曲线与曲面
曲线与曲面的参数方程
曲线与曲面的参数方程曲线与曲面是数学中的基本概念，它们在几何学、物理学和工程学等领域中有着重要的应用。
本文将介绍曲线与曲面的参数方程，以及它们在实际问题中的应用。
一、曲线的参数方程曲线是平面或空间中的一条连续的线段，它可以用参数方程来表示。
参数方程是指将曲线上的点的坐标用参数表示，而不是直接用坐标表示。
对于二维平面曲线，参数方程通常形式为：x = f(t)y = g(t)其中，t为参数，f(t)和g(t)是与参数t有关的函数。
通过不同的参数t取值，可以得到曲线上的各个点，从而描述整个曲线。
举个例子，考虑单位圆的参数方程。
圆的方程为x² + y² = 1，而参数方程为：x = cos(t)y = sin(t)其中，参数t的取值范围为0到2π。
当t取0时，x = cos(0) = 1，y= sin(0) = 0，即得到圆的右端点；当t取π/2时，x = cos(π/2) = 0，y =sin(π/2) = 1，即得到圆的上端点；依此类推，当t取2π时，又得到圆的右端点，从而完成了整个圆的参数方程描述。
二、曲面的参数方程曲面是空间中的一片连续的平面区域，它可以用参数方程来表示。
参数方程是指将曲面上的点的坐标用参数表示，而不是直接用坐标表示。
对于三维空间中的曲面，参数方程通常形式为：x = f(u, v)y = g(u, v)z = h(u, v)其中，u和v为参数，f(u, v)、g(u, v)和h(u, v)是与参数u和v有关的函数。
通过不同的参数u和v的取值，可以得到曲面上的各个点，从而描述整个曲面。
举个例子，考虑球面的参数方程。
球面的方程为x² + y² + z² = r²，而参数方程为：x = r sinθ cosφy = r sinθ sinφz = r c osθ其中，r为球的半径，θ为极角，范围是0到π，φ为方位角，范围是0到2π。
数学知识点归纳曲线与曲面的性质与刻
数学知识点归纳曲线与曲面的性质与刻数学知识点归纳：曲线与曲面的性质与刻在数学中，曲线与曲面是常见的几何对象，它们具有许多独特的性质与刻画方法。
本文将对曲线与曲面的性质和刻画方法进行归纳总结。
一、曲线的性质与刻画曲线是二维几何对象，它可以用参数方程或者隐函数表示。
常见的曲线有直线、圆、椭圆等。
1. 直线直线是最简单的曲线，它具有以下性质：- 无限延伸性：直线没有起点和终点，可以无限延伸。
- 线段性质：直线上的两点可以唯一确定一条直线段。
- 斜率：直线的斜率表示了其倾斜程度，可以通过两点的坐标计算得到。
2. 圆圆是一个平面上距离圆心相等的点的轨迹，它具有以下性质：- 对称性：圆具有中心对称性，任意点与圆心的距离相等。
- 弧长与扇形面积：圆的弧长与扇形面积可以通过圆心角计算得到。
- 切线：圆上的切线与半径垂直。
3. 椭圆椭圆是平面上离两个固定点距离之和为常数的点的轨迹，它具有以下性质：- 中心：椭圆有一个中心点，是两个焦点的中点。
- 长短轴：椭圆有两个重要的参数，即长轴和短轴。
- 离心率：椭圆的离心率决定了其形状，范围在0到1之间。
二、曲面的性质与刻画曲面是三维几何对象，它可以用参数方程或者隐函数表示。
常见的曲面有球面、圆柱面、圆锥面等。
1. 球面球面是空间中到定点距离相等的点的轨迹，它具有以下性质：- 中心和半径：球面由一个中心点和半径确定。
- 表面积和体积：球面的表面积和体积可以通过半径计算得到。
- 切平面：球面上的切平面与法线垂直。
2. 圆柱面圆柱面是空间中直线与一个固定曲线平行移动形成的曲面，它具有以下性质：- 直母线：圆柱面上的任意一条直线与轴线平行。
- 侧面积和体积：圆柱面的侧面积和体积可以通过圆柱的高和底面积计算得到。
3. 圆锥面圆锥面是空间中直线与一个固定点旋转形成的曲面，它具有以下性质：- 顶点和母线：圆锥面由一个顶点和沿着一个直线运动的所有点组成。
- 侧面积和体积：圆锥面的侧面积和体积可以通过圆锥的高和底面积计算得到。
计算机图形学曲线和曲面
曲线构造方法
判断哪些是插值、哪些是逼近
曲线构造方法
插值法
线性插值：假设给定函数f(x)在两个不同点x1和x2的值，用 线形函数 ：y=ax+b，近似代替f(x)，称为的线性插值函 数。
插值法
抛物线插值(二次插值):
已知在三个互异点x1,x2,x3的函数值为y1,y2,y3，要求构造 函数 ￠ (x)=ax2+bx+c,使得￠(x)在xi处与f(x)在xi处的值相 等。
曲线曲面概述
自由曲线和曲面发展过程
自由曲线曲面的最早是出现在工作车间，为了获得特殊的曲线，人们 用一根富有弹性的细木条或塑料条（叫做样条），用压铁在几个特殊 的点（控制点）压住样条，样条通过这几个点并且承受压力后就变形 为一条曲线。人们调整不断调整控制点，使样条达到符合设计要求的 形状，则沿样条绘制曲线。
5.1.2 参数样条曲线和曲面的常用术语
在工程设计中，一般多采用低次的参数样条曲线。 这是因为高次参数样条曲线计算费时，其数学模型难于 建立且性能不稳定，即任何一点的几何信息的变化都有 可能引起曲线形状复杂的变化。
因此，实际工作中常采用二次或三次参数样条曲线，如： 二次参数样条曲线： P (t) = A0 + A1t + A2t2 三次参数样条曲线： P (t) = A0 + A1t + A2t2 + A3t3
a3
1 0] a2 a1 a0
三次参数样条曲线
P(k) a3 0 a2 0 a1 0 a0 P(k 1) a3 1 a2 1 a1 1 a0 P '(k) 3a3t2 2a2t a1 a1 P '(k 1) 3a3 2a2 a1
P0 0 0 0 1 a3
[建筑制图官方课件] 曲线和曲面
![[建筑制图官方课件] 曲线和曲面](https://img.taocdn.com/s3/m/2f5f92d6b14e852458fb5795.png)
第六章曲线和曲面§6-1曲线§6-2曲面的形成§6-3回转面§6-4非回转直纹曲面§6-5平螺旋面曲线的投影特性曲线由点运动而形成，分为平面曲线和空间曲线两大类。
凡曲线上所有点都在同一平面上的，称为平面曲线。
凡曲线上四个连续的点不在同一平面上的，称为空间曲线。
⒈曲线的割线和切线与曲线相交于两个点的直线，称为曲线的割线。
如图所示，割线CD与曲线AB相交于K、G两点。
进行投射时，割线的投影cd必与曲线的投影ab 交于K、G 两点的投影k和g。
当割线CD 绕其中一交点K转动并始终与曲线AB接触时，另一交点G 便沿着曲线经G１逐渐接近点K，最后与点K重合。
此时割线CD 变为切线EF，与曲线AB相切于点K。
它们的投影也从割线cd变为切线ef，与ab 相切于点k。
⒉曲线的交点和重影点曲线本身、或曲线与直线、或两曲线在某一点处相交，其投影也在该交点的投影处相交。
圆柱螺旋线当一个动点M 沿着一直线等速移动，而该直线同时绕与它平行的一轴线O 等速旋转，动点的轨迹是一根圆柱螺旋线。
直线旋转时形成一个圆柱面，圆柱螺旋线是该圆柱面上的一根空间曲线。
当直线旋转一周，回到原来位置时，动点M 移到位置M 1，在该直线上移动的距离MM 1，称为螺旋线的导程，以Ph 标记。
只要给出圆柱的直径Φ 、螺旋线的导程Ph 以及动点移动的方向，就能确定该圆柱螺旋线的形状。
M ●M 1●导程圆柱螺旋线OO§6-2曲面的形成圆柱面的形成圆锥面的形成球面的形成曲面是由直线或曲线在一定约束条件下运动而形成。
这根运动的直线或曲线，称为曲面的母线。
母线运动时所受的约束，称为运动的约束条件。
由于母线的不同，或者约束条件的不同，形成不同的曲面。
只要给出曲面的母线和母线运动的约束条件，就可以确定该曲面。
§6-3 回转面某由直母线或曲母线绕一轴线旋转而形成的曲面，称为回转面。
圆柱面例【教材例6-2】给出圆柱面上点A 的V 投影a′，求作它的其余两投影。
解析几何中的曲线与曲面方程性质
解析几何中的曲线与曲面方程性质在解析几何中，曲线和曲面是两个重要的概念。
它们在数学中有着广泛的应用，涉及到各个领域的问题。
本文将探讨解析几何中的曲线与曲面方程性质，包括曲线与曲面的定义、方程表示和性质。
一、曲线的定义与方程表示曲线是平面上的点的集合，它是由一系列点按照特定的规律排列而成。
曲线可以用方程表示，方程可以是显式方程或参数方程。
显式方程是指将变量的函数关系以解析的方式表达出来，参数方程则是将变量表示为某一参数的函数。
下面将分别介绍这两种表示方法。
1.1 显式方程表示对于平面上的曲线，可以使用显式方程表示。
一般地，曲线的显式方程可以表示为：F(x, y) = 0其中，F(x, y)是一个关于变量x和y的函数。
当F(x, y)等于0时，表示曲线上的点。
不同的函数F(x, y)对应不同的曲线形状，因此显式方程可以很好地描述平面上的曲线。
例如，对于一条直线，其显式方程可以表示为：ax + by + c = 0其中，a、b、c为常数，代表直线的斜率和截距。
通过合适的选择a、b、c的值，可以得到不同的直线。
1.2 参数方程表示除了显式方程表示，曲线还可以使用参数方程来描述。
参数方程可以将曲线上的点表示为参数的函数，通常用t来表示参数。
对于平面上的曲线，其参数方程可以表示为：x = f(t)y = g(t)其中，f(t)和g(t)是关于参数t的函数。
通过选择不同的函数f(t)和g(t)，可以得到不同形状的曲线。
例如，对于一条圆的参数方程可以表示为：x = r*cos(t)y = r*sin(t)其中，r代表半径，t代表角度。
通过改变r和t的取值范围，可以得到不同的圆。
二、曲线与曲面的性质曲线和曲面作为解析几何中的基本概念，具有很多重要的性质。
下面将探讨曲线与曲面的一些性质。
2.1 曲线的长度曲线的长度是指曲线路径的长度。
对于显式方程表示的曲线，可以使用线积分的方法来计算曲线的长度。
线积分的计算公式可表示为：L = ∫[a,b] √(1 + (dy/dx)²) dx其中，[a,b]是曲线上的一个区间，dy/dx表示曲线的斜率。
曲面与曲线知识点总结
曲面与曲线知识点总结一、曲线与曲面的基本概念曲线是在平面上的点按照特定的规则所组成的图形，而曲面则是在三维空间内的点按照特定的规则所组成的图形。
在数学上，我们可以用函数来描述曲线和曲面，从而研究它们的性质和特点。
1.1 曲线的性质曲线可以是直线、圆、椭圆、抛物线、双曲线等不同类型的图形。
我们可以通过曲线的方程以及参数方程来描述它的形状和位置。
曲线的长短、曲率、切线、法线等性质对于描述曲线的形态和特点至关重要。
1.2 曲面的性质曲面可以是球面、圆柱面、圆锥面、双曲面、抛物面等不同类型的图形。
我们可以用二元函数或者参数方程来描述曲面的形状和位置。
曲面的曲率、切线、法线等性质是研究曲面形态的重要工具。
1.3 直角坐标系和参数方程在研究曲线和曲面的性质时，我们可以使用直角坐标系、参数方程和极坐标系等不同的数学工具来描述它们的形态和位置关系。
不同的描述方法可以帮助我们更好地理解曲线和曲面的性质。
二、曲线的方程与性质曲线方程是研究曲线性质的重要工具，通过曲线方程我们可以得到曲线的形状、位置、长度、曲率等重要信息。
2.1 一元曲线的方程一元曲线的方程可以用直角坐标系的方程或者参数方程来表示。
常见的一元曲线包括直线、圆和椭圆、抛物线、双曲线等。
这些曲线都有各自的特点和性质，通过曲线方程我们可以了解它们的形状和位置关系。
2.2 二元曲线的方程二元曲线的方程可以用参数方程或者隐式方程来表示。
常见的二元曲线包括螺线、双曲线、阿基米德螺线等。
通过曲线方程我们可以了解二元曲线的性质和特点。
2.3 曲线的性质曲线的性质包括长度、曲率、切线、法线等重要内容。
通过曲线方程和导数的求解，我们可以求得曲线的长度、曲率和切线、法线等相关信息，从而了解曲线的形态和特点。
三、曲面的方程与性质曲面方程是研究曲面性质的重要工具，通过曲面方程我们可以得到曲面的形状、位置、曲率等重要信息。
3.1 一元曲面的方程一元曲面的方程可以用隐式方程或者参数方程来表示。
曲线与曲面方程
曲线与曲面方程曲线和曲面方程是数学中重要的概念，在几何学和微积分等领域有着广泛的应用。
本文将介绍曲线和曲面的定义、方程表示以及一些常见的曲线和曲面方程。
一、曲线的定义与方程表示在数学中，曲线可以简单地理解为平面或者空间中的一条连续路径。
曲线可以曲折、弯曲，也可以是直线。
曲线方程的表示方法有多种，下面将介绍常见的几种方式。
1. 参数方程参数方程是曲线方程的一种表示方法，通过指定一个或多个参数来描述曲线上的点。
例如，一个二维平面上的曲线可以用参数 t 来表示：x = x(t), y = y(t)。
通过改变参数 t 的取值范围，可以得到曲线上的各个点。
2. 一般方程一般方程是将曲线上的点的坐标表示为自变量的方程。
例如，平面上的一般曲线方程可以写成 F(x, y) = 0 的形式，其中 F(x, y) 是一个多项式函数。
该方程表示了所有满足条件 F(x, y) = 0 的点构成的曲线。
3. 极坐标方程极坐标方程是一种用极坐标来表示曲线的方程。
在极坐标系中，点的位置由距离和角度来确定。
例如，极坐标方程r = f(θ) 可以表示一个极坐标下的曲线。
二、常见的曲线方程在数学中，有许多重要的曲线方程，这里将介绍几个常见的曲线。
1. 直线方程直线是最简单的曲线形式，其方程可以用一般方程表示为 Ax + By+ C = 0，其中 A、B、C 是常数。
2. 抛物线方程抛物线是一类曲线，其方程可以用一般方程表示为 y = ax² + bx + c，其中 a、b、c 是常数。
3. 椭圆方程椭圆是一个闭合曲线，其方程可以用一般方程表示为 (x-h)²/a² + (y-k)²/b² = 1，其中 (h, k) 是椭圆的中心坐标， a、b 分别是椭圆的长短半轴。
4. 双曲线方程双曲线也是一个开口的曲线，其方程可以用一般方程表示为 (x-h)²/a² - (y-k)²/b² = 1，其中 (h, k) 是双曲线的中心坐标， a、b 分别是双曲线的长短半轴。
曲线与曲面的长度与面积
曲线与曲面的长度与面积在数学中，曲线与曲面是常见的几何概念，它们的长度与面积是我们研究的重点。
本文将探讨曲线与曲面的长度与面积计算方法，并举例说明。
一、曲线的长度计算对于平面曲线来说，我们可以使用弧长公式来计算其长度。
假设曲线方程为y=f(x)，其中a≤x≤b，那么曲线的长度L可以由以下积分求解：L = ∫[a,b]√[1+(f'(x))²]dx其中f'(x)表示曲线的导数。
通过求解上述积分，我们可以得到曲线的长度。
举例来说，考虑一条抛物线y=x²，其中-1≤x≤1。
我们可以计算出该曲线在给定范围内的长度。
首先求导得到f'(x)=2x，然后根据公式计算弧长：L = ∫[-1,1]√[1+(2x)²]dx通过计算上述积分，最终得到该抛物线在-1≤x≤1范围内的长度。
二、曲面的面积计算对于曲面来说，我们可以使用曲面面积公式来计算其面积。
假设曲面方程为z=f(x,y)，其中D为曲面在xy平面上的投影区域，那么曲面的面积S可以由以下积分求解：S = ∬[D]√[1+(fₓ(x,y))²+(fᵧ(x,y))²]dA其中fₓ(x,y)和fᵧ(x,y)分别表示曲面在x和y方向的偏导数，dA表示曲面元素的面积元。
举例来说，考虑一个半径为R的球面，其球心位于原点，那么球面方程可以表示为x²+y²+z²=R²。
我们可以计算出该球面的面积。
首先计算出fₓ(x,y)=fᵧ(x,y)=2z，然后根据公式计算曲面的面积：S = ∬[D]√[1+(2z)²]dA通过计算上述积分，最终得到该球面的面积。
综上所述，曲线与曲面的长度与面积可以通过数学方法计算得出。
这些计算公式为我们研究几何形体提供了有力的工具。
通过适当选择积分范围及运用相关计算方法，我们可以准确求解曲线与曲面的长度与面积问题。
这些计算结果对于实际应用中的建模、工程设计和科学研究等领域都具有重要的意义。
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l1′ 5′
1′
l2′ 6′
(2′)
2
l2 6
1 l1 5
6″ 3′ l2″ (4′) 2″ (4″)
5″ l1″
1″ (3″)
• 柱状面投影的投影
4
① l面画1′投出、影曲l表导1″示线和）L1l和。2、L2l的2′H、、Vl、2″W（投亦影可如用l1、两 ② 投画影导面平时面，P的则积PH聚可投以影不P画H。。若P平行于一 3 ③ 画出起、止素线和若干中间素线的三面
2、从两纬圆（顶圆、底圆）的 点A和B开始，各分为相同的等分， 如十二等分。 3、作出单叶双曲回转面的V投影 轮廓线。即引平滑曲线作为包络 线与各素线的V投影相切，这是双 曲线，在V投影中是可见与不可见 的分界线。前半曲面可见，后半 曲面不可见，素线的可见性与其 所属曲面的可见性相同。
1
11
b 12
当直线旋转一 周，回到原来位置 S 时，动点在该直线 上移动的距离（S） 叫导程。
S
11′ 10′ 9′ 8′
7′
7 8 9 10
11
12′ 6′
0′
6
12 0
5′
4′
3′
2′
1′
5 4 3
2 1
螺旋线的作图
• 由导圆柱直径D和导程S画出导圆柱 的H、V投影。 • 将H投影的圆分为若干等分（图中 为12等分）；根据旋向，注出各点的 顺序号，如0、1、2、3……12。 • 将V面上的导程投影s相应地分成 同样等分（图中12等分），自下向上 依次编号，如0、1、2、……12。 • 自H投影的各等分点0、1、 2……12向上引垂线，与过V面投影的 各同名分点1、2……引出的水平线相 交于0 ′、 1′、2′……12′。 • 将0 ′ 、1′、2′……12′各点 光滑连接即得螺旋线的V面投影，它 是一条正弦曲线。若画出圆柱面，则 位于圆柱面后半部的螺旋线不可见， 画成虚线。若不画出圆柱面，则全部 螺旋线（0 ′ 、１′～12′）均可 见，画成粗实线。 • 螺旋线的H投影与导圆柱的H投影 重合，为一圆。
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2、投影面垂直面上圆的投影
V o′
o1 o′
P
O
R
o
H
o
用换面法求正垂圆的H面投影
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3、圆柱螺旋线的投影 导圆柱
S
螺旋线
右螺旋线
左螺旋线
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形成：
一动点沿着一直 线等速移动，而该 直线同时绕与它平 行的一轴线等角速 旋转，动点的轨迹 就是一根圆柱螺旋 线。直线旋转时形 成圆柱面，叫导圆 柱，圆柱螺旋线是 圆柱面上的一根曲 线。
二、曲线的分类
1．平面曲线：曲线上所有的点都属于同一平面的称为平面 曲线。如圆、椭圆、双曲线、抛物线等。
2．空间曲线：曲线上任意连续四个点不属于同一平面的称 为空间曲线。如圆柱正螺旋线等。
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三、曲线的投影
1、任意曲线的投影：曲线是由点的运动而形成，只要作 出曲线上一系列点的投影，并将各点的同面投影依次光滑 地连接起来，即得该曲线的投影。
柱面的应用
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2、锥面
• 锥面的形成：一直母线沿一条曲导线连续运动，并始终通 过一定点而形成的曲面称为锥面。
• 锥面的投影
母线 导线
H
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锥面的应用
下斜斗
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裤叉三通
3、柱状面 • 柱状面的形成：
一直母线沿两条 曲导线滑动，并始终 平行于一个导平面而 形成的曲面。
由一系列纬圆，或一
系列素线（此例既有
b′
直素线，又有双曲线
素线）所组成。
• 母线的上、下端点A、
a
B形成的纬圆，分别称
作顶圆、底圆，母线
e
至轴线距离最近的一
点E所形成的纬圆，称
作颈圆。
b
a′
b′ a
b
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a′
作图步骤
b′6
5
7
4
9
10 11
88ຫໍສະໝຸດ 1a237
1
9
6
2
2
5
3
4
10
1、先作过母线两端点A、B的纬圆， 以轴线的H投影o为圆心，分别以 oa、ob为半径作圆，即为单叶双 曲回转面的顶圆、底圆的投影。
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§7-2 曲面
一、曲面的形成
母线 素线
轴（导线） 曲面可视为一条动线在空
间运动的轨迹。 母线——形成曲面的动线，
曲线或直线。 导点、导线、导面——控制
母线运动规律的点、线、面。 导线可以是 直线或曲线。导 面可以是平面或曲面。
素线——母线在曲面上任意的
一个停留位置
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二、曲面的分类
1、直线回转曲面
直母线AB绕平行 的轴线OO旋转形 成圆柱面
直母线SA绕 相交的轴线SO旋 转形成圆锥面
S
AO
直母线AB绕交叉 的轴线OO旋转形 成单叶双曲面
O
A
O B
O
B
A
O
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2、单叶双曲回转面的投影作图
颈圆半径 • 由于母线的每点回转
a′
的轨迹均是纬圆，母
线的任一位置都称为
e′
素线，所以回转面是
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5 双曲抛物面
投影。由于各素线是侧平线，宜先画出 其H或V投影，再画W投影。 ④ 画出曲面各投影的轮廓线。如素线Ⅴ Ⅵ是曲面的W投影的轮廓线，其W投影为 5″6″。
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• 柱状面的应用
柱状面
拱门
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管道
4、 锥状面 • 锥状面的形成
一直母线沿一直导线 和曲导线连续运动，同时 始终平行于一导平面，这 样形成的曲面称为锥状面。
H
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• 锥状面的投影
a′ b′
b″
a″
① 画出直导线AB、曲导线L的V、 H、W投影，导平面P∥V面，积聚投 影PH不必画出。
② 画若干素线的H、V、W投影。
由于各素线平行于V，它们的H投影
平行于OX轴，宜先画H投影，再画V
投影。
b
③ 画锥状面的V投影轮廓线。
a
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锥状面的应用——屋面
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四、非回转直线曲面
• 1、柱面 • 柱面的形成：一直线沿着
一曲导线移动，并始终平 行于一直导线而形成的曲 面称为柱面。曲导线可以 是闭合的或不闭合的，
A
B
H
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a′ b′ b
a
柱面的投影
• 画直导线AB 和曲导线的H、 V投影
• 画出柱面轮 廓素线的V、 H投影
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母线作规则运动形成规则曲面，作不规则运动形成不规 则曲面。
曲面
回转曲面 非回转曲面
直线回转面 可展曲面（如圆柱面、圆锥面） 不可展曲面（如单叶双曲面）
曲线回转面—— 不可展曲面（如圆球面） 可展曲面（如柱面、锥面）
直线面 不可展曲面（如双曲抛物面）
曲线面—不可展曲面（如自由曲面）
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三、回转曲面