные операции
ОператорПримерНазваниеАльтернативное
построение
вершинырёбраграниОписание
Затравка vefИсходный многогранник
atakd
3e6ev+2e+fОперация ambo после truncate
jkdakv+2e+f6e3eОперация join после kis. Подобна ortho, за исключением того, что новые квадратные грани вставляются на место исходных рёбер
akdajd3e6ev+2e+fОперация ambo после kis. Подобна expand, за исключением того, что новые вершины добавляются на исходные рёбра, образуя два треугольника.
jtdakd = datv+2e+f6e3eОперация join после truncate. Двойственный многогранник к полученному после операций truncate, затем ambo
tjdka4e6ev+e+ftruncate join
kav+e+f6e4ekis ambo
ea or aeaaa4e8ev+3e+fрасширенная операция ambo, тройная операция ambo
oa or jedaaa = jjjv+3e+f8e4eОперация ortho после ambo, тройная операция join
x=ktexaltkdkd
dtkd
v+e+f9e7eОперации kis truncate, триангуляция, деление рёбер на 3 части и добавление новых вершин в центр исходных граней.
Операция преобразует геодезический многогранник[en] (a,b) в (3a,3b).
y=tkyankdkdk
dktd
v+e+f9e7eОперации truncate kis, расширение шестиугольниками вокруг каждого ребра
Операция преобразует многогранник Голдберга[en] G(a,b) в G(3a,3b).
nkkdk = dtk = ktd7e9ev+e+fneedled kis
tndkdkd = dkt = tkd7e9ev+e+ftruncate needle
ttdkkd7e9ev+e+fдвойная операция truncate
kkdttdv+2e+f9e6eдвойная операция kis
ntkkd = dttv+e+f9e7eneedle truncate
tzdkk = ttd6e9ev+2e+ftruncate zip
kekaav+3e+f12e8eKis expand
todkaa8e12ev+3e+ftruncate ortho
ekaak6e12ev+5e+fexpand kis
okdaak = dekv+5e+f12e6eortho kis
etaadkd6e12ev+5e+fрасширенная операция truncate
otdaadkd = detv+5e+f12e6eortho truncate
te or badkdaa8e12ev+3e+ftruncate expand
ko or makdaa = dte
ma = mj
v+3e+f12e8ekis ortho
ab or amaka = ata6e12ev+5e+fambo bevel
jb or jmdaka = datav+5e+f12e6ejoined bevel
eeaaaav+7e+f16e8edouble-expand
oodaaaa = dee8e16ev+7e+fdouble-ortho

Хиральные производные операции

Имеются другие производные операции, если используется gyro с операциями ambo, kis или expand и до трёх операций dual.

Оператор(ы)dakega&gk&ge&gg&g
мультипликатор рёбер 1234510152025
Уникальных производных операторов 4842
Хиральные порождённые операции
ОператорПримерНазваниеПостроениевершинрёбергранейОписание
Затравка vefИсходный многогранник
agas
djsd = djs
v+4e+f10e5eambo gyro
jgdag = js
dasd = das
5e10ev+4e+fjoined gyro
gagj
dsjd = dsj
v+5e+f10e4egyro ambo
sadga = sj
dgjd = dgj
4e10ev+5e+fsnub ambo
kgdtsd = dtsv+4e+f15e10ekis gyro
tsdkgd = dkg10e15ev+4e+ftruncated snub
gkdstdv+8e+f15e6egyro kis
stdgkd6e15ev+8e+fsnub truncation
skdgtdv+8e+f15e6esnub kis
gtdskd6e15ev+8e+fgyro truncation
kskdg
dtgd = dtg
v+4e+f15e10ekis snub
tgdkdg
dksd
10e15ev+4e+ftruncated gyro
eges
aag
v+9e+f20e10eexpanded gyro
ogos
daagd = daag
10e20ev+9e+fexpanded snub
gego
gaa
v+11e+f20e8egyro expand
seso
dgaad = dgaa
8e20ev+11e+fsnub expand
gggs
dssd = dss
v+14e+f25e10edouble-gyro
sssg
dggd = dgg
10e25ev+14e+fdouble-snub

Расширенные операторы

Эти расширенные операторы нельзя создать в общем виде с помощью выше перечисленных базовых операций. Некоторые операторы могут быть созданы как частные случаи с k и t операторами, но применённые к определённым граням и вершинам. Например, куб со снятой фаской, cC, может быть построен как t4daC, как ромбододекаэдр, daC или jC с усечёнными вершинами валентности 4. Поднятый куб lC — это то же самое, что t4kC, квинтододекаэдр qD можно построить как t5daaD, t5deD или t5oD, a дельтоидальный гексеконтаэдр можно построить как deD или oD с усечением вершин с валентностью 5.

Некоторые расширенные операторы образуют последовательность и даны с последующим числом. Например, ortho делит квадратную грань на 4 квадрата, а o3 может делить на 9 квадратов. o3 является уникальным построением, в то время как o4 можно получить как oo, оператор ortho, применённый дважды. Оператор loft может включать индекс подобно оператору kis, чтобы ограничить применение на грани с указанным числом сторон.

Операция chamfer (снятие фаски) создаёт многогранник Голдберга[en] G(2,0) с новыми шестиугольниками между исходными гранями. Последовательные операции chamfer создают G(2n,0).

Расширенные операции
ОператорПримерНазваниеАльтернативное
построение
вершинрёбергранейОписание
Затравка vefИсходный многогранник
c (от chamfer)chamfer dudv + 2e 4ef + eУсечение рёбер.
Вместо рёбер вставляются новые шестиугольные грани.
Многогранник Голдберга[en] (0,2)
-- dcf + e4ev + 2eОперация dual после chamfer
usubdividedcdv+e4ef+2eОперация ambo, пока сохраняются исходные вершины
Операция аналогична cхеме Лупа подразделения поверхности[en] для треугольных граней
-cdf+2e4ev+eОперация dual после subdivide
l
ln
loft v+2e 5ef+2eРасширение каждой грани призмой, добавление меньшей копии каждой грани с трапециями между внутренней и внешней гранью.
dl
dln
f+2e 5ev+2eОперация dual после loft
ld
lnd
f+2e 5ev+2eОперация loft после dual
dld
dlnd
v+2e 5ef+2eОперация, сопряжённая с loft
dL0f+3e6ev+2eОперация dual после joined-lace
L0df+2e6ev+3eОперация joined-lace после dual
dL0dv+3e6ef+2eОперация, сопряжённая с joined-lace
qquintov+3e6ef+2eОперация ortho с последующим усечением вершин, находящихся в центре исходных граней.
Операция создаёт 2 новых пятиугольника для каждого исходного ребра.
-dqf+2e6ev+3eОперация dual после quinto
qdv+2e6ef+3eОперация quinto после dual
-dqdf+3e6ev+2eОперация, сопряжённая с quinto
L0joined-lace v+2e6ef+3eАналогична операции lace, но с новыми четырёхугольными гранями на месте исходных рёбер
L
Ln
Lace v+2e7ef+4eРасширение каждой грани антипризмой, добавление повёрнутой меньшей копии каждой грани с треугольниками между старой и новой гранями.
Индекс может быть добавлен для ограничения операции на грани с указанным числом сторон.
dL
dLn
f+4e7ev+2eОператор dual после laced
Ld
Ldn
f+2e7ev+4eОператор lace после dual
dLd
dLnd
v+4e7ef+2eПоследовательность операций dual, lace, dual
K
Kn
staKev+2e+f7e4eПодразделение граней с центральными чётырёхугольниками и треугольниками.
Может быть добавлен индекс для ограничения операции на грани с определённым числом сторон.
dK
dKn
4e7ev+2e+fОперация dual после stake
Kdv+2e+f7e4eОперация stake после dual
dKd4e7ev+2e+fОперация, сопряжённая со stake
M3edge-medial-3v+2e+f7e4eОперация подобна m3, но не добавляются диагональные рёбра
dM34e7ev+2e+fОперация dual после edge-medial-3
M3dv+2e+f7e4eОперация edge-medial-3 после dual
dM3d4e7ev+2e+fОперация, сопряжённая с edge-medial-3
M0joined-medialv+2e+f8e5eОперация подобна medial, но с добавлением ромбических граней на месте исходных рёбер.
dM0v+2e+f8e5eОперация dual после joined-medial
M0dv+2e+f8e5eОперация joined-medial после dual
dM0d5e8ev+2e+fОперация, сопряжённая с joined-medial
m3medial-3v+2e+f9e7eТриангуляция с добавлением двух вершин на каждое ребро и одной вершины в центре каждой грани.
b3bevel-3dm37e9ev+2e+fОперация dual после medial-3
m3d7e9ev+2e+fОперация medial-3 после dual
dm3dv+2e+f9e7eОперация, сопряжённая с medial-3
o3ortho-3de3v+4e9ef+4eОператор ortho с делением рёбер на 3
e3expand-3do3f+4e9ev+4eОператор expand с делением рёбер на 3
Xcrossv+f+3e10e6eКомбинация операций kis и subdivide. Исходные рёбра делятся пополам и образуются треугольные и четырёхугольные грани.
dX6e10ev+f+3eОперация dual после cross
Xd6e10ev+f+3eОперация cross после dual
dXdv+f+3e10e6eОперация, сопряжённая с cross
m4medial-4v+3e+f12e8eТриангуляция с добавлением 3 вершин на каждое ребро и вершины в центр каждой грани.
u5subdivide-5v+8e25ef+16eРёбра делятся на 5 частей
Этот оператор делит рёбра и грани так, что образуется 6 треугольников вокруг каждой новой вершины.

Расширенные хиральные операторы

Эти операторы нельзя создать в общем виде из перечисленных выше базовых операций. Художник-геометр Харт[en] создал операцию, которую он назвал пропеллер.

  • p – «propeller» = пропеллер (оператор вращения, создающий четырёхугольники на месте вершин). Эта операция самодвойственна: dpX=pdX.
Расширенные хиральные операции
ОператорПримерНазваниеАльтернативное
построение
вершинырёбраграниОписание
«Затравка» vefИсходный многогранник
p
rp=p
propellor v + 2e5ef + 2eОперация gyro, после которой выполняется ambo на вершинах в центрах исходных граней
-- dp = pdf + 2e5ev + 2eТе же вершины, что и в gyro, но на месте исходных вершин образуются грани
- 4e7ev+2e+fОперация подобна snub, но по периметру исходных граней идут пятиугольники, а не треугольники
-- -v+2e+f7e4e
w=w2=w2,1
rw=w
whirl v+4e7ef+2eОперация gyro с последующим усечением вершин в центре исходных граней.
Операция создаёт 2 новых шестиугольника для каждого исходного ребра, многогранник Голдберга[en] (2,1)
Производный оператор wrw преобразует G(a,b) в G(7a,7b).
v
rv=v
volute dwdf+2e7ev+4eОператор dual после whirl, или snub с последующей операцией kis на исходных гранях.
Полученный оператор vrv преобразует геодезический многогранник (a,b) в (7a,7b).
g3
rg3=g3
gyro-3 v+6e11ef+4eОперация gyro создаёт 3 пятиугольника вдоль каждого исходного ребра
s3
rs3=s3
snub-3 dg3d = dg3f+4e11ev+6eОперация dual после gyro-3, операция snub, делящая рёбра на 4 срединных треугольника и с треугольниками на месте исходных вершин
w3,1
rw3,1=w3,1
whirl-3,1 v+8e13ef+4eОперация создаёт 4 новых шестиугольника для каждого исходного ребра, многогранник Голдберга[en] (3,1)
w3=w3,2
rw3=w3
whirl-3,2 v+12e19ef+6eОперация создаёт 12 новых шестиугольников для каждого исходного ребра, многогранник Голдберга[en] (3,2)

Операции, сохраняющие исходные рёбра

Эти операции расширения[en] оставляют исходные рёбра и позволяют применять оператор к любому независимому подмножеству граней. Нотация Конвея поддерживает дополнительный индекс для этих операций, указывающий число сторон у вовлечённых в операцию граней.

Операторkiscupacuploftlacestakekis-kis
ПримерkCUCVClCLCKCkkC
Рёбра3e4e-f45e-f45e6e7e9e
Изображение
на кубе
Расширение ПирамидаКуполАнтикуполПризмаАнтипризма

Операторы Коксетера

Операторы Коксетера/Джонсона[en] иногда полезны при смешении с операторами Конвея. Для ясности в нотации Конвея эти операции даны заглавными буквами. t-Нотация Коксетера определяет активные кружки как индексы диаграммы Коксетера — Дынкина. Таким образом, в таблице заглавная T с индексами 0,1,2 определяет однородные операторы из правильной затравки. Нулевой индекс представляет вершины, 1 представляет рёбра, а 2 представляет грани. При T = T0,1 это будет обычным усечением, а R = T1 является полным усечением, или операцией rectify, то же самое, что и оператор Конвея ambo. Например, r{4,3} или t1{4,3} является именем Коксетера для кубооктаэдра, а полноусечённый куб — это RC, то же самое, что ambo куб Конвея, aC.

Расширенные операции Коксетера
ОператорПримерНазваниеАльтернативное
построение
вершинырёбраграниОписание
T0, t0{4,3}«Затравка» vefSeed form
R = T1, t1{4,3}rectify ae2ef+vТо же самое, что ambo, новые вершины добавляются в середине рёбер, а новые грани заменяют исходные вершины.
Все вершины имеют валентность 4.
T2, t2{4,3}dual
birectify
dfevОперация dual для затравочного многогранника — каждая вершина создаёт новую грань
T = T0,1, t0,1{4,3}truncatet2e3ev+fОтсекаются все вершины.
T1,2, t1,2{4,3}bitruncate[en]z = td2e3ev+fТо же самое, что и zip
RR = T0,2, t0,2{4,3}cantellate aa=e2e4ev+e+fТо же самое, что и expand
TR = T0,1,2, t0,1,2{4,3}cantitruncate[en] ta4e6ev+e+fТо же самое, что и bevel

Полуоператоры

плосконосый куб строится как одно из двух альтернирований усечённого кубооктаэдра. sr{4,3} = SRC = HTRC.

.

Многогранники F1bC и F2bC не идентичны и могут сохранять в общем случае полную октаэдральную симметрию.

Оператор semi или demi Коксетера, H (от Half), уменьшает число сторон каждой грани вдвое, а четырёхугольные грани в двуугольники с двумя рёбрами, соединяющими две вершины, и эти два ребра могут быть заменены или не заменены одним ребром. Например, половинка куба, h{4,3}, полукуб, — это HC, представляющий один из двух тетраэдров. Ho сокращает ortho в ambo/Rectify.

Другие semi-операторы (полуоператоры) можно определить с использованием оператора H. Конвей называет оператор Snub (плосконосое усечение) Коксетера S, semi-snub (полуплосконосым усечением), определённым как Ht. Оператор snub[en] s Конвея определяется как SR. Например, SRC — это плосконосый куб, sr{4,3}. Плосконосый октаэдр Коксетера, s{3,4} можно определить как SO, построение пиритоэдральной симметрии для правильного икосаэдра. Это также согласуется с определением правильной плосконосой квадратной антипризмой как SA4.

Оператор semi-gyro, G, определяется как dHt. Это позволяет определить оператор поворачивания Конвея g (gyro) как GR. Например, GRC — это gyro-куб, gC, или пентагональный икоситетраэдр. GO определяет пиритоэдр с пиритоэдральной симметрией, в то время как gT (gyro tetrahedron, гиротетраэдр) определяет тот же самый топологический многогранник с тетраэдральной симметрией.

Оба оператора S и G требуют, чтобы затравочный многогранник имел вершины чётной валентности. Во всех этих полуоператорах имеется два выбора для альтернации вершин для оператора half. Эти две конструкции в общем случае топологически не тождественны. Например, HjC определяет либо куб, либо октаэдр, в зависимости от того, какой набор вершин выбирается.

Другие операторы применимы только к многогранникам с гранями, имеющими чётное число рёбер. Простейшим оператором является semi-join, который является сопряжённым с оператором half, dHd.

Оператор semi-ortho, F, сопряжён с semi-snub. Он добавляет вершину в центр грани и делит пополам все рёбра, но соединяет новыми рёбрами центр только с половиной рёбер, создавая тем самым новые шестиугольные грани. Исходные квадратные грани не требуют наличия центральной вершины, а требует только одно ребро через грань, создающее пару пятиугольников. Например, двенадцатигранник тетартоид может быть построен как FC.

Оператор semi-expand, E, определяется как Htd или Hz. Оператор создаёт треугольные грани. Например, EC создаёт построение с пироэдральной симметрией псевдоикосаэдра[en].

Полуоператоры на многогранниках с гранями, имеющими чётное число сторон
ОператорПример
(Затравка — куб)
НазваниеАльтернативное
построение
вершинрёбергранейОписание
H = H1
H2
semi-ambo
Half
1 и 2
v/2e-f4f-f4+v/2Alternation[en], удаление половины вершин.
Четырёхугольные грани (f4) редуцируются до одиночных рёбер.
I = I1
I2
semi-truncate
1 и 2
v/2+e2ef+v/2Усекает каждую вторую вершину
semi-needle
1 и 2
dIv/2+f2ee+v/2Операция needle каждой второй вершины
F = F1
F2
semi-ortho
Flex
1 и 2
dHtd = dHz
dSd
v+e+f-f43e-f4eОперация dual после semi-expand — создаются новые вершины на рёбрах и в центрах граней, 2n-угольники делятся на n шестиугольников, четырёхугольные грани (f4) не будут содержать центральной вершины, так что образуется две пятиугольные грани.
E = E1
E2
semi-expand
Eco
1 и 2
Htd = Hz
dF = Sd
dGd
e3e-f4v+e+f-f4Операция dual после semi-ortho — создаются новые треугольные грани. Исходные грани заменяются многоугольниками с половиной сторон, четырёхугольники (f4) при этом редуцируются до одиночных рёбер.
U = U1
U2
semi-lace
CUp
1 и 2
v+e4e-f42e+f-f4Наращение граней куполами.
V = V1
V2
semi-lace
Anticup
3 и 4
v+e5e-f43e+f-f4Наращение граней антикуполами
semi-medial
1 и 2
XdH = XJdv+e+f5e3eПоочерёдная операция medial относительно диагоналей
semi-medial
3 и 4
v+e+f5e3eПоочерёдная операция medial относительно медиан (соединяющих середины противоположных сторон)
semi-bevel
1 и 2
dXdH = dXJd3e5ev+e+fПоочерёдная операция bevel относительно диагоналей
semi-bevel
3 и 4
3e5ev+e+fПоочерёдная операция bevel относительно медиан
Полуоперации на многогранниках с вершинами чётной валентности
ОператорПример
( Затравка —октаэдр)
НазваниеАльтернативное
построение
вершинрёбергранейОписание
J = J1
J2
semi-join
1 и 2
dHdv-v4+f/2e-v4f/2Оператор, сопряжённый с half, оператор join на чередующихся гранях.
4-валентные вершины (v4) редуцируются до 2-валентных и заменяются одним ребром.
semi-kis
1 и 2
dIdv+f/22ef/2+eОперация kis на половине (поочерёдно, не соприкасающихся по ребру) граней
semi-zip
1 и 2
Idf/2+e2ev+f/2Операция zip на половине граней
S = S1
S2
semi-snub
1 и 2
Ht
dFd
v-v4+e3e-v4f+eОперация dual после semi-gyro — операция snub[en], вращение исходных граней с добавлением новых треугольных граней в получающиеся зазоры.
G = G1
G2
semi-gyro
1 и 2
dHt
dS = Fd
dEd
f+e3e-v4v-v4+eОперация dual после semi-snub — создаются пятиугольные и шестиугольные грани вдоль исходных рёбер.
semi-medial
1 и 2
XdHd = XJ3e5ev+e+fОперация medial на половине (не соприкасающихся ребром) граней
semi-bevel
1 и 2
dXdHd = dXJv+e+f5e3eОперация bevel на половине (не соприкасающихся ребром) граней

Подразделения

Операция subdivision (подразделения) делит исходные рёбра на n новых рёбер, а внутренность граней заполняется треугольниками или другими многоугольниками.

Квадратное подразделение

Оператор ortho можно применить в серии степеней двойки четырёхугольных подразделений. Другие подразделения могут быть получены как результат факторизованных подразделений. Оператор propeller, применённый последовательно, даёт 5-орто подразделение. Если затравка имеет нечетырёхугольные грани, они остаются как уменьшенные копии для нечётных операторов ortho.

Примеры на кубе
Orthoo2=oo3o4=o2o5
=prp
o6=oo3o7o8=o3o9=o32o10=oo5
=oprp
Пример
Вершины vv+e+fv+4ev+7e+fv+12ev+17e+fv+24ev+31e+fv+40ev+63e+f
Рёбра e4e9e16e25e36e49e64e81e128e
Грани f2ef+4e8ef+12e18ef+24e32ef+40e64e
Expand
(dual)
e2=ee3e4=e2e5
=dprp
e6=ee3e7e8=e3e9=e32e10=ee5
=doprp
Пример

Хиральное шестиугольное подразделение

Оператор whirl создаёт многогранник Голдберга[en] G(2,1) с новыми шестиугольными гранями вокруг каждой исходной вершины. Две последовательные операции whirls создают G(3,5). В общем случае операция whirl может преобразовать G(a,b) в G(a+3b,2a-b) для a>b и тем же самым хиральным направлением. Если хиральные направления обратны, G(a,b) превращается в G(2a+3b,a-2b) при a>=2b и в G(3a+b,2b-a) при a<2b.

Операторы whirl-n образуют многогранники Голдберга (n,n-1) и могут быть определены путём деления рёбер затравочного многогранника на 2n-1 подрёбер.

Результат операции whirl-n и ей обратной образует (3n2-3n+1,0) многогранник Голдберга[en]. wrw образует (7,0), w3rw3 образует (19,0), w4rw4 образует (37,0), w5rw5 образует (61,0), а w6rw6 образует (91,0). Результат двух операций whirl-n — это ((n-1)(3n-1),2n-1) или (3n2-4n+1,2n-1). Произведение wa на wb даёт (3ab-2(a+b)+1,a+b-1), а wa на обратный wb даёт (3ab-a-2b+1,a-b) для a≥b.

Произведение двух идентичных операторов whirl-n образует многогранник Голдберга ((n-1)(3n-1),2n-1). Произведение k-whirl и zip — это (3k-2,1).

Операторы whirl-n
НазваниеЗатравкаWhirlWhirl-3Whirl-4Whirl-5Whirl-6Whirl-7Whirl-8Whirl-9Whirl-10Whirl-11Whirl-12Whirl-13Whirl-14Whirl-15Whirl-16Whirl-17Whirl-18Whirl-19Whirl-20Whirl-n
Оператор
(Состоавной)
-w=w2w3w4w5w6
wrw3,1
w7w8
w3,1w3,1
w9
ww5,1
w10w11w12w13
ww7,2
w14w15w16
ww9,2
w17
w3w6,1
w18w19
w3,1w7,3
w20
ww11,3
wn
Многогранник Голдберга[en] (1,0)(2,1)(3,2)(4,3)(5,4)(6,5)(7,6)(8,7)(9,8)(10,9)(11,10)(12,11)(13,12)(14,13)(15,14)(16,15)(17,16)(18,17)(19,18)(20,19)(n,n-1)
T
разложение
1719376191
7×13
127169
13×13
217
7×31
271331397469
7×67
547631721
7×103
817
19×43
9191027
13×79
1141
7×163
3n(n-1)+1
Пример
Вершина vv+4ev+12ev+24ev+40ev+60ev+84ev+112ev+144ev+180ev+220ev+264ev+312ev+364ev+420ev+480ev+544ev+612ev+684ev+760e v+2n(n-1)e
Рёбра e7e19e37e61e91e127e169e217e271e331e397e469e547e631e721e817e919e1027e1141e e+3n(n-1)e
Грани ff+2ef+6ef+12ef+20ef+30ef+42ef+56ef+72ef+90ef+110ef+132ef+156ef+182ef+210ef+240ef+272ef+306ef+342ef+380e f+n(n-1)e
wnwn (1,0)(5,3)(16,5)(33,7)(56,9)(85,11)(120,13)(161,15)(208,17)(261,19)(320,21)(385,23)(456,25)(533,27)(616,29)(705,31)(800,33)(901,35)(1008,37)(1121,39)((n-1)(3n-1),2n-1)
wnrwn (1,0)(7,0)(19,0)(37,0)(61,0)(91,0)(127,0)(169,0)(217,0)(271,0)(331,0)(397,0)(469,0)(547,0)(631,0)(721,0)(817,0)(919,0)(1027,0)(1141,0)(1+3n(n-1),0)
wnz (1,1)(4,1)(7,1)(10,1)(13,1)(16,1)(19,1)(22,1)(25,1)(28,1)(31,1)(34,1)(37,1)(40,1)(43,1)(46,1)(49,1)(52,1)(55,1)(58,1)(3n-2,1)

Триангулированное подразделение

Триангулированные подразделения u1 to u6 на квадратной грани, повторяя структуру через каждые 3 шага с новыми уровнями треугольников

Операция un делит грани на треугольники путём деления каждого ребра на n частей, называемой n-частотным подразделением геодезического многогранника[en] Бакминстера Фуллера[2].

Операторы Конвея на многогранниках могут построить многие из этих подразделений.

Если все исходные грани являются треугольниками, новые многогранники будут также иметь все грани в виде треугольников, и на месте исходных граней создаются треугольные мозаики. Если исходные многогранники имеют грани с бо́льшим числом сторон, все новые грани не обязательно будут треугольниками. В таких случаях к многограннику сначала можно применить операцию kis с новыми вершинами в центре каждой грани.

Примеры подразделений на кубе
Операторu1u2
=u
u3
=x
u4
=uu
u5u6
=ux
u7
=vrv
u8
=uuu
u9
=xx
Пример
Обозначение
Конвея
C uC xC uuC u5C uxC vrvC uuuC xxC
Вершины vv+ev+e+fv+4ev+8ev+11e+fv+16ev+21ev+26e+f
Рёбра e4e9e16e25e36e49e64e81e
Грани ff+2e7ef+8ef+16e24ef+32ef+42e54e
Полная триангуляция
Операторu1ku2k
=uk
u3k
=xk
u4k
=uuk
u5ku6k
=uxk
u7k
=vrvk
u8k
=uuuk
u9k
=xxk
Пример
Конвей kC ukC xkC uukC u5kC uxkC vrvkC uuukC xxkC
Двойственный
Голдберга
{3,n+}1,1{3,n+}2,2{3,n+}3,3{3,n+}4,4{3,n+}5,5{3,n+}6,6{3,n+}7,7{3,n+}8,8{3,n+}9,9

Геодезические многогранники

Операции Конвея могут дублировать некоторые многогранники Голдберга и двойственные геодезическим многогранникам. Число вершин, рёбер и граней многогранника Голдберга[en] G(m,n) можно вычислить исходя из m и n и число новых треугольников в каждом исходном треугольнике вычисляется по формуле T = m2 + mn + n2 = (m + n)2  mn. Построения (m,0) и (m,m) перечислены ниже обозначения операций Конвея.

Класс I

Для двойственных многогранников Голдберга оператор uk определяется здесь как деление граней с подразделением рёбер на k частей. При этом оператор Конвея u = u2, а его сопряжённый оператор dud является оператором chamfer, c. Этот оператор используется в компьютерной графике, в схеме Лупа подразделения поверхности[en]. Оператор u3 задаётся оператором Конвея kt=x, а его сопряжённый оператор y=dxd=tk. Произведение двух whirl операторов с обращением хиральности, wrw или ww, даёт 7-подразделение в виде многогранника Голдберга[en] G(7,0), так что u7=vrv. Более мелкие подразделения и операции whirl в хиральных парах могут построить дополнительные формы класса I. Операция w(3,1)rw(3,1) даёт многогранник Голдберга G(13,0). Операция w(3,2)rw(3,2) даёт G(19,0).

Class I: Операции подразделения на икосаэдре как геодезические многогранники
(m,0)(1,0)(2,0)(3,0)(4,0)(5,0)(6,0)(7,0)(8,0)(9,0)(10,0)(11,0)(12,0)(13,0)(14,0)(15,0)(16,0)
T149162536496481100121144169196225256
Операция
Составной
u1 u2=u
=dcd
u3=x
=kt
u4
=u22
=dccd
u5 u6=u2u3
=dctkd
u7
=vv
=dwrwd
u8=u23
=dcccd
u9=u32
=ktkt
u10=u2u5 u11 u12=u22u3
=dccdkt
u13
v3,1v3,1
u14=u2u7
=uvv
=dcwrwd
u15= u3u5
=u5x
u16=u24
=dccccd
Треугольная
грань
Икосаэдр
Конвей
Геодезический[en]

I
{3,5+}1,0

uI=k5aI
{3,5+}2,0[en]

xI=ktI
{3,5+}3,0[en]

u2I
{3,5+}4,0

 
{3,5+}5,0

uxI
{3,5+}6,0

vrvI
{3,5+}7,0

u3I
{3,5+}8,0

x2I
{3,5+}9,0

 
{3,5+}10,0

 
{3,5+}11,0

u2xI
{3,5+}12,0

 
{3,5+}13,0

uvrvI
{3,5+}14,0

 
{3,5+}15,0

u4I
{3,5+}16,0
Двойственный оператор cy
=tk
ccc5cy
=ctk
ww
=wrw
cccy2
=tktk
cc5c11ccy
=cctk
w3,1w3,1cww
=cwrw
c5ycccc
Додекаэдр
Конвей
Голдберг[en]

D
{5+,3}1,0

cD
{5+,3}2,0[en]

yD
{5+,3}3,0[en]

ccD
{5+,3}4,0

c3D
{5+,3}5,0

cyD
{5+,3}6,0

wrwD
{5+,3}7,0

cccD
{5+,3}8,0

y2D
{5+,3}9,0

cc5D
{5+,3}10,0

c11D
{5+,3}11,0

ccyD
{5+,3}12,0

w3,1rw3,1D
{5+,3}13,0

cwrwD
{5+,3}14,0

c5yD
{5+,3}15,0

ccccD
G{5+,3}16,0
Класс II

Может быть определено также ортогональное подразделение, используя оператор n=kd. Оператор преобразует геодезический многогранник[en] (a,b) в (a+2b,a-b) для a>b. Он преобразует (a,0) в (a,a), а (a,a) в (3a,0). Оператор z=dk делает то же самое для многогранников Голдберга.

Класс II: Операции ортогонального подразделения
(m,m)(1,1)(2,2)(3,3)(4,4)(5,5)(6,6)(7,7)(8,8)(9,9)(10,10)(11,11)(12,12)(13,13)(14,14)(15,15)(16,16)
T=
m2×3
3
1×3
12
4×3
27
3×3
48
24×3
75
25×3
108
36×3
147
49×3
192
64×3
243
81×3
300
100×3
363
121×3
432
144×3
507
169×3
588
196×3
675
225×3
768
256×3
Операция u1n
n
=kd
u2n
=un
=dct
u3n
=xn
=ktkd
u4n
=u22n
=dcct
u5n u6n
=u2=u3n
=dctkt
u7n
=vvn
=dwrwt
u8n
=u23n
=dccct
u9n
=u32n
=ktktkd
u10n
=u2u5n
u11n u12n
=u22u3n
=dcctkt
u13n u14n
=u2u7n
=dcwrwt
u15n
=u3u5n
u16n
=u24n
=dcccct
Треугольная
грань
Икосаэдр
Конвей
Геодезический[en]

nI
{3,5+}1,1

unI
{3,5+}2,2

xnI
{3,5+}3,3

u2nI
{3,5+}4,4

 
{3,5+}5,5

uxnI
{3,5+}6,6

vrvnI
{3,5+}7,7

u3nI
{3,5+}8,8

x2nI
{3,5+}9,9

{3,5+}10,10

{3,5+}11,11

u2xnI
{3,5+}12,12

{3,5+}13,13

dcwrwdnI
{3,5+}14,14

{3,5+}15,15

u4nI
{3,5+}16,16
Двойственный оператор z
=dk
cz
=cdk
yz
=tkdk
c2z
=ccdk
c5zcyz
=ctkdk
wwz
=wrwdk
c3z
=cccdk
y2z
=tktkdk
cc5zc11zc2yz
=c2tkdk
c13zcwwz
=cwrwdk
c3c5zc4z
=ccccdk
Додекаэдр
Конвей
Голдберг[en]

zD
{5+,3}1,1

czD
{5+,3}2,2[en]

yzD
{5+,3}3,3

cczD
{5+,3}4,4

 
{5+,3}5,5

cyzD
{5+,3}6,6

wrwzD
{5+,3}7,7

c3zD
{5+,3}8,8

y2zD
{5+,3}9,9

{5+,3}10,10

G{5+,3}11,11

ccyzD
{5+,3}12,12

{5+,3}13,13

cwrwzD
G{5+,3}14,14

{5+,3}15,15

cccczD
{5+,3}16,16
Класс III

Большинство геодезических многогранников и двойственные к многогранникам Голдберга G(n,m) нельзя построить с помощью операторов, производных от операторов Конвея. Операция whirl создаёт многогранник Голдберга[en] G(2,1) с новыми шестиугольными гранями вокруг каждой исходной вершины, а n-whirl образует G(n,n-1). На формах с икосаэдральной симметрией t5g эквивалентен в этом случае whirl. Операция v (=volute = виток, оборот) представляет треугольное подразделение, двойственное whirl. На икосаэдральных формах операция может быть осуществлена с помощью производного оператора k5s, pentakis snub.

Две последовательные операции whirl создают G(3,5). В общем случае операция whirl может преобразовать G(a,b) в G(a+3b,2a-b) для a>b с тем же самым хиральным направлением. Если хиральное направление обратное, G(a,b) становится G(2a+3b,a-2b) для a>=2b, и G(3a+b,2b-a) для a<2b.

Класс III: Операции подразбиения на неравные части
Операция
Составная
v2,1
=v
v3,1v3,2=v3v4,1
=vn
v4,2
=vu
v5,1v4,3=v4v5,2
=v3n
v6,1v6,2
=v3,1u
v5,3
=vv
v7,1
=v3n
v5,4=v5v6,3
=vx
v7,2
T7131921
7×3
28
7×4
313739
13×3
4352
13×4
49
7×7
57
19×3
6163
9×7
67
Треугольная
грань
Икосаэдр
Конвей
Геодезический[en]

vI
{3,5+}2,1

v3,1I
{3,5+}3,1

v3I
{3,5+}3,2

vnI
{3,5+}4,1

vuI
{3,5+}4,2

{3,5+}5,1

v4I
{3,5+}4,3

v3nI
{3,5+}5,2

{3,5+}6,1

v3,1uI
{3,5+}6,2

vvI
{3,5+}5,3

v3nI
{3,5+}7,1

v5I
{3,5+}5,4

vxI
{3,5+}6,3

v7,2I
{3,5+}7,2
Оператор ww3,1w3wzwcw5,1w4w3,1zw6,1w3,1cwww3zw5wyw7,2
Додекаэдр
Конвей

wD
{5+,3}2,1

w3,1D
{5+,3}3,1

w3D
{5+,3}3,2

wzD
{5+,3}4,1

wcD
{5+,3}4,2

w5,1D
{5+,3}5,1

w4D
{5+,3}4,3

w3zD
{5+,3}5,2

{5+,3}6,1

w3,1cD
{5+,3}6,2

wwD
{5+,3}5,3

w3zD
{5+,3}7,1

w5D
{5+,3}5,4

wyD
{5+,3}6,3

w7,2D
{5+,3}7,2
Другие операции класса III: Операции подразбиения на неравные части
Операция
Составная
v8,1 v6,4
=v3u
v7,3 v8,2
=wcz
v6,5=v6
=vrv3,1
v9,1
=vv3,1
v7,4 v8,3 v9,2 v7,5 v10,1
=v4n
v8,4
=vuu
v9,3
=v3,1x
v7,6=v7 v8,6
v4u
T7376
19×4
7984
7×4×3
91
13×7
9397103109111
37×3
112
7×4×4
117
13×9
127148
37×4
Треугольная
грань
Икосаэдр
Конвей
Геодезический[en]

v8,1I
{3,5+}8,1

v3uI
{3,5+}6,4

v7,3I
{3,5+}7,3

vunI
{3,5+}8,2

vv3,1I
{3,5+}6,5

vrv3,1I
{3,5+}9,1

v7,4I
{3,5+}7,4

v8,3I
{3,5+}8,3

v9,2I
{3,5+}9,2

v7,5I
{3,5+}7,5

v4nI
{3,5+}10,1

vuuI
{3,5+}8,4

v3,1xI
{3,5+}9,3

v7I
{3,5+}7,6

v4uI
{3,5+}8,6
Оператор w8,1 wrw3,1 w7,3 w3,1c wcz w3,1w w7,4 w8,3 w9,2 w7,5 w4z wcc w3,1y w7 w4c
Додекаэдр
Конвей

w8,1D
{5+,3}8,1

w3cD
{5+,3}6,4

w7,3D
{5+,3}7,3

wczD
{5+,3}8,2

ww3,1D
{5+,3}6,5

wrw3,1D
{5+,3}9,1

w7,4D
{5+,3}7,4

w8,3D
{5+,3}8,3

w9,2D
{5+,3}9,2

w7,5D
{5+,3}7,5

w4zD
{5+,3}10,1

wccD
{5+,3}8,4

w3,1yD
{5+,3}9,3

w7D
{5+,3}7,6

w4cD
{5+,3}8,6

Примеры многогранников по симметрии

Повторение операций, начав с простой формы, может дать многогранники с большим числом граней, сохраняющих симметрию затравки.

Тетраэдральная симметрия

Октаэдральная симметрия

Хиральные

Изоэдральная симметрия

Хиральные

Диэдральная симметрия

Тороидальная симметрия

Тороидальные мозаики существуют на плоском торе, на поверхности дуоцилиндра[en] в четырёхмерном пространстве, но могут быть спроектированы в трёхмерное пространство как обычный тор. Эти мозаики топологически подобны подмножествам мозаик евклидовой плоскости.

Евклидова квадратная симметрия

Евклидова треугольная симметрия

См. также

Примечания

Литература

  • George W. Hart[en], Sculpture based on Propellorized Polyhedra, Proceedings of MOSAIC 2000, Seattle, WA, August, 2000, pp. 61–70
  • John H. Conway, Heidi Burgiel, Chaim Goodman-Strass. Chapter 21: Naming the Archimedean and Catalan polyhedra and Tilings // The Symmetries of Things. — 2008. ISBN 978-1-56881-220-5.
  • {{статья

|ссылка=https://www.researchgate.net/publication/239595462_Visualization_of_Conway_Polyhedron_Notation |заглавие=Visualization of Conway Polyhedron Notation |атор=Hidetoshi Nonaka |издание=World Academy of Science, Engineering and Technology 50 |год=2009

Ссылки

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .




Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2024
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии