康威多面體表示法




此圖顯示了從立方體上的三種康威多面體表示運算,可產生11種新的多面體。新的多面體投影在正方體上一顯示其拓撲變化,以便更清楚。頂點都標有圓圈的所有形式。


康威多面體表示法是用來描述多面體的一種方法。 一般是用種子多面體(seed)為基礎並標示對種子多面體做的操作或運算。


種子多面體一般都為正多面體或正多邊形密鋪,表示的字母則取他們名字的第一個字母,例如:


  • T = 正四面體 (Tetrahedron)

  • C = 正方體 (Cube)

  • O = 正八面體 (Octahedron)

  • D = 正十二面體 (Dodecahedron)

  • I = 正二十面體 (Icosahedron)

  • H = 正六邊形密鋪 (Hexagonal tiling)

  • Q = 正四邊形密鋪 ( Quadrille = Square tiling)

  • Δ = 正三角形密鋪 ( Deltille = Triangular tiling)

另外柱體和錐體也可以作為種子,並以它是底面邊數加一個字母表示:


  • P = 柱體 (Prism)

  • A = 反稜柱 (Antiprism)

  • Y = 錐體 (Pyramid)

  • J = 詹森多面體 (Johnson solid)

例如種子“P5”是指五角柱、“P817”是指817角柱、“Y6”是指六角錐、“J86”是指球形屋根、“A86”是指反86角柱。


任何凸多面體皆可以當作種子,前提是它可以執行操作或運算。


何頓·康威提出這個想法, 就像克卜勒的截角定義,建立相關的多面體相同的對稱性。 它的多面體表示法能從正多面體種子表示所有阿基米德立體、半正多面體和卡塔蘭立體。 在一系列的應用中,康威多面體表示法可以產生許多高階多面體。




目录





  • 1 多面體的運算


  • 2 例子


  • 3 生成標準種子


  • 4 康威的符號擴展

    • 4.1 詹森多面體擴展


    • 4.2 其它的擴展



  • 5 幾何座標的衍生形式

    • 5.1 密鋪


    • 5.2 幾何體



  • 6 其他多面體

    • 6.1 四面體對稱


    • 6.2 八面體對稱


    • 6.3 二十面體對稱

      • 6.3.1 菱形


      • 6.3.2 三角形


      • 6.3.3 對偶


      • 6.3.4 手性


      • 6.3.5 手性對偶




  • 7 參見


  • 8 外部链接和参考文獻




多面體的運算


下面列出康威多面體表示法中,多面體的運算符號,那些運算通常類似幾何變換,並以 (v,e,f) 表示進行該運算或操作後多面體的變化。































































































































































基本操作
運算符範例運算符號名稱別名英文名替代
同構
頂點描述例子
Conway C.png原像Seed
vef來源種子
dConway dC.png對偶dual
fev產生對偶多面體-每個頂點創建一個新的面,或面的重心當作新的頂點。
aConway aC.png截半ambo
e2e2 + e
邊是新的頂點,舊的頂點消失,或將邊的中點當作新的頂點。(rectify)
jConway jC.png會合join
da
e + 2
2e
e每個面都加入上當高的錐體,使相鄰面的錐體各有一面互相共面,形成四邊形。
tConway tC.png截角
truncate
dkd2e
3e

e + 2
截去所有頂點
conjugate kis

kConway kC.pngn角化
kis
dtd
e + 2
3e
2e
每個面都加入角錐.
iConway dkC.png過截角雙截角--
dk2e
3e

e + 2
Dual of kis. (bitruncation)
nConway kdC.png----
kd
e + 2
3e
2e
Kis of dual
eConway eC.png小斜方
擴展英语Expansion (geometry)
expand

aa = aj
2e
4e
2e + 2在每個頂點建立新的面,並在各邊建立四邊形。 (cantellate)
oConway oC.png正交菱形
鳶形
有時作
四角化

ortho

de = ja = jj
2e + 24e
2e
每個n邊形面被分割成n個四邊形。
bConway bC.png大斜方bevel
ta4e
6e
2e + 2加入新的面代替邊和頂點 (在高維多胞體稱為cantitruncation).)
mConway mC.png
有時作
三角化
meta

db = kj
2e + 26e
4e
將n邊形的面切割成2n個三角形








































































































































































擴展操作
運算符範例運算符號名稱別名英文名替代
同構
頂點描述例子
Conway C.png原像Seed
vefSeed form
r手性鏡像
鏡射reflect
vef產生手性鏡像
hConway hC.png交錯
*
half *
v/2
e
f+v/2

Alternation, remove half vertices,
limited to seed polyhedra with even-sided faces

部分截半
部分截角

uncompleted
rectifie/truncate

e2e2 + e
對某些條件面截半,其餘面截角
tO→
結果

cConway cC.png倒角英语Chamfer (geometry)chamfer

v + 2e 
4e

f + e
將邊用六邊形取代
T→
結果

雙倒角

v + 2e 
4e

f + e
將邊用兩個五邊形取代
-Conway dcC.png-
dc
f + e
4e

v + 2e

pConway pC.png旋轉propellor
(Hart)

v + 2e
4e

f + e
將面旋轉,並在頂點建立四邊形 (self-dual)
-Conway dpC.png-
dp = pd
f + e
4e

v + 2e

sConway sC.png扭稜英语Snub (geometry)snub

dg = hta
2e
5e
3e + 2「擴大和扭曲」 - 每個頂點創建一個面,每條邊創建了兩個新的三角形
gConway gC.png陀螺gyro
ds3e + 25e
2e
每個n邊形面被切割成n個五邊形。
wConway wC.png旋面whirl
v+4e
7e
f+2e
將面旋轉,並在頂點建立與原面相似但是旋轉的新面
此操作會在邊上建立兩個六邊形

-Conway dwC.png-
dwf+2e
7e
v+4e
旋面的對偶

這些運算符號的運算優先順序皆為由右至左。例如:



  • 正四面體的對偶多面體計為 dT;


  • 截角的正方體應計為 t3C 或 tC;


  • 截角的截半立方體應計為 t4aC 或 taC。

所有的操作都保有對稱性,除了s和g是扭曲的像並失去了鏡射對稱。



例子































正方體
"seed"
截半
(rectify)

截角

雙截角

擴展
(cantellate)
大斜方
(omnitruncate)

扭稜

Uniform polyhedron-43-t0.png
C

Uniform polyhedron-43-t1.png
aC = djC

Uniform polyhedron-43-t01.png
tC = dkdC

Uniform polyhedron-43-t12.png
tdC = dkC

Uniform polyhedron-43-t02.png
eC = aaC = doC

Uniform polyhedron-43-t012.png
bC = taC = dmC = dkjC

Uniform polyhedron-43-s012.png
sC = dgC

對偶
加入錐體
(相鄰共面)

加入錐體
(到外接球)
正交
(edge-bisect)

(full-bisect)
陀螺

Uniform polyhedron-43-t2.png
dC

Rhombicdodecahedron.jpg
jC = daC

Triakisoctahedron.jpg
kdC = dtC

Tetrakishexahedron.jpg
kC = dtdC

Deltoidalicositetrahedron.jpg
oC = deC = daaC

Disdyakisdodecahedron.jpg
mC = dbC = kjC

Pentagonalicositetrahedronccw.jpg
gC = dsC


生成標準種子


所有的五個正多面體皆可以從棱柱種子經過零至兩個運算或操作而產生:



  • 錐體: Y3 (正四面體是一個特別的角錐)
    • T = Y3

    • O = aY3 (截半四面體)

    • C = daY3 (截半四面體的對偶多面體)

    • I = sY3 (扭稜四面體)

    • D = dsY3 (扭稜四面體的對偶多面體)



  • 反柱體: A3 (正八面體是一個特別的反柱體)
    • O = A3

    • C = dA3



  • 柱體: P4 (正方體是一個特別的柱體)
    • C = P4


  • 五角反稜柱: A5
    • I = k5A5 (A special 雙錐反柱體)

    • D = t5dA5 (A special 截角偏方面體)



康威的符號擴展


上述的運算和操作可以從正多面體種子或柱體錐體的種子產生所有的半正多面體、卡塔蘭立體、柏拉圖立體和阿基米德立體。
許多多面體都可由高階的組合操作還表示,但是某些特別的多面體需要更多的符號來表示。


例如,幾何藝術家George W. Hart定義他的操作稱為"propellor",和另一個反映創建鏡像圖像的旋轉形式"reflect"。



  • p – "propellor" (旋轉建立四邊形於頂點). 這個操作的對偶多面體是本身: dpX=pdX.


  • r – "reflect" – 對種子進行鏡射變換.一般沒已影響,除非有sg的種子


詹森多面體擴展


為了表達詹森多面體,諾曼·詹森也定義了一些符號來表達它的多面體[1]


  • 下列種子都必須要在後面加註邊數:
    • P = 柱體 (Prism)

    • A = 反稜柱 (Antiprism)

    • Y = 錐體 (Pyramid)

    • Q = 帳塔

    • R = 罩帳

    • L = 三面單元組成一個正方形和對立的三角形

    • U = n邊形,旁邊有三角形交替的邊。

    • J = 直接表示詹森多面體,但沒甚麼意義


  • 擴展的符號:
    • + = 將符號後的種子加到符號前的種子之適當的面,可省略

    • - = 在符號前的種子上照到跟符號後種子相同的部分並切除之

    • × = 將符號前動作做符號後的次數次,符號後必為常數,可省略

    • () = 將種子括號並指定動作


  • 例如:
    • "Y3P3" = Y3 + P3 = 正三角錐柱

    • "-Q3tT" = -Q3 + tT = tT - Q3 = 側台塔截角四面體

    • "-(Q5)2eD" = eD - (Q5)×2 = 側台塔小斜方截半二十面體欠二側台塔



其它的擴展


下面擴展符號也可以用於康威多面體表示法,但是在施萊夫利符號中,更為常用。



  • t0,1 = 截角


  • t0,2 = 截邊:小斜方截半


  • t0,1,2 = 截邊再截角:大斜方截半


  • t0,3 = 截面:向下鋸齒(Runcination) : 切割多面體,同時沿面、邊和頂點,建立新的面代替原來的面、邊和頂點中心。


  • t0,1,3 = 截面再截角


  • t0,2,3 = 截面再截邊


  • t0,1,2,3 = 截面再截邊再截角


  • t0,4 = 截胞 : 切割多胞體,同時沿胞、面、邊和頂點,建立新的胞代替原來的胞、面、邊和頂點中心。


  • t1 = 截半


  • t1,2 = 截半再截邊:雙截角

  • t2


  • h = 交替 alternate

例如:


  • "hC" = 正四面體


幾何座標的衍生形式



密鋪

















例如: 球面的正五邊形密鋪:正十二面體種子 (D)

Uniform tiling 532-t0.png
D

Uniform tiling 532-t01.png
tD

Uniform tiling 532-t1.png
aD

Uniform tiling 532-t12.png
tdD

Uniform tiling 532-t02.png
eD

Uniform tiling 532-t012.png
teD

Spherical snub dodecahedron.png
sD

Uniform tiling 532-t2.png
dD





Icosahedral reflection domains.png
dteD
















例如:歐幾里得平面的正六邊形密鋪種子 (H)

Uniform tiling 63-t0.png
H

Uniform tiling 63-t01.png
tH

Uniform tiling 63-t1.png
aH

Uniform tiling 63-t12.png
tdH = H

Uniform tiling 63-t02.png
eH

Uniform tiling 63-t012.png
teH

Uniform tiling 63-snub.png
sH

Uniform tiling 63-t2.png
dH

Tiling Dual Semiregular V3-12-12 Triakis Triangular.svg
dtH

Tiling Dual Semiregular V3-6-3-6 Quasiregular Rhombic.svg
daH

Uniform tiling 63-t2.png
dtdH = dH

Tiling Dual Semiregular V3-4-6-4 Deltoidal Trihexagonal.svg
deH

Tiling Dual Semiregular V4-6-12 Bisected Hexagonal.svg
dteH

Tiling Dual Semiregular V3-3-3-3-6 Floret Pentagonal.svg
dsH





























例如: 雙曲面的正七邊形密鋪 種子 ( 7,3 )
7,3
"seed"

truncate
ambo
(rectify)

bitruncate

expand
(cantellate)
bevel
(omnitruncate)

snub

Uniform tiling 73-t0.png
7,3

Uniform tiling 73-t01.png
t7,3

Uniform tiling 73-t1.png
a7,3

Uniform tiling 73-t12.png
dk7,3

Uniform tiling 73-t02.png
e7,3

Uniform tiling 73-t012.png
b7,3

Uniform tiling 73-snub.png
s7,3

dual

join
kis
(vertex-bisect)
ortho
(edge-bisect)
meta
(full-bisect)
gyro

Uniform tiling 73-t2.png
d7,3

Ord7 triakis triang til.png
dt7,3

Order73 qreg rhombic til.png
j7,3

Order3 heptakis heptagonal til.png
k7,3

Deltoidal triheptagonal til.png
o7,3

Order-3 heptakis heptagonal tiling.png
m7,3

Ord7 3 floret penta til.png
g7,3





























例如: 三維空間的正方體密鋪 種子 ( 4,3,8 )
4,3,8
"seed"

truncate
ambo
(rectify)

bitruncate

expand
(cantellate)
bevel
(omnitruncate)

snub

HC-P2.png
4,3,8

HC A2-P3.png
t4,3,8

HC A3-P3.png
a4,3,8

Truncated octahedra.jpg
dk4,3,8

HC A5-A3-P2.png
e4,3,8

HC A6-A2-A1.png
b4,3,8

HC A6-Pr8.png
s4,3,8

dual

join





HC-P2.png
d4,3,8

Tetrahedral-octahedral honeycomb.png
dt4,3,8

TetraOctaHoneycomb-VertexConfig.svg
j4,3,8





幾何體

















例如: 透明的 正四面體 種子 (T)

Tetrahedron.jpg
T

Truncatedtetrahedron.jpg
tT

Octahedron.svg
aT

Truncatedtetrahedron.jpg
tdT

Cuboctahedron.jpg
eT

Truncatedoctahedron.jpg
bT

Icosahedron.jpg
sT

Tetrahedron.jpg
dT

Triakistetrahedron.jpg
dtT

Hexahedron.jpg
jT

Triakistetrahedron.jpg
kT

Rhombicdodecahedron.jpg
oT

Tetrakishexahedron.jpg
mT

Dodecahedron.jpg
gT















例如: 四維空間的 正八胞體 種子 ( 4,3,3 )

Schlegel wireframe 8-cell.png
4,3,3

Schlegel half-solid truncated tesseract.png
t4,3,3

Schlegel half-solid rectified 8-cell.png
a4,3,3

Schlegel half-solid bitruncated 8-cell.png
td4,3,3

Schlegel half-solid cantellated 8-cell.png
e4,3,3

Cantitruncated tesseract stella4d.png
b4,3,3

Schlegel half-solid omnitruncated 8-cell.png
s4,3,3

Schlegel wireframe 16-cell.png
d4,3,3







其他多面體


迭代簡單簡單操作的形式,可以產生更大的多面體,並保持基本對稱性。頂點被假設是對相同半徑的球面。



四面體對稱



八面體對稱



二十面體對稱



菱形



三角形



對偶



手性



手性對偶



參見


  • 均勻多面體


  • 圖形演算法

    • Doo–Sabin subdivision surface – expand 擴展變換


    • Catmull–Clark subdivision surface – ortho operator



外部链接和参考文獻



  • George Hart's Conway interpreter: generates polyhedra in VRML, taking Conway notation as input
    • Polyhedra Names


  • polyHédronisme: generates polyhedra in HTML5 canvas, taking Conway notation as input

  • 埃里克·韦斯坦因. Conway Polyhedron Notation. MathWorld. 

  • John Conway's notation


  • 埃里克·韦斯坦因. Truncation. MathWorld.  (truncate)


  • 埃里克·韦斯坦因. Rectification. MathWorld.  (ambo)


  • 埃里克·韦斯坦因. Cumulation or Apiculation. MathWorld.  (kis)

  • Conway operators, PolyGloss, Wendy Krieger

  • Derived Solids



  1. ^ 存档副本. [2013年8月1日]. (原始内容存档于2013年6月1日). 








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