CN2105321U - 四色构图智力球 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种构图智力球，它由球面壳 和对球面壳起支持作用的内球架构成，球面壳依据几 何原理被剖分成全等的呈球面正多边形的球壳片，在 球架与每个球壳片对应的位置上设有与球壳片活动 连接的连接件，球面壳上有由任意划分的小区域组成 的球面网络图形，该网络图形经球壳片的转向、换位 或增减小区域数发生改变，以此作为游戏的基础。本 实用新型可做多色填图、四色地图、哈密顿圈等难题 的游戏，使用者在探索过程中能提高抽象思维能力而 增进智慧，并在成功时获得乐趣。

Description

本实用新型涉及一种游戏用玩具，特别是涉及一种具有相互之间可移动部件的趣味性智力玩具。

目前常见的智力玩具绝大多数为造型类玩具，即由部件的组合变化来实现某些造型，比如近两年出现的变形金刚，就是由若干组件的各种几何体来变化出仅为少数的不同造型。而构图类玩具在市面上很少见到，仅有个别玩具能通过转动某些部件构成一些特定的图案，但图案简单、玩法单调，途径也少，同样难以锻炼使用者的积极反应力和想象力，同时，这类玩具的图案也未付予数学图论方面的意义。

在图论某些问题的研究上，过去书本上对于所讲课题，只能给出简单的固定例图，要设想图形改变会带来哪些相应问题是较为困难的，也就是说静态的图难以处理动态的关系。在此种情况下，研究者只能靠人工绘制大量的例图以期说明，即费时，又费钱。

本实用新型的目的是提供一种具有封闭式完整网络图形的、并通过部件间的简单组合变化等就能产生出很多种不同的图形组成的四色构图玩具，它能促进使用者的积极思维活动，既可作为一般的智力游戏用品，也可作为研究某些图论问题的辅助用具。

本实用新型的目的是这样实现的：它采用球形，是一个球形体，该球形体由球面壳和位于球面壳内对球面壳起支持作用的球架构成，球壳体依据设想的内接正多面体的几何对称性质被剖分为若干等分，由于正多面体有5种即4面、6面、8面、12面、20面体，故球面壳可被剖分成4片、6片、8片、12片或20片形状等同的呈球面正多边形的球壳片，球壳片相应呈球面正三角形、或球面正4边形、或球面正5边形，球架的形式可有多种，每种球架在与每个球壳片对应的适当位置上均设有与球壳片活动连接的联接件，联接件的位置应保证球壳片可绕其中心点轴线转向，每个球壳片表面上有由“任意划分“的若干小区域组成的网络图形，这种“任意划分”的小区域的边域分界通常作如下规格化或正规化处理：（1）可把曲线边界直线化，（2）基本的三角剖分（即三边交于一点即顶点）。（3）没有被一个区域包围的更小区域即“岛”。所有球壳片经与球架相接可密合为一个球体，所有球壳片上的网络图形组成一个完整的球面网络图形。球面网络图形可着四种或四种以上的不同颜色，每一小区域着一种色，相邻区域着色不同。这种球面网络图形会通过3种途径发生改变，从而要求新的着色方案：一是易位，即球壳片间互换位置；二是转向，即每一球壳片可绕中心点轴线转动方向；三是小区域的增减。易位产生局部范围里若干小区域的相对位置改变，自身转向则产生该局部范围内小区域排列、相邻的关系改变，这样一来，所获得的不同组合方式数目之多是惊人的，而每一个方式的图形都是一种“任意划分”的方案，例如，以球面壳按6片球面正四边形球壳片的剖分，可以产生不同易位排列P、选取方式C与转向4的组合方式数m为：

此外，使用者可以把其中任一个或多个小区域再划分得更小、更多（添划边界，或者取消某些边界和顶点（刮掉即可）使两个或多个相邻的小区域合并而划分数目变少，这样通过增加或减少小区域的划分数目，从而产生更多的不同划分方式，同样具有上述的m个组合变化。

通过易位和转向所造成的网络图形变化必然要求新的着色方案，或是局部性的，或是大部分的重新着色；小区域增减，只要增加或减少一个小区域就必然造成新的着色要求，可以是局部的或大多数的，也可能是全部的着色改变。

本实用新型的上述球壳片可采用呈正多边形的平面片。当球架支持的球面壳被剖成球壳片的片数为12、18时，用平面贴片取代相应球壳片效果更好，因为这时由平面贴片构成的正12面体或18面体对于人们的视觉来说，更接近于球体。

本实用新型的目的还可以采用另一技术方案实现：它采用球形，也是一个球形体，此球形体由两个相互支持的半球壳构成，半球壳表面有由“任意划分”的若干小区域组成的网络图形，两个半球壳的网络图形不相同，并组成完整的球面网络图形，球面网络图形至少着四种不同颜色，相邻小区域着色不同。这种构图球体的两个半球壳可以是彼此不能相对错位转动的即两个半球壳融为了一体，实际上是一个单一的整个球壳，此时球面网络图形只能通过增减小区域来改变，也需要更新着色方案。这种构图球体，也可以是两个半球壳是能相互错位转向的，在半球壳的分型部位即赤道圈上设有间断的连接齿，两个半球壳相嵌合，能绕球轴作相对旋转，使球面的网络图形产生相对位置变化，这种相对的错位转动量，假使取4个方向（每次转90°），那么对于一个球可产生4种图形网络，两种不同图形的球面网络可产生 ×4＝24种，三种可产生

×4＝60种，等等。

本实用新型能进行多种智力游戏，可概述如下：

1、导引性的多色填图：即地图着色问题。如我们通常所见“地图”那样，一般会用到6色、7色、8色，甚至更多，使用者玩时应逐步减少颜色来增加难度，积极地训练思维的抽象能力，如只用上4色就走到游戏的“顶峰”。

2、四色填图（四色构图）：即有名的数学难题“四色猜想”。“四色足够”的论断在140多年来，既无从“证明”，也未被“推翻”。虽然4色着色相当困难，却是能够的，并且对于任何一幅给定划分的网络图形，其着4色的方案不是唯一性的，而具有多样性。通过本游戏，具有较高智力的使用者便可认识到这一点。

3、旅行路线：对本实用新型的网络图形，赋予象征意义，球面上每个交点（即网络的各个顶点）代表世界上一个名城或胜地，两点之连线（即边界）代表其两端城市之间的交通道路，要求从任一城市出发遍历所有各城市，每处只许经过一次，试找出这条顺序经过的旅行路线来；做法是沿顶点、边界用色笔把它标出来（与小区域无直接关系），这种道路也不是唯一存在的，也具有多样性。在数学上这叫哈密顿路线问题－－从连通图上任一点出发，沿某条路线经过全部顶点，使边界与顶点都不重复，如果最后回到了出发点就叫哈密顿圈，否则就叫哈密顿路。数学家曾用一个由正五边形组成的正十二体，有20个顶点，30条边（棱线）给出此问题的解法，由于几何形体的划分对称特点不变，问题虽是完成，但毫不新鲜了。本实用新型由于其球面划分是任意的，每种组合变化都带来不同的图形关系，使同样问题变得更加困难，迫使玩此游戏的人动脑筋，去寻找更具普遍性、规律性的东西，从而锻炼分析能力，提高予见性。

4、四色构图与哈密顿圈并存游戏：本来四色构图与哈密顿圈是两个不相干的独立题目，但通过玩本实用新型的实践可发现有并存现象，即既完成4色填图又完成哈密顿图。这种“兼得性”是否必然？其必要和充分条件是什么？给玩游戏者留下广阔的思维题目。

5、约当曲线：完成上述3、4戏法后，会发现这个圈竟然是一条沿边界而设的“约当曲线”（在本实用新型上表现为折线），此时三种数学概念的问题交织在一起，其共存条件是什么？给有专业知识的使用者留下思考题目。

6、拆装复原：对于已着好颜色的球面，要求把所有球壳片拆散弄混，然后装合成原来的分色球面。这颇似魔方的旋转打乱和复原。

本实用新型四色构图智力球具有如下优点，首先由于游戏的结果不能经刻板步骤来完成，而要靠使用人的积极思维活动，从予想和判断过程中寻找途径，总结、归纳点滴性的经验至局部性的规律，不断修改设想，才能达到游戏要求，既增进了知识内容，又提高了思维能力，对于数学专业的学生来说，也不失为一个有用的辅助性用品。其次本实用新型克服了纸面研究问题时的绘图麻烦与刻板不变，也克服纸面上的一次使用性，以简便的拼装组合办法产生图形变化的形式多样性。再有一点，本实用新型所完成的游戏成果可作为装饰品。

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型之结构。

图1为含六面体球架的组合式智力球结构图

图2为图1的外观图

图3为3个互相垂直轴柱球架的结构图

图4为3个互相垂直的大园周架球架的结构图

图5为正十二面体球架结构图

图6为与图5相配的正5边形平面贴片示意图

图7为半球式的智力球结构图

图8为图7的A－A剖面图

图9为图7的外观图

图10为单一式整体智力球结构图

图11为图9的外观图

实施例1

见图1、2，球架1为正六面体，正六面体每面中部设有园形短凸柱2，其外接球面壳3由六片尺寸形状等同的呈球面正四边形的球壳片4构成，球壳片4内有园形短凹帽5，经球架1上每面中部的凸柱2与球壳片4内的凹帽5相套接即密合为一个球体。每个球壳片4上均有由若干小区域6组成的网络图形7（图中网络图形7为平面投影，实际在球面上应为大圈弧线），每片球壳片6接缝中段留一窄缝拨口8，以便于转向、易位的需要，操作时用薄金属片或小刀伸入拨口8，取下相换。本品可由塑料制成，制作时，球架1可以由分为对称、相同的两半注射制成，然后按连接齿嵌合或粘合而成，也可以采用吹塑法一次制成；六片球壳片4可以由多腔模具一次注射成型，也可以只同一个球面壳片的模具注射成型。无论用哪种生产方式都应保证球壳片的尺寸、球面曲率及形状的一致。网络图形与球壳片一起制造，也可二次加工印刷上去。颜料可采用水溶性的彩色墨水，使得在平滑的球壳表面上既易着色又易擦洗，以便在游戏的探索过程中改错和另寻别途。

实施例2：

球架采用3个互相垂直的轴柱9（见图3），每柱端面中部设有支持性凸柱10，其外接的球面壳被剖分成六片尺寸形状等同、且呈球面正四边形的球壳片、每片球壳片内有与凸柱10相套配的凹帽，与实施例1相同，

实施例3：

球架采用3个互相垂直的大园周架11（见图4），每两个大圆周交点处设有连接孔12，其外接的球面壳的剖分与网络图形的组成均与实施例1相同，也不再赘述，每个球壳片内有与连接孔12相滑配的小凸柱。

实施例4：

球架采用正十二面体的球架13（见图5），球架13每面中部有连接孔14，其外接球面壳被剖分成十二片呈球面正5边形的球壳片，球壳片内设有与连接孔14相滑配的小凸柱，球壳片上的网络图形要求与实施例1相同。

本例球架13的外接球壳片可采用正5边形的平面贴片15（见图6），平面贴片15内中部设有与球架连接孔14相滑配的小凸柱，平面贴片上的网络图形要求与球壳片的一致。

实施例5：

构图智力球由两个互相支持的半球壳16构成（见图7），每个半球壳的形状、尺寸一样，半球壳16在赤道圈设有间断的连接齿17，连接齿17间的间隔保持a为45°（见图8），以保证两个半球壳翻合时恰好相嵌，并在使用中转向以及在两个半球式智力球之间换易半球。半球壳上的网络图形18（见图9）的要求与组合式一致，两个半球壳上的网络图形不同。

实施例6：

构图智力球可为一个完整的空心球体（见图10），球面壳19上有由若干小区域组成的完整的球面网络图形20（见图11），网络图形的要求与组合式半球式一致，不再赘述。这种结构虽没有转向、易位的构造，但可通过增加划分区域或减少划分区域来造成网络图形的变化。

Claims (7)

1、一种构图智力球，其特征在于它由球面壳和位于球面壳内的对球面壳起支持作用的球架构成，所述球面壳依据几何原则有5种对称剖分，即可剖分成4片、6片、8片、12片或20片形状等同的、呈球面正多边形的球壳片，在所述球架与每个球壳片对应的位置上设有与球壳片活动连接的联接件，球壳片可绕联接件中心轴线转向，每个球壳片表面上有由若干小区域组成的网络图形，所有球壳片上的网络图形组成一个完整的球面网络图形，球面网络图形至少着四种不同的颜色，相邻小区域着色不同。

2、如权利要求1所述智力球，其特征在于所述球架为正多面体，所述球面壳被剖分成其数目与球架面数相应的、呈球面正多边形的球壳片，球架上每面中部设有支持性凸柱，球壳片内设有与凸柱相滑配的凹帽。

3、如权利要求1所述智力球，其特征在于所述球架为3个互相垂直的轴柱，所述球面壳被剖分成6片呈球面正四边形的球壳片，球架上各柱端面中部设有支持性凸柱，球壳片内设有与凸柱相滑配的凹帽。

4、如权利要求1所述智力球，其特征在于所述球架为3个互相垂直的大圆周架，所述球面壳被剖分成6片呈球面正四边形的球壳片，球架的两个大园周交点处设有连接孔，球壳片内设有与连接孔相滑配的小凸柱。

5、如权利要求1所述的智力球，其特征在于所述球壳片可为呈正多边形的平面贴片。

6、一个构图智力球，其特征在于它由两个相互支持的半球壳构成，半球壳表面有由若干小区域组成的网络图形，两个半球壳的网络图形不相同，并组成完整的球面网络图形，球面网络图形至少着四种不同的颜色，相邻小区域着色不同。

7、如权利要求6所述智力球，其特征在于在半球壳的分型面部位即赤道圈上设有间断的连接齿，两个半球壳相嵌合并能按齿距转向。

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