☰

3D-Würfel mit Oberfläche

tag-icon • tag-icon tikz-pgf
3D-Würfel mit Oberfläche

Ich möchte eine Einheitsschale zeichnen, die die Anordnung der Atome wie hier gezeigt zeigt. (Zumdahl, Chemical Principles, 5. Aufl., Houghton Mifflin, S. 773.)

Ich habe mir den folgenden Code ausgedacht, der die Atomflächen (die Würfel oben) zeichnet. Er basiert auf der Idee, dass man eine Würfelfläche nur einmal definieren muss: Dann kann man sie schräg stellen, um die anderen Flächen zu zeichnen. Ich habe jedoch keine Ahnung, wie ich die Schattierungen (die abgeschnittenen Kugeln) (mathematisch) zeichnen soll. Vorschläge?

Wenn möglich, verwenden Sie die Idee, nur eine Kabinenseite zu definieren. Das ist sehr praktisch, da ich alle obigen Beispiele und möglicherweise noch mehr zeichnen muss (ich habe dem Beispiel zwei Seiten hinzugefügt). Wenn dies jedoch nicht möglich ist, sind andere Lösungen willkommen. Die Lösung kann nicht gedreht werden.

\documentclass{minimal}
\usepackage{tikz}
\begin{document}

\begin{tikzpicture}
\pgfmathsetmacro{\D}{4}
\pgfmathsetmacro{\halfD}{\D/2}

\newcommand{\mycubicleface}{
    \pgfmathsetmacro{\R}{\D/2}
    \draw [fill=blue!30] (0,\R) arc [start angle=90, end angle=0, radius=\R] -- +(-\R,0);
    \draw [fill=blue!30] (0,\R) arc [start angle=-90, end angle=0, radius=\R] -- +(-\R,0);
    \draw [fill=blue!30] (\D,\R) arc [start angle=-90, end angle=-180, radius=\R] -- +(\R,0);
    \draw [fill=blue!30] (\D,\R) arc [start angle=90, end angle=180, radius=\R] -- +(\R,0);
    \draw (0,0) rectangle +(\D,\D);
}

%\newcommand{\mycubicleface}{
%   \pgfmathsetmacro{\R}{\D/sqrt(8)}    
%   \draw [fill=blue!30] (\D/2,\D/2) circle [radius=\R];
%   \draw [fill=blue!30] (0,\R) arc [start angle=90, end angle=0, radius=\R] -- +(-\R,0);
%   \draw [fill=blue!30] (0,\D - \R) arc [start angle=-90, end angle=0, radius=\R] -- +(-\R,0);
%   \draw [fill=blue!30] (\D,\D - \R) arc [start angle=-90, end angle=-180, radius=\R] -- +(\R,0);
%   \draw [fill=blue!30] (\D,\R) arc [start angle=90, end angle=180, radius=\R] -- +(\R,0);
%   \draw (0,0) rectangle +(\D,\D);
%}

\begin{scope}[yslant=-.5]
    \mycubicleface
\end{scope}
\begin{scope}[xshift=\D cm, yshift=-\halfD cm, yslant=.5]
    \mycubicleface
\end{scope}
\begin{scope}[xshift=\D cm, yshift=\halfD cm, yslant=.5, xslant=-1]
    \mycubicleface
\end{scope}

\end{tikzpicture}
\end{document}

Antwort1

Dies ist der Gegenwert Ihres Ergebnisses.

Die Idee stammt vondieses Beispieldas zeichnet einige Meridiane/Breitenkreise auf eine Kugel. Anstatt diese Bögen zu zeichnen, verwende ich sie als Beschneidungspfad.Einige Arbeitenwerden benötigt um die Bögen miteinander zu verbinden.

\documentclass[tikz]{standalone} 
\usepackage{tikz,spath}
    \usetikzlibrary{calc,fadings}

\newcommand\pgfmathsinandcos[3]{
    \pgfmathsetmacro#1{sin(#3)}\pgfmathsetmacro#2{cos(#3)}}

\newcommand\LongitudePlane[3][current plane]{
    \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2}\pgfmathsinandcos\sint\cost{#3}
    \tikzset{#1/.style={cm={\cost,\sint*\sinEl,0,\cosEl,(0,0)}}}}

\newcommand\LatitudePlane[3][current plane]{%
    \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2}\pgfmathsinandcos\sint\cost{#3}
    \pgfmathsetmacro\yshift{\cosEl*\sint}
    \tikzset{#1/.style={cm={\cost,0,0,\cost*\sinEl,(0,\yshift)}}}}

\newcommand\ClipLongitudeCircle[2]{
    \LongitudePlane\angEl{#1}
    \pgfmathsetmacro\angVis{atan(sin(#1)*cos(\angEl)/sin(\angEl))}
    \path[save path=\tmppath,current plane](\angVis:\R)arc(\angVis:\angVis+180:\R);
    \pgfoonew\patha=new spath(\tmppath)
    \pgfmathsetmacro\angVis{-atan(sin(\angEl)*cos(#1)/sin(#1))}
    \path[save path=\tmppath](-90+\angVis:\R)arc(-90+\angVis:#2180-90+\angVis:\R);
    \pgfoonew\pathb=new spath(\tmppath)
    \patha.concatenate with lineto(,\pathb)\patha.close()\patha.use path with tikz(clip)}

\newcommand\ClipLatitudeCircle[2]{
    \LatitudePlane{\angEl}{#1}
    \path[save path=\tmppath,current plane](-180:\R)arc(-180:0:\R);
    \pgfoonew\patha=new spath(\tmppath)
    \path[save path=\tmppath](0:\R)arc(0:#2180:\R);
    \pgfoonew\pathb=new spath(\tmppath)
    \patha.concatenate with lineto(,\pathb)\patha.close()\patha.use path with tikz(clip)}

\newcommand\EighthSphere[3]{
    \ClipLongitudeCircle{45-\angPh}{#1}
    \ClipLongitudeCircle{135-\angPh}{#2}
    \ClipLatitudeCircle{0}{#3}
    \fill[ball color=white](0,0)circle(\R);}

\begin{document}
\def\R{6} % sphere radius
\def\angEl{20} % elevation angle in interval [1,89]
\def\angPh{10} % phase angle in interval [-44,44]
\pgfmathsetmacro\uofx{cos(-135-\angPh)}
\pgfmathsetmacro\vofx{sin(-135-\angPh)*sin(\angEl)}
\pgfmathsetmacro\uofy{cos(-45-\angPh)}
\pgfmathsetmacro\vofy{sin(-45-\angPh)*sin(\angEl)}
\pgfmathsetmacro\uofz{0}
\pgfmathsetmacro\vofz{cos(\angEl)}
\begin{tikzpicture}
    \begin{scope}[x={(\uofx cm,\vofx cm)},y={(\uofy cm,\vofy cm)},z={(\uofz cm,\vofz cm)}]
        \path(-6,-6,-6)coordinate(A){}(6,6,6)coordinate(B){};
        \path(6,-6,-6)coordinate(P){}(6,6,-6)coordinate(Q){}(-6,6,-6)coordinate(R){}
             (-6,6,6)coordinate(S){}(-6,-6,6)coordinate(T){}(6,-6,6)coordinate(U){};
    \end{scope}
    \path(-12,-12)(12,12);
    \draw(P)--(Q)--(R)--(S)--(T)--(U)--cycle;
    \clip(P)--(Q)--(R)--(S)--(T)--(U)--cycle;
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(A)}]
        \EighthSphere{+}{-}{+}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(P)}]
        \EighthSphere{+}{+}{+}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(R)}]
        \EighthSphere{-}{-}{+}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(T)}]
        \EighthSphere{+}{-}{-}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(Q)}]
        \EighthSphere{-}{+}{+}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(S)}]
        \EighthSphere{-}{-}{-}
    \end{scope}
    \begin{scope}[transform canvas={shift=(U)}]
        \EighthSphere{+}{+}{-}
    \end{scope}
\end{tikzpicture}
\end{document}

Antwort2

Hier ist es endlich! Sie können alle drei Würfel erstellen, indem Sie den folgenden Code kommentieren und die Kommentierung aufheben.

Die Antwort ist im Wesentlichendie Antwort von Symbol 1spath, nur geändert. Beachten Sie, dass Sie das Paket manuell installieren müssenwie hier mitgeteilt.

Die kommentierten Abschnitte im Code dienen der Fehlerbehebung (Zeichnen der zu beschneidenden Pfade).

Das Endergebnis ist zufriedenstellend. Beachten Sie jedoch die falsche Stapelung und Schattierung im mittleren Bild mit den beiden Halbkugeln.

Bildbeschreibung hier eingeben

\documentclass[tikz]{standalone} 
\usepackage{spath}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{calc}
\usetikzlibrary{fadings}

\begin{document}

% Source: LaTeX-Community.org 
%         <http://www.latex-community.org/viewtopic.php?f=4&t=2111>
\begin{tikzpicture}
\newcommand\pgfmathsinandcos[3]{%
  \pgfmathsetmacro#1{sin(#3)}%
  \pgfmathsetmacro#2{cos(#3)}%
}
\newcommand\LongitudePlane[3][current plane]{%
  \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2} % elevation
  \pgfmathsinandcos\sint\cost{#3} % azimuth
  \tikzset{#1/.style={cm={\cost,\sint*\sinEl,0,\cosEl,(0,0)}}}
}
\newcommand\LatitudePlane[3][current plane]{%
  \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2} % elevation
  \pgfmathsinandcos\sint\cost{#3} % latitude
  \pgfmathsetmacro\yshift{\cosEl*\sint}
  \tikzset{#1/.style={cm={\cost,0,0,\cost*\sinEl,(0,\yshift)}}}
}

%\newcommand\DrawLongitudeCircle[2][4]{
%  \LongitudePlane{\angEl}{#2}
%%  \tikzset{current plane/.prefix style={scale=#1}}
%   % angle of "visibility"
%  \pgfmathsetmacro\angVis{atan(sin(#2)*cos(\angEl)/sin(\angEl))}
%  \draw[current plane, blue] (\angVis:\R) arc (\angVis:\angVis+180:\R);
%  \draw[current plane, blue] (\angVis-180:\R) arc (\angVis-180:\angVis:\R);
%}

%\newcommand\DrawLatitudeCircle[2][5]{
%  \LatitudePlane{\angEl}{#2}
%%  \tikzset{current plane/.prefix style={scale=#1}}
%%  \pgfmathsetmacro\sinVis{sin(#2)/cos(#2)*sin(\angEl)/cos(\angEl)}
%%  % angle of "visibility"
%%  \pgfmathsetmacro\angVis{asin(min(1,max(\sinVis,-1)))}
%  \draw[current plane, red] (\angVis:\R) arc (\angVis:-\angVis-180:\R);
%  \draw[current plane, red] (180-\angVis:\R) arc (180-\angVis:\angVis:\R);
%}

\newcommand\ClipLongitudeCircle[2]{
    \LongitudePlane{\angEl}{#1}
    \pgfmathsetmacro\angVis{atan(sin(#1)*cos(\angEl)/sin(\angEl))}
    \path[save path=\tmppath, current plane] (\angVis:\R) arc (\angVis:\angVis+180:\R); % current plane transformation
    \pgfoonew\patha=new spath(\tmppath)
    \pgfmathsetmacro\angVis{-atan(sin(\angEl)*cos(#1)/sin(#1))}
    \path[save path=\tmppath] (-90+\angVis:\R) arc (-90+\angVis:#2 180-90+\angVis:\R); % no coordinate transform (no current plane)
    \pgfoonew\pathb=new spath(\tmppath)
    \patha.concatenate with lineto(,\pathb)
    \patha.close()
    \patha.use path with tikz(clip)
%   \patha.use path with tikz(fill=magenta, opacity=.2)
%   \patha.use path with tikz(draw=magenta, very thick)
}

\newcommand\ClipLatitudeCircle[2]{
    \LatitudePlane{\angEl}{#1}
    \path[save path=\tmppath,current plane] (-180:\R) arc (-180:0:\R);
    \pgfoonew\patha=new spath(\tmppath)
    \path[save path=\tmppath] (0:\R) arc (0:#2 180:\R);
    \pgfoonew\pathb=new spath(\tmppath)
    \patha.concatenate with lineto(,\pathb)
    \patha.close()
    \patha.use path with tikz(clip)
%   \patha.use path with tikz(fill=cyan, opacity=.2)
%   \patha.use path with tikz(draw=cyan, very thick)
}

\newcommand\ClippedEightSphere[4]{
\begin{scope}[transform canvas={shift=(#4)}]
    \ClipLongitudeCircle{45-\angPh}{#1}
    \ClipLongitudeCircle{135-\angPh}{#2}
    \ClipLatitudeCircle{0}{#3}
    \fill[ball color=white] (0,0) circle (\R);
\end{scope}}

\newcommand\ClippedLatitudeSphere[3]{
\begin{scope}[transform canvas={shift=(#1)}]
    \LatitudePlane{\angEl}{#2}
    \ClipLatitudeCircle{0}{#3}
    \fill[ball color=white] (0,0) circle [radius=\R];
\end{scope}}

\newcommand\ClippedLongitudeSphere[3]{
\begin{scope}[transform canvas={shift=(#1)}]
    \LongitudePlane{\angEl}{#2}
    \ClipLongitudeCircle{#2}{#3}
    \fill[ball color=white] (0,0) circle [radius=\R];
\end{scope}}

\newcommand\DrawLongitudeArc[4]{
    \LongitudePlane{\angEl}{#2}
    \begin{scope}[current plane, transform canvas={shift=(#1)}]
    \fill [cyan] (0,0) -- ++(#3:\R) arc [start angle=#3, delta angle=#4, radius=\R] -- cycle;
    \draw ++(#3:\R) arc [start angle=#3, delta angle=#4, radius=\R];
    \end{scope}}

\newcommand\DrawLatitudeArc[4]{
    \LatitudePlane{\angEl}{#2}
    \begin{scope}[current plane, transform canvas={shift=(#1)}]
    \fill [cyan] (0,0) -- ++(#3:\R) arc [start angle=#3, delta angle=#4, radius=\R] -- cycle;
    \draw ++(#3:\R) arc [start angle=#3, delta angle=#4, radius=\R];
    \end{scope}}



    \def\D{8} % cubic side length
%   \pgfmathsetmacro\R{\D/2} % sphere radius
    \pgfmathsetmacro\R{sqrt(2)/4*\D} % sphere radius
%   \pgfmathsetmacro\R{sqrt(3)/4*\D} % sphere radius
    \def\angEl{20} % elevation angle in interval [1,89]
    \def\angPh{10} % phase angle in interval [-44,44]
    \pgfmathsetmacro\uofx{cos(-135-\angPh)}
    \pgfmathsetmacro\vofx{sin(-135-\angPh)*sin(\angEl)}
    \pgfmathsetmacro\uofy{cos(-45-\angPh)}
    \pgfmathsetmacro\vofy{sin(-45-\angPh)*sin(\angEl)}
    \pgfmathsetmacro\uofz{0}
    \pgfmathsetmacro\vofz{cos(\angEl)}

    % The coordinates of the cube
    \begin{scope}[x={(\uofx cm,\vofx cm)}, y={(\uofy cm,\vofy cm)}, z={(\uofz cm,\vofz cm)}]
    \coordinate (C1) at (\D,0,0);
    \coordinate (C2) at (\D,0,\D);
    \coordinate (C3) at (0,0,\D);
    \coordinate (C4) at (0,\D,\D);
    \coordinate (C5) at (0,\D,0);
    \coordinate (C6) at (\D,\D,0);
    \coordinate (C7) at (0,0,0);
    \coordinate (C8) at (\D,\D,\D);
%    \foreach \n in {1,2,...,8} \node at (C\n) {C\n};

    \coordinate (C0) at ($(C2)!.5!(C5)$);
    \coordinate (S1) at ($(C2)!.5!(C6)$);
    \coordinate (S2) at ($(C2)!.5!(C4)$);
    \coordinate (S3) at ($(C8)!.5!(C5)$);
    \coordinate (S4) at ($(C6)!.5!(C7)$);
    \coordinate (S5) at ($(C1)!.5!(C3)$);
    \coordinate (S6) at ($(C5)!.5!(C3)$);
    \end{scope}

    % Draw the clipped spheres
    \ClippedEightSphere{+}{-}{+}{C7}
    \ClippedLongitudeSphere{S5}{45-\angPh}{+}
    \ClippedLongitudeSphere{S6}{135-\angPh}{-}
    \ClippedLatitudeSphere{S4}{0}{+}

    \ClippedEightSphere{-}{+}{-}{C8}
    \ClippedEightSphere{+}{-}{-}{C3}
    \ClippedEightSphere{+}{+}{-}{C2}
%   \fill[ball color=white] (C0) circle [radius=\R];
    \ClippedEightSphere{-}{-}{-}{C4}
    \ClippedEightSphere{+}{+}{+}{C1}
    \ClippedEightSphere{-}{-}{+}{C5}
    \ClippedEightSphere{-}{+}{+}{C6}

    % Draw the half spheres
    \ClippedLatitudeSphere{S2}{0}{-}
    \ClippedLongitudeSphere{S3}{45-\angPh}{-}
    \ClippedLongitudeSphere{S1}{135-\angPh}{+}
    \DrawLatitudeArc{S2}{0}{0}{360}
    \DrawLongitudeArc{S1}{135-\angPh}{0}{360}
    \DrawLongitudeArc{S3}{45-\angPh}{0}{360}

    % Draw the Arcs
    \DrawLongitudeArc{C1}{135-\angPh}{90}{90}
    \DrawLongitudeArc{C2}{135-\angPh}{-90}{-90}
    \DrawLongitudeArc{C4}{45-\angPh}{-90}{-90}
    \DrawLongitudeArc{C5}{45-\angPh}{90}{90}
    \DrawLongitudeArc{C6}{135-\angPh}{90}{-90}
    \DrawLongitudeArc{C6}{45-\angPh}{90}{-90}
    \DrawLongitudeArc{C8}{135-\angPh}{-90}{90}
    \DrawLongitudeArc{C8}{45-\angPh}{-90}{90}
    \DrawLatitudeArc{C2}{0}{45-\angPh}{-90}
    \DrawLatitudeArc{C3}{0}{-45-\angPh}{-90}
    \DrawLatitudeArc{C4}{0}{135-\angPh}{90}
    \DrawLatitudeArc{C8}{0}{135-\angPh}{-90}

    % Draw the cube
    \draw (C1)--(C2)--(C3)--(C4)--(C5)--(C6)--cycle;
    \draw (C2)--(C8)--(C6);
    \draw (C8)--(C4);

    % Radius node
    \coordinate (r) at ($(C2) - (\R/10,0)$);
    \LongitudePlane{\angEl}{135-\angPh}
    \draw [<->, current plane] (r) -- node [left] {$r$} +(-90:\R);

\end{tikzpicture}

verwandte Informationen