目的
擺線是我們在向量分析與微分幾何中所學到的一種平面曲線。在 MathCurve 中,我們發現了幾種由擺線所衍生的曲線。本研究的主題是內擺線(hypocycloids),這種曲線是由一個大圓和一個小圓相切並互動形成的。
具體而言,我們首先在小圓上選擇一個固定點,然後讓小圓以內切的方式沿著大圓的圓周滾動。這個過程中,固定點的運動軌跡所形成的曲線就是內擺線。本研究的目標是推廣這種由兩個圓形成的內擺線,以及計算它們的軌跡。以下為示意圖:
研究成果
同學設計出一種演算法,在給定內曲線和外曲線的參數式情況下,計算出內擺線軌跡。
為方便觀察,以下為內曲線在外曲線內滾動後形成內擺線的動畫。
圖形使用者介面
同學們完成了內擺線軌跡的計算演算法後,我們設計了一個圖形使用者界面(GUI)來使這一過程更加直觀和易用。這個GUI的主要功能是透過使用「拉曲線」的方式來設計所需的內曲線和外曲線,並且能夠生成相應的參數式。為了實現這一功能,我們利用了Python中的PyQt套件,同時選用了B-spline來進行曲線的擬合。
這個GUI不僅使得內擺線軌跡的設計更加直觀和方便,而且為使用者提供了一個直觀的界面來進行實時的參數調整和曲線預覽。通過PyQt的使用,我們實現了界面的開發和設計,使得使用者可以通過簡單的操作就能夠設計出他們需要的曲線形狀。以下為利用此GUI拉出來的曲線。