ArsTeXnica, Numero 4, Ottobre 2007 - GuIT - Scuola Superiore Sant ...

Sommario
Illustrazioni tridimensionali
con Sketch/L ATEX/PSTricks/Tikz
nella didattica della Dinamica del Volo
In questo articolo viene mostrato come sia possibile
utilizzare le potenzialità di L ATEX e dei pacchetti
PSTricks e Tikz nella produzione di illustrazioni
avanzate. La creazione di disegni che rappresentino
delle scene tridimensionali con indicazioni di
contenuto scientifico è di fatto possibile con L ATEX.
L’autore mostra in che modo si riesca a manipolare
e disporre oggetti tridimensionali in una scena
con il programma Sketch di Eugene Ressler ed
il suo intuitivo linguaggio di scripting, ottenendo
un’output sotto forma di comandi PSTricks o Tikz.
Il metodo di lavoro proposto permette di superare
le limitazioni che gli utenti di un pacchetto come
PSTricks, che pure possiede funzionalità di disegno
tridimensionale relativamente avanzate, incontrano
ogni qual volta si accingono a voler disegnare
e manipolare scene tridimensionali contenenti
oggetti non semplici e non primitivi.
La didattica di una materia ingegneristica come
la Dinamica del Volo è un campo in cui l’autore
opera ed al quale si riferiscono gli esempi concreti
riportati nell’articolo.
Abstract
This article shows how the combination of L ATEX
with the package PSTricks or with Tikz can be
used to produce advanced, nice-looking illustrations.
As a matter of fact, the creation of drawings
representing three-dimensional scenes with scientific
or non-trivial annotations is possible with
L ATEX. One of the goals of the article is introducing
the program Sketch, by Eugene Ressler, and
how one can manipulate and put in place objects
in a three-dimensional scene by means of its intuitive
scripting language. The output of Sketch is a
set of PSTricks or Tikz commands that might be
included by a master L ATEX document to produce
the final picture. The technique proposed here enables
to go over the limitations encountered by
PSTricks or Tikz users when it comes to representing
non-trivial three-dimensional scenes.
As a teacher of engineering subjects related to
Flight Dynamics, I have reported some concrete
examples that may help to better understand the
potential of Sketch and of the workflow proposed
in the article.
A. De Marco
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1 Introduzione
Il titolo dell’articolo non tragga in inganno il lettore:
non si vuole esporre un argomento di nicchia.
Piuttosto si intende trattare un problema che si
presenta nei settori più svariati dell’ingegneria e
delle scienze, quello della creazione di buone illustrazioni
tridimensionali ad alto contenuto tecnico.
L’approccio è quello di presentare dei casi studio
basati su esperienze reali, fornendone i particolari
implementativi, anziché impostare una discussione
che replicherebbe quanto è già trattato nei
riferimenti bibliografici.
Introduciamo, per cominciare, il contesto in cui
è nato gran parte del materiale di questa comunicazione.
Al lettore basti sapere che l’oggetto di
studio fondamentale della Dinamica del Volo atmosferico
è l’evoluzione dei velivoli in un dato sistema
di riferimento collegato alla Terra. Insieme
al moto dell’aeroplano vengono studiati tutti quei
fenomeni fisici che lo determinano. Tra questi ricoprono
un’importanza particolare i fenomeni di natura
aerodinamica ed ancor più il modo in cui essi
dipendono dalla configurazione architettonica del
velivolo e dalla condizione di volo. Da qui si comincia
a comprendere la necessità in questo campo,
e in particolare nella didattica di tali argomenti,
di trovare modi efficaci di rappresentare dei concetti
fisico-matematici legati al volo. L’esperienza
dell’autore è che con l’ausilio di rappresentazioni
tridimensionali ben curate l’esposizione di molti
concetti si arricchisce in immediatezza visiva e diventa
enormemente più efficace. Ciò è vero non
solo nella didattica ma anche in comunicazioni di
carattere squisitamente scientifico.
La Figura 1 mostra un primo esempio di illustrazione
utilizzata tipicamente nello studio della
Dinamica del Volo per introdurre alcuni elementi
di base. Qui si nota subito come la necessità
di definire componenti di vettori – le componenti
u, v e w della velocità ⃗ V del baricentro G, quelle
p, q ed r della velocità angolare istantanea ⃗ Ω, le
componenti X, Y , Z ed L, M, N delle risultanti
delle forze e dei momenti esterni – lungo gli assi di
un riferimento standard solidale al velivolo (riferimento
degli assi velivolo o body-fixed frame) richiede
naturalmente l’utilizzo di una rappresentazione
tridimensionale.
Un secondo esempio di illustrazione è riportato