СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТРЁХМЕРНОЙ СБОРНОЙ РУЧНОЙ ГОЛОВОЛОМКИ
METHOD OF MAKING 3D ASSEMBLY MANUAL PUZZLE

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к способам создания трехмерных сборных ручных головоломок, а именно к способам создания головоломок, требующих разборки исходной объемной фигуры на отдельные составные части и обратной сборки из отдельных составных частей в исходную объемную фигуру.
2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно много способов создания головоломок, требующих разборки на составные части и обратной сборки.
Известны плоские головоломки с составными частями, имеющими в своем контуре вырезы в виде прописной буквы греческого алфавита "омега" (Ω) (так называемые "пазлы"). Наличие указанных вырезов в контурах деталей головоломки обеспечивает соединение деталей между собой в собранном виде (рис. 1).
Известны объемные головоломки (SU №1470312 от 20.04.1987), с составными частями в виде параллелепипедов (брусков), в исходном состоянии соединенные в центральный узел.
Известны объемные головоломки (№2503477 от 21.05.2012), имеющие в контуре составных деталей фигурные вырезы в виде прописной буквы греческого алфавита "омега" (Ω).
Также известны трехмерные головоломки (№2295993 от 29.06.2009), в контуре составных деталей которых есть прямоугольные вырезы для скрепления деталей между собой в собранном виде.
В качестве аналога, наиболее близкого к заявляемому изобретению (прототипа), выбран патент GB №1242942 от 18.08.1971 by Joseph Watson Lomas.
В данном изобретении - прототипе описывается объемная головоломка, составные части которой образуются путем разрезания исходной фигуры - параллелепипеда на несколько частей, причем в конфигурации разрезов присутствует элемент, напоминающий контур прописной греческой буквы "омега" (Ω) (рис. 1). Использование в контуре разрезов элементов в виде буквы "омега" обеспечивает скрепление деталей головоломки между собой в собранном виде.
К недостаткам головоломки - прототипе можно отнести следующие факторы.
Исходная объемная фигура головоломки - параллелепипед - задается спецификой изготовления деталей и не может варьироваться в широких пределах.
Все детали головоломки представляют из себя небольшие относительно общего размера головоломки однообразные фрагменты сравнительно простой формы - короткие кусочки, не представляющие самостоятельного интереса с эстетической и художественной точек зрения.
Ограниченные возможности по изменению степени сложности сборки различных вариантов головоломки. Изменение количества составных элементов головоломки не приводит к принципиальному изменению степени сложности ее сборки в силу однотипности операций соединения частей головоломки между собой, что, в свою очередь, ограничивает выпуск различных вариантов сложности головоломки для разных категорий потребителей.
Данные факторы снижают общий интерес к головоломкам данного типа и суживают область их потенциальных потребителей.
Описываемый в настоящей заявке способ создания объемных головоломок позволяет устранить указанные недостатки, а именно:
1) заявляемый способ позволяет в качестве исходной фигуры головоломки выбирать практически любые объемные фигуры как из ряда типовых примитивов (параллелепипеда, сферы, цилиндра и прочих), так и любой произвольной объемной формы;
2) путем применения секущих поверхностей, имеющих в качестве направляющих специальные кривые, описываемые далее при описании изобретения, достигается придание деталям головоломки оригинальных форм, существенно увеличивающих самостоятельный интерес к ним с эстетической и художественной точек зрения;
3) путем вариации количества секущих поверхностей, изменения конфигурации направляющих кривых, используемых при построении секущих поверхностей, можно в широких пределах изменять степень сложности сборки-разборки головоломок от простейшей до неограниченно высокой.
Перечисленные преимущества заявляемого способа построения объемных головоломок позволяют существенно повысить интерес к головоломкам заявляемого типа и расширить круг их потенциальных потребителей.
3. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу заявляемого способа изготовления трехмерных сборных ручных головоломок положен принцип получения составных частей головоломки путем разрезания исходной объемной фигуры головоломки на отдельные детали несколькими секущими поверхностями.
При этом существенными факторами, определяющими оригинальные свойства головоломки по заявляемому способу, являются:
- форма контуров кривых, задающих вид секущих поверхностей;
- количество секущих поверхностей;
- объединение секущих поверхностей в группы, ориентация групп секущих поверхностей относительно друг друга и ориентация групп секущих поверхностей относительно исходной объемной фигуры.
Ниже описывается формирование данных факторов по заявляемому способу.
3.1. Построение формы секущих поверхностей.
Форма каждой секущей поверхности задается путем:
а) построения на плоскости контура направляющей кривой (рис. 2);
б) образования поверхности путем движения образующей - прямой линии, перпендикулярной плоскости, в которой лежит построенная направляющая кривая, вдоль этой направляющей кривой (рис. 3).
Ниже в данном пункте описываются этапы построения направляющих кривых и секущих поверхностей.
3.1.1. Построение направляющей кривой на плоскости.
Контур каждой направляющей кривой, используемой при построении секущих поверхностей, формируется путем выстраивания в определенном порядке на плоскости цепочки из одного или нескольких так называемых базовых контурных элементов.
3.1.1.1. Описание базового контурного элемента.
Базовый контурный элемент - кривая, служащая компонентом при построении направляющих кривых и имеющая ряд отличительных графических признаков.
Построение одного базового контурного элемента на плоскости можно представить в виде выполнения последовательности следующих шагов.
а) Изображаем кривую "с двумя зигзагами", по форме напоминающую прописную букву 'S' латинского алфавита (рисунок 4);
б) Изображаем по горизонтали рядом с кривой, построенной на шаге а), аналогичную вторую кривую "с двумя зигзагами", только в виде симметричного отображения первой фигуры относительно вертикальной оси. Расстояние по горизонтали между двумя фигурами может быть различным в пределах от доли до нескольких величин ширины этих кривых (рисунок 5);
в) Параметры построенных "левой и правой" кривых - радиусы закруглений, длины отдельных участков, углы поворотов линий - могут в процессе построения задаваться для каждой кривой случайным образом и независимо от значений другой "половины";
г) Соединяются плавной кривой, имеющей изгиб к низу, верхние вершины построенных кривых (рисунок 6). При этом существенно, что соединение плавной кривой выполняется именно для вершин зигзагов, имеющих изгиб "наружу", т.е. верхних зигзагов, в отличие от вершин, связанных с изгибами "внутрь", т.е. нижних зигзагов;
д) Получаемая таким образом окончательная фигура базового контурного элемента может быть несимметричной и выглядеть, например, так, как показано на рисунке 7.
Направлением базового контурного элемента считается направление прямой линии, проходящей через две крайние точки контура (начальную и конечную вершину) этого элемента.
Параметры построения базовых контурных элементов от одного экземпляра контурного элемента к другому могут как повторяться, так и быть различными (например, задаваться случайным образом), при этом обязательными признаками, характеризующими любой базовый контурный элемент, остаются наличие в контуре двух фигур - "зигзагов с двумя волнами", соединенных в верхней части плавной кривой, имеющей изгиб в нижнюю сторону, и с ориентацией кривых с зигзагами друг относительно друга, такой, что верхние волны кривых имеют выпуклость наружу контура, а нижние волны - внутрь контура.
3.1.1.2. Построение направляющих кривых
Каждая направляющая кривая представляет из себя совокупность одного или нескольких базовых контурных элементов, объединенных в одну непрерывную линию и выстроенных на плоскости вдоль одного направления.
Общее направление кривой определяется прямой, проведенной через ее начальную и конечную точки.
При этом конфигурация и размеры отдельных базовых контурных элементов, входящих в состав одной направляющей кривой, могут быть как одинаковыми, так и различными.
Пример направляющей кривой, содержащей три одинаковых базовых контурных элемента, показан на рис. 8, при этом контур среднего контурного элемента повернут на 180 градусов относительно горизонтальной линии.
Пример направляющей кривой, содержащей три базовых контурных элемента с разными конфигурационными параметрами, показан на рис. 9.
3.1.1.3. Построение секущих поверхностей на основании направляющих кривых
Секущие поверхности, построенные на основании направляющих кривых, образуются перемещением образующей - прямой линии, перпендикулярной плоскости направляющей кривой, вдоль контура этой направляющей кривой (рис. 10).
3.2. Количество и ориентация секущих поверхностей относительно друг друга.
3.2.1. Секущие поверхности, используемые для разрезания исходной объемной фигуры головоломки на отдельные детали, объединяются в две группы. Количество поверхностей в каждой из групп может быть равным одной или более и может не совпадать с количеством поверхностей в другой группе.
3.2.2. У поверхностей, принадлежащих одной группе, направляющие кривые лежат в одной плоскости, имеют одинаковые направления и эти кривые отстоят друг от друга так, что сами кривые и поверхности, ими образованные, не имеют пересечений с другими кривыми и поверхностями этой группы (рис. 11, 12).
3.2.3. Две группы поверхностей ориентируются относительно друг друга таким образом, что направляющие кривые обеих групп имеют одинаковое направление, а плоскости направляющих кривых повернуты друг относительно друга на 90 градусов (рис. 13).
3.3. Ориентация секущих поверхностей относительно исходной объемной фигуры головоломки.
Ориентация секущих поверхностей относительно исходной объемной фигуры головоломки общими принципами не регламентируется и определяется спецификой геометрии конкретной фигуры головоломки и требуемыми пользовательскими свойствами головоломки.
Пример ориентации секущих поверхностей относительно исходной объемной фигуры - параллелепипеда - показан на рис. 14. Здесь ориентация секущих плоскостей производится таким образом, что плоскости с направляющими кривыми двух групп секущих поверхностей параллельны соответствующим граням параллелепипеда.
Результат разрезания секущими поверхностями исходной фигуры - параллелепипеда показан на рис. 15. Вид отдельных деталей, полученных в результате разрезания, показан на рис. 16.
Пример ориентации секущих поверхностей относительно исходной фигуры - сферы - показан на рис. 17.
3.4. Особенности сборных головоломок, получаемых по заявляемому способу
В силу описанного выше способа получения деталей сборных головоломок, объемные головоломки, изготовленные по заявляемому способу, обладают следующими свойствами:
1) в качестве исходной объемной фигуры головоломки можно выбирать практически любые трехмерные тела как типовые примитивы (параллелепипед, сферу, цилиндр и прочие), так и любой другой произвольной формы;
2) в силу описанного выше способа получения деталей сборных головоломок, каждая деталь головоломки имеет вид своеобразной веточки с уникальной формой, представляющей самостоятельный интерес с художественной и эстетической точек зрения;
3) путем вариации количества секущих поверхностей, изменения параметров базовых контурных элементов и направляющих кривых, используемых при построении секущих поверхностей, можно в широких пределах изменять степень сложности сборки головоломок от простейшей до неограниченно высокой, что позволяет максимально расширить возрастной диапазон потенциальной потребительской аудитории.
Эти факторы приводят к значительному повышению интереса к головоломкам данного типа в целом, к процессам их разборки и сборки, к расширению их потребительской аудитории.