Perspective axonométrique - Définition

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Formalisme

Considérons un repère orthonormé direct (O, \vec{e_1}, \vec{e_2}, \vec{e_3}) , les vecteurs définissant respectivement l'axes des x, des y et des z. Les trois axes sont représentés par trois droites sur le plan (dessin), de vecteurs directeurs unitaires \vec{e'_1} , \vec{e'_2} et \vec{e'_3} tels que :

  • la représentation de \vec{e_1} est \vec{e''_1} = k_1 \cdot \vec{e'_1}  ;
  • la représentation de \vec{e_2} est \vec{e''_2} = k_2 \cdot \vec{e'_2}  ;
  • la représentation de \vec{e_3} est \vec{e''_3} = k_3 \cdot \vec{e'_3} .

Si l'on connaît les coordonnées (x, y, z) d'un point dans l'espace, alors le placement de ce point sur le plan de projection est particulièrement simple : il suffit de reporter ces coordonnées sur les axes projetés en appliquant les coefficients k1, k2 et k3.

Perspective isométrique

les figures de gauche représentent les vues en géométrie descriptive ; la figure de droite représente une perspective isométrique avec une coupe

La perspective isométrique est le cas particulier où les trois rapports sont égaux. Il s'agit d'une projection orthogonale.

On a :

k1 = k3

soit

\sqrt{ \frac{1 + \sin^2 \alpha}{2}} = \cos \alpha

en utilisant le fait que cos²α + sin²α = 1, on obtient

\sin \alpha = \frac{1}{\sqrt{3}}

et donc également \cos \alpha = \sqrt{\frac{2}{3}} soit

  • Ox : \vec{e''_1} = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \vec{i} - \frac{1}{\sqrt{6}} \cdot \vec{j}  ; k_1 = \sqrt{\frac{2}{3}}  ; (i, e"1 ) = arctan(1/√3) = 30 ° ;
  • Oy : \vec{e''_2} = - \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \vec{i} - \frac{1}{\sqrt{6}} \cdot \vec{j}  ; k2 = k1 ; (i, e"2 ) = (i, e"1 ) ;
  • Oz : \vec{e''_3} = \sqrt{\frac{2}{3}} \cdot \vec{j}  ; k3 = k1.

Il s'agit donc d'un projection orthogonale dimétrique (ω = 45 °), pour laquelle on a α ≈ 35,26 ° et k1 = k2 = k3 ≈ 0,82.

 P = \begin{pmatrix} \frac{\sqrt{2}}{2}                  & -\frac{\sqrt{2}}{2}                   & 0 \\ -\frac{1}{\sqrt{2}}  & \frac{1}{\sqrt{2}} & \sqrt{\frac{2}{3}} \\ \end{pmatrix}

et

\begin{pmatrix} x'' \\ y'' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot (x - y) \\ -\frac{1}{\sqrt{6}} \cdot (x + y) + \sqrt{\frac{2}{3}} \cdot z \end{pmatrix}

soit

x" ≈ 0,71·(x - y )
y" ≈ -0,41·(x + y ) + 0,82·z

Voir l'article détaillé Perspective isométrique.

Perspectives dimétriques

Une perspective dimétrique est une perspective pour laquelle deux des rapports sont égaux.

Géométrie descriptive

Les vues en géométrie descriptive sont un cas particulier dans lequel deux des coefficients sont égaux à 1, et le troisième coefficient est égal à 0.

Ce sont également des projections orthogonales.

Perspective cavalière

Il s'agit d'une projection oblique et non d'une véritable axonométrie.

Les figures de gauche sont les vues en géométrie descriptive ; la figure de droite est une perspective cavalière avec un angle de 30° et un rapport de 0,5

Dans la perspective cavalière, deux des axes sont orthogonaux et ont un facteur de report de 1. Le troisième axe est incliné, en général de 30 ou 45° par rapport à l'horizontale, appelé « angle de fuite », et a un facteur de report inférieur à 1, en général 0,7 ou 0,5.

Voir l'article détaillé Perspective cavalière.

Projections orthogonales dimétriques

Report des coordonnées pour placer un point sur une perspective dimétrique
Plan de projection tournant autour de la deuxième bissectrice du plan xy

Choisissons k1 = k2 ; les projections des axes x et y sont symétriques par rapport à la verticale. Cette situation est un cas particulier de la projection orthogonale avec ω = 45 ° ; on a cos ω = sin ω = √2/2, soit

  • Ox :  ; k_1 = \frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{1 + \sin^2 \alpha } = \sqrt{ \frac{1 + \sin^2 \alpha}{2} }  ; (i, e"1 ) = arctan(sin α) ;
  • Oy : \vec{e''_2} = - \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \vec{i} - \frac{\sqrt{2}}{2} \sin \alpha \cdot \vec{j}  ; k2 = k1 ; (i, e"2 ) = (i, e"1 ) ;
  • Oz :  ; k3 = | cosα | .

Le plan de projection tourne autour de la deuxième bissectrice du plan (Oxy), c'est-à-dire autour du vecteur \vec{e_1} + \vec{e_2} .

On a

 P = \begin{pmatrix} \frac{\sqrt{2}}{2}                  & -\frac{\sqrt{2}}{2}                   & 0 \\ -\frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \sin\alpha & -\frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \sin\alpha & \cos\alpha \\ \end{pmatrix}

et

\begin{pmatrix} x'' \\ y'' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot (x - y) \\ -\frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \sin\alpha \cdot (x + y) + \cos\alpha \cdot z \end{pmatrix}

Par exemple, pour α = 45 °, on a

  • k3 ≈ 0,71 ;
  • k1 = k2 ≈ 0,87 ;
  • (i, e"1 ) ≈ 35,26 ° (vecteur e"1  dirigé vers le bas) ;

et pour α = -10 °, on a

  • k3 ≈ 0,98 ;
  • k1 = k2 ≈ 0,72 ;
  • (i, e"1 ) ≈ 9,85 (vecteur e"1  dirigé vers le haut).
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