Méthodes constructives de la géométrie spatiale
Alan Rüegg
Guido Burmeister
Presses Polytechniques et Universitaires Romandes
Avant-proposV
I Représentation plane d'objets spatiaux : perspective, axonométrie, méthode de Monge1
1 Introduction
3
1.1 Représentations d'objets spatiaux dans un plan3
1.2 Système de coordonnées dans l'espace4
1.3 Deux exemples de représentation6
1.3.1 Projection cotée6
1.3.2 Axonométrie aérienne7
2 Généralités
9
2.1 Projections9
2.1.1 Définitions9
2.1.2 Projections et vision humaine10
2.1.3 Projection d'un objet spatial11
2.1.4 Propriétés des projections12
2.1.5 Remarque14
2.2 Ombres14
2.2.1 Définitions14
2.2.2 Exemple16
2.2.3 Remarque17
3 Représentations en projection parallèle
19
3.1 Axonométrie aérienne19
3.1.1 Définition et propriétés19
3.1.2 Représentation du point21
3.2 Axonométrie cavalière22
3.2.1 Définition et propriétés22
3.2.2 Exemples23
3.3 Définition générale de l'axonométrie24
3.3.1 Théorème de Pohlke24
3.3.2 Axonométrie orthogonale25
3.4 Méthode de Monge26
3.4.1 Définition et propriétés26
3.4.2 Exemples27
3.4.3 Remarques28
4 Constructions élémentaires en axonométries aérienne et cavalière
29
4.1 Représentation de la droite29
4.1.1 Généralités29
4.1.2 Exemple30
4.1.3 Positions particulières d'une droite31
4.2 Représentation du plan31
4.2.1 Généralités31
4.2.2 Construction des traces d'un plan33
4.3 Problèmes d'intersection et de position34
4.3.1 Droites et plans parallèles34
4.3.2 Intersection d'une droite et d'un plan35
4.3.3 Points et droites contenus dans un plan37
4.3.4 Intersection de deux plans38
4.3.5 Visibilité38
4.4 Application à la construction d'ombres portées39
4.4.1 Introduction39
4.4.2 Exemples39
4.4.3 Remarques41
4.5 Recherche de vraies grandeurs, problèmes métriques42
4.5.1 Introduction42
4.5.2 Segment de droite AB dans II143
4.5.3 Segment de droite AB en position quelconque43
4.5.4 Angle d'inclinaison d'une droite45
4.5.5 Angle d'inclinaison d'un plan45
4.5.6 Remarques46
4.6 Rappel sur l'affinité47
4.6.1 Affinité plane47
4.6.2 Propriétés principales48
4.7 Affinité et problèmes métriques51
5 Constructions élémentaires en méthode de Monge
53
5.1 Représentation de la droite53
5.2 Représentation du plan55
5.3 Problèmes de position56
5.3.1 Droites contenues dans un plan56
5.3.2 Points contenus dans un plan57
5.3.3 Plan défini par trois points non alignés57
5.3.4 Droites et plans parallèles58
5.4 Problèmes d'intersection59
5.4.1 Intersection d'un plan quelconque et d'une droite verticale59
5.4.2 Intersection d'une droite quelconque et d'un plan vertical59
5.4.3 Intersection d'une droite et d'un plan quelconques59
5.4.4 Intersection de deux plans quelconques60
5.4.5 Remarque60
5.5 Recherche de vraies grandeurs, problèmes métriques61
5.5.1 Segment de droite61
5.5.2 Angle d'inclinaison d'une droite62
5.5.3 Angle d'inclinaison d'un plan62
5.5.4 Figure plane63
5.6 Compléments64
5.6.1 Introduction d'un nouveau plan de projection64
5.6.2 Affinité entre les deux projections d'une figure plane65
6 Perspective
67
6.1 Introduction67
6.2 Concepts de base68
6.2.1 Définitions68
6.2.2 Image perspective d'un objet spatial70
6.3 Construction d'une perspective : méthode radiale71
6.3.1 Choix du plan de dessin71
6.3.2 Construction de l'image perspective P' d'un point P71
6.3.3 Translation du tableau II73
6.3.4 Exemple74
7 Méthode des points de fuite
77
7.1 Points de fuite77
7.1.1 Observations77
7.1.2 Définitions77
7.2 Image perspective d'une droite79
7.2.1 Généralités79
7.2.2 Droite horizontale79
7.2.3 Droite en position générale80
7.2.4 Cas particuliers82
7.2.5 Angle formé par deux droites horizontales83
7.3 Image perspective d'un objet spatial84
7.3.1 Démarche générale84
7.3.2 Image perspective d'un point isolé85
7.3.3 Remarques86
7.3.4 Perspective inverse87
7.4 Vue d'angle et vue de front88
7.5 Disposition différente des projections d'un objet89
8 Problèmes métriques en perspective
91
8.1 Introduction91
8.2 Division proportionnelle d'un segment de droite93
8.2.1 Segment de droite dans II193
8.2.2 Cas particulier : construction du milieu d'un segment de droite dans II194
8.2.3 Autres positions d'un segment de droite95
8.3 Application à la construction de reflets96
8.3.1 Loi de la réflexion96
8.3.2 Reflet dans un miroir vertical97
8.3.3 Reflet dans un plan d'eau99
8.4 Vraie longueur d'un segment de droite100
8.4.1 Segment de droite dans II1100
8.4.2 Exemple101
8.4.3 Segment de droite en position verticale102
8.4.4 Généralisation103
8.5 Vraie grandeur d'un angle104
8.5.1 Angle horizontal104
8.5.2 Angle vertical104
8.5.3 Angle en position quelconque105
9 Problèmes divers en perspective
107
9.1 Déformations en perspective107
9.2 Espace du terrain et espace virtuel108
9.3 Problèmes d'ombres110
9.3.1 Introduction110
9.3.2 Ombres en lumière artificielle110
9.3.3 Ombres en lumière solaire112
9.4 Points de fuite inaccessibles114
9.5 Problèmes de restitution116
9.5.1 Introduction116
9.5.2 Notions de base117
9.5.3 Exemples118
9.5.4 Choix de la ligne de terre120
9.5.5 Compléments121
9.6 Perspective directe122
9.6.1 Concepts de base122
9.6.2 Exemple123
9.6.3 Remarque124
9.7 Perspective et vision humaine124
10 Perspective plafonnante et plongeante
125
10.1 Introduction125
10.2 Notions de base127
10.3 Exemples129
10.3.1 Perspective plafonnante129
10.3.2 Perspective plongeante132
II Représentation de surfaces courbes135
11 Généralités sur les surfaces courbes
137
11.1 Introduction137
11.2 Modes de génération de surfaces courbes139
11.3 Concepts de base143
11.3.1 Définition et classification des surfaces courbes143
11.3.2 Plan tangent144
11.4 Représentation plane d'une surface courbe145
11.4.1 Introduction145
11.4.2 Contours d'une surface courbe145
11.4.3 Courbes remarquables sur une surface147
11.4.4 Ombres et contours apparents149
12 Surfaces de révolution en projection parallèle
151
12.1 Introduction151
12.2 Axonométrie aérienne et cavalière152
12.2.1 Tour cylindrique152
12.2.2 Cylindre en axonométrie aérienne153
12.2.3 Cône en axonométrie cavalière154
12.2.4 Sphère en axonométrie aérienne155
12.3 Méthode de Monge156
12.3.1 Cône de révolution156
12.4 Problèmes d'ombres157
12.4.1 Lumière solaire157
12.4.2 Lumière artificielle160
12.5 Intersection de surfaces161
12.5.1 Introduction161
12.5.2 Méthode de construction générale162
12.5.3 Cas particulier : section plane d'une surface courbe163
13 Surfaces de révolution en perspective
165
13.1 Introduction165
13.2 Représentation elliptique de cercles horizontaux165
13.3 Représentation d'objets comprenant des cercles horizontaux168
13.4 Représentation d'objets comprenant des cercles verticaux170
13.5 Image perspective du cercle171
13.6 Représentation perspective de la sphère173
13.7 Problèmes d'ombre174
13.8 Quelques constructions relatives aux coniques176
13.9 Complément178
14 Surfaces réglées
179
14.1 Généralités179
14.1.1 Définition179
14.1.2 Classification des surfaces réglées180
14.1.3 Quadriques182
14.1.4 Surfaces développables182
14.2 Paraboloïde hyperbolique (p.h.)183
14.2.1 Généralités183
14.2.2 Le paraboloïde hyperbolique comme surface de couverture184
14.2.3 Sections planes d'un paraboloïde hyperbolique185
14.3 Hyperboloïde de révolution à une nappe186
III Annexes : rappels de géométrie plane et spatiale189
A Ellipse
191
A.1 Définitions et propriétés principales191
A.2 Constructions d'ellipses193
A.2.1 Généralités193
A.2.2 Ellipse donnée par ses axes194
A.2.3 Ellipse donnée par deux diamètres conjugués195
A.2.4 Autres constructions197
B Coniques
199
B.1 Introduction199
B.2 Définitions199
B.3 Sections planes d'une surface conique201
B.4 Démonstration pour le cas elliptique202
B.5 Application à un problème d'ombre203
B.6 Constructions relatives aux coniques204
B.7 Images perspectives des coniques206
C Géométrie analytique
211
C.1 Introduction211
C.2 Le paraboloïde hyperbolique213
C.3 L'hyperboloïde de révolution à une nappe214
Bibliographie217
Index219