专利名称：结构元件和贴片组的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构元件，以及具有用几何形状限定轮廓的结构元件或贴片(tile)组(在下文中也被简称为“贴片”)，以及由该结构元件或贴片拼合的表面图案。本发明还涉及这些结构元件组在铺贴、拼板、布置游戏、镶嵌、织物图案和珠宝中的应用。
背景技术：
已知几组具有用几何形状限定轮廓的贴片。许多这些贴片组可以镶嵌平面。在2000年1月的《科学万花筒》第106页连同下一页中已经叙述了一些最近的贴片组。该贴片组周期性或非周期性地覆盖平面。
一些拼板使用具有用几何形状限定的结构元件的贴片组，如众所周知的七巧板或美国专利4,343,471的五边形拼板。这些拼板的几何图形贴片组包括许多不同的贴片。
对于可能的结构覆盖平面的贴片组通常受到限制。因而，由正方形或六边形贴片构成的铺贴只能表现在单周期结构中。
对于亦可用于铺贴的拼板或诸如镶木地板或镶嵌结构之类的花纹镶嵌，人们可能对允许以周期性或非周期性方式形成多种不同的结构或图案，但仅由一种或数量十分有限的不同类型的贴片组成的贴片组感兴趣。
根据本发明，如同权利要求书中限定的那样提供一组具有几何形轮廓的结构元件或贴片。这些组的所有贴片当然也可以与其它组结合，它们包括或衍生自具有内角为36°、108°、108°、36°、252°的等边不规则五边形。在下文中也将这些等五边形称为“依攀塔(Ipenta)”。全等的依攀塔组根据本发明以多种不同方式覆盖平面，特别是以周期性、非周期性、对称性和非对称性方式。在其它可能性中，贴片可具有十边形基本结构、平行四边形结构以及多种螺旋形结构。
在美国专利4,343,471的图1中，项目“7”示出了一种依攀塔。该贴片是沿内部对角线切出的众所周知的等边五角星的一部分，该内部对角线的长度与星尖端侧的长度相等。在美国专利4,343,471中缺少这种可用于覆盖整个平面的贴片的参考资料。
Martin Gardner在1977年的《科学美国》第110及以后各页中的“数学游戏”中叙述了多种铺贴，它们之中有Roger Penrose的著名铺贴。这些贴片是不等边的。
发明内容
在所有使用依攀塔组或衍生自下文所述的依攀塔的贴片进行覆盖铺贴的平面中，总是有四至十的偶数个这样的依攀塔互相会合在每一间隙或交叉点中。因而，两种不同颜色的贴片可以用这样一种方式表示每种图案，即相同颜色的两块贴片绝不会沿五边形的一侧互相接触。因而产生了一拟棋盘结构。
特别地，本发明的结构元件组或群还可以包括下文将要详细叙述的依攀塔的修改。
本发明的结构元件组最好可以使用在以下应用中，它们本身代表了本发明的实施例或其它示例。
结构元件组可以是内部或外部用贴片组。使用这些组可以覆盖地板区域、广场和墙壁。这些贴片可以由传统材料制成，例如陶瓷、大理石、宝石、塑料、金属或木头。转角可以是圆钝的，最好在诸转角中具有相等的曲率半径或者使较小转角的曲率段以凸出或凹入方式在较大转角中以全等方式重复三次。藉此使所有图案的倒圆光滑地配合在一起。
结构元件可用于布置游戏，尤其是用于拼板。这些拼板可以用标准方式提供待放置的图片。本发明的布置或拼板最好具有一实心或固定框架区域，或者直线切割它们，以提供诸如一矩形边缘，然而藉此产生与全等的拼板块不同的边缘块。在布置游戏的实施例中，它具有一实心固定框架，该框架具有一不光滑的内边缘，可以在游戏中使用结构元件，其中两名或多名游戏者交替地放置结构元件，例如放置最后一块结构元件的游戏者获胜。由于不仅可以用完全填补空间的方式将结构元件放置在边缘内部的范围内，因此先前无法限定可以放置多少块这样的结构元件。这只取决于如何放置结构元件。但一个或多个结构元件(例如由骰子的数字来确定)的交替布置可以产生许多有意思的游戏变型。本发明的布置游戏最好具有数量较多的结构元件，特别是超过九个，结构元件最好都包括一组或两组全等的结构元件，以及需要的话，包括上述框架区域。
在许多已知的拼板中，没有元件以几何形状配合在另一元件上，除非图片区域也配合在一起。根据本发明的拼板，在不要求图片区域也能配合的情况下使所有的块与另一些块的各边配合。这增加了拼板的难度。
在本发明的拼板或布置游戏的特定实施例中，依攀塔或由这些依攀塔产生的结构的诸边已经被线段替换，这些线段经放置拼板块，将会使其连接。对于依攀塔来说，用一条向左侧凸出和与其中心对称向右的凸出线来替换五条边中的每一条边就会出现这种情况，藉此可以形成切槽或挂钩。
根据本发明，结构元件组可以由木头、石头、陶瓷、玻璃、塑料、金属或宝石制成，并且镶嵌成形。无论其几何刚度如何，这些结构可以通过多种类型的结构元件的定位形成多种图片。
可以通过一非交叉的线序列来叙述依攀塔的大多数设置。如果整圆该线序列，则接触区域消失，并且产生一连续的、大致单独连接的区域，例如，可以从胶合板中切出该区域(更具体地说，借助激光)，并且可以放入一带有对应切口的板或片段。该物件——尤其是在家具表面上——是本发明的另一实施例。
结构元件组可以构成织物图案或墙纸图案或类似物件，其整个区域完全或基本上完全被依攀塔或修改的依攀塔覆盖，然而由于随机化或偶然分布，轮廓不会重复。在该情况下，较佳实施例由周期性重复的八个依攀塔的六边形子部构成，然而，可以将依攀塔不同地统计分布在一个分区到另一个分区，因而无论子组的边缘的周期性如何，都可以统计方式产生依攀塔的非周期性设置。对于大多数观察者来说，子区的六边形结构藉此消失。
本发明的另一实施例是衍生自依攀塔的新的结构元件或贴片，通过用一线的走向、一矢量序列或一弯曲段(在下文中称为“弯曲段”)来替换依攀塔的每条边，以使依攀塔构成这些结构元件的第一组，其中端点之间的距离相同，并且这些边中的至少一条是不直的。所有五个弯曲段最好是相等的，产生一个或两个新的修改型依攀塔，该依攀塔具有五个展开或限定依攀塔的“主转角”。如果弯曲段中心对称，则只产生一个新的结构元件。否则将出现两个结构元件，这取决于用弯曲段沿顺时针方向还是沿逆时针方向替换依攀塔的五条边。
在新的结构元件之中，特别推荐弯曲段具有一中心对称的S或Z形状。其中，那些特别适用于诸如拼板或其它布置游戏之类应用的构件元件是下列的一种，弯曲段导致并列的结构元件钩住或互锁。通过提供至少两个互相形成一大于180°角的弯曲段的部分段可以实现后一种情况。弯曲段最好既不与自身交叉，也不与依攀塔的其它边的弯曲段交叉。
如果弯曲段包括两条形成144°角的线元件，则出现两个具有八个或六个转角的本发明的结构元件。对于具有六个转角的结构元件来说，由于这些结构元件覆盖了零面积，因此可以简单地略去由此产生的前后延伸的复线。一般可以规定以下条件如果线段包括数量n＞2的段，第一与最后段之间的角度为144度，则依攀塔的花纹镶嵌产生由两组具有不同周长的两块贴片的全等贴片构成的花纹镶嵌。周长差是线段的第一和最后段的重叠部的四倍。再次略去较小的结构元件的重叠线段。
在具有五个等同但不中心对称的弯曲段的结构元件的情况下，产生两个不同的结构元件(例如先前叙述的具有八个或六个转角的结构元件)，其中每次铺贴或完全覆盖平面或用这种结构元件的平面段的完全覆盖平面包括数量基本相同的两种不同的结构元件。
本发明还提供新的结构元件或贴片，它们也衍生自依攀塔，并且具有沿互相并列的一或两条边放置至少两个依攀塔而产生的一轮廓。最好由两个如此并列布置的依攀塔构成结构元件，藉此产生七个不同(不计算镜像反转)的结构元件，其中的六个具有八条等长边，其中的一个具有六条等长边。三个结构元件可以周期性或非周期性地铺贴平面，其中只有线对称结构元件允许用这种单个结构元件进行铺贴。其它形式的结构元件可以只和与其镜像对称的结构元件一起铺贴所要求的平而。具有八条边的三个结构元件和具有六条边的一个结构元件在该组中是最佳的。同样，可以由一弯曲段来替换这些结构元件的每条边。藉此再产生一组或两组可以在诸如花纹镶嵌或铺贴的情况下相互联锁的结构元件。
下面结合图示实施例的附图来叙述本发明。
图1至3示出了由本发明的依攀塔组构成的不同的花纹镶嵌；图4至6示出了多组修改的依攀塔的花纹镶嵌；图7a至8h-2示出了由修改的依攀塔构成的本发明的结构元件；图9a至g示出了由两个依攀塔构成的本发明的结构元件；图9h示出了组合的图9a-g的结构元件；图10a至b示出了构成螺旋花纹镶嵌的本发明的结构元件；图11a示出了一组本发明的结构元件构成的花纹镶嵌；图11b至c示出了本发明的两个互补式结构元件；图11d示出了图11b和11c的结构元件的花纹镶嵌，这些结构元件衍生自图11a的结构元件。
具体实施例方式
图1中示出了依攀塔的非周期性花纹镶嵌和沿线A-A的一横截面。这些依攀塔1和2都是全等的，并且具有一种或两种颜色。图1中示出了由十个依攀塔构成的两个“圆周”(十边形)。可以看出该结构延伸至无限大的可能性。
图2中示出了由依攀塔1和2构成的非周期性、中心对称的花纹镶嵌。邻近的结构元件也可以交替颜色。
图3中示出了由依攀塔构成的非周期性花纹镶嵌。这些依攀塔中的每八个(四个浅色和四个深色)各自形成一六边形。这些六边形的轮廓周期性地铺贴平面。然而，依攀塔自身非周期性地铺贴平面，其中通过一任意或统计分布来确定六边形中的八个五边形的两种可能的设置。然而，也可将算法用于该设置。
图7a至7h中示出了衍生自依攀塔的结构元件。这些依攀塔的各边已经被显现为尖锐或圆钝的、中心对称的线序列替换。这产生了用于花纹镶嵌的全等结构元件。图7a至h中的一些附图示出了形成结构元件的可靠连接或挂钩的凹口。
图8a-1、2至8h-1、2分别示出了两种结构元件或贴片，它们由以下依攀塔得到首先通过等长的、其间具有一个144度角的两条线来替换依攀塔的每一条线。如上所述，藉此产生如图11d中的花纹镶嵌方式的图11b和c所示的两个结构元件9和10。如果现在用对应的线序列或线形状来替换结构元件的十条或六条边的每一条，如同在图7a-h的相应示图中处置依攀塔自身，于是产生如图所示的修改的结构元件。结构元件8a-1和8a-2(对应于8b-h)共同铺贴平面，一部分结构元件会互锁或挂钩。
图9a-g示出了七个结构元件，它们由沿一条边或两条边并列的两个依攀塔形成。图9h中示出了如何将这七个结构元件放置成周长最小的形状。在本发明的这些结构元件中，由于它们可以单独或与其它或与其镜像对称的结构元件一起周期性或非周期性地铺贴平面，因此有三个结构元件尤其理想。它们是图9a、9f、9g的结构元件。因此，它们也可用于上述应用。在图9g的结构元件的情况下，这是一个衍生自沿两条线并列设置的两个依攀塔的等边不规则六边形。在图9a和9f的结构元件的情况下，它们也是由沿一条线并列设置的两个依攀塔获得的等边不规则的八边形结构元件。
图5、6和4示出了由图9a、9f、9g的结构元件构成的非周期性花纹镶嵌。只有图9a的结构元件单独铺贴或镶嵌平面，请见图5。在图9f和9g的结构元件的情况下，出于该目的，除了图6所示的镜像对称的结构元件以外，还需要结构元件(或白色元件)之间存在间隙。
图10a和b中示出了两种具有修改的依攀塔7和8的花纹镶嵌，所述依攀塔具有一螺旋结构，其中图10b包括图10a的设置，并且示出了增长的螺旋线。单个结构元件7和8对应于图7d所示的结构元件。
图11a-d示出了依攀塔如何产生新的结构元件9和10。图11a中示出了完全由依攀塔构成的最初的花纹镶嵌。如果在初始的花纹镶嵌中通过使两条线的线序列形成一个144°的角以替换每条边，然后产生图11d的花纹镶嵌，如上所述，其中已经省略了复线。以该种方式产生单独显示在图11b和图11c中的两组贴片。第一组包括等边的十边形结构元件，而第二组包括等边的六边形结构元件。十边形结构元件是等边的，并且具有288°、144°、72°、144°、144°、144°、144°、144°、72°、144°。六边形结构元件具有与十边形结构元件相同的边长，并且角度为72°、72°、216°、72°、72°、216°。
基于以上花纹镶嵌的布置游戏最好另外还具有一不会接触花纹镶嵌的周围边缘，例如一限制布置游戏的矩形边缘，可以从诸如纸板、塑性材料或木头切出该边缘，并因而限制一包围内部区域的封闭边缘区域。用本发明的结构元件组或两个图示的组来填充内部区域。也可以用如下方式形成布置游戏一条边可以用作拼板，另一条边可以形成不带图片的、具有相同颜色的结构元件或具有不同颜色(例如直至六种颜色)的结构元件。使用该另一条边或如此形成的单面布置游戏，可以用多种方式进行游戏，其中将获胜者定义为放置最后一个元件的人或者可以使用一骰子来确定游戏者必须放置多少个元件，并且由放置结构元件的数量或无法再放置结构元件的数量来定义获胜者或失败者。还可以根据以下目的建立游戏规则使某个元件自身的连接链与边缘相连，或者包围一种颜色形成的区域并藉此使包围区域尽可能地大，其中它们的尺寸由可以并放入成包围区域的结构元件的数量限定。因此产生与NIM游戏或GO游戏有关的游戏，然而，除了解决游戏者理解结构元件的几何形状的问题以外，还具有另外的教育作用。
在本发明的布置游戏的又一实施例中(该实施例在旅行中特别有用)，结构元件在移动时受到磁力的约束。同样，形成并排设置，并且确保防移动的带有切槽的结构元件对该目的是有用的。
权利要求
1.结构元件组，它包括全等的结构元件SA的至少一个子组UA，所述结构元件具有衍生自等边多边形的轮廓，其特征在于，所有结构元件SA的轮廓包括五条直线LF，它们以封闭的方式连接等边不规则五边形(GUR)的诸转角，其中，等边不规则五边形的角度为36°、108°、108°、36°和252°。
2.如权利要求1所述的结构元件组，其特征在于，诸直线LF是全等的，并且是从以下直线中选出直线GL、中心对称的非直线ZL、镜像对称的非直线SL，并且连接线ZL和SL不交叉，最好除GUF的诸转角以外也不接触。、
3.如权利要求2所述的结构元件组，其特征在于，这些组包括第二结构元件SB的至少一个另一子组UB，该子组与结构元件SA不同，但以这样一种方式与子组UA互补，即子组UA和UB可以并列设置，以使它们覆盖一部分平面，而且不产生间隙。
4.如权利要求3所述的结构元件组，其特征在于，结构元件SA具有线LF构成的轮廓，线LF由等长的、其间形成一个144°的角的两段LC构成，并且形成一等边不规则十边形(GUZ)，并且结构元件SB具有等边不规则六边形(GUS)的轮廓，该六边形具有六个长度与LZ相同的直线元件(LS)和72°、216°、72°、72°、216°、72°的内角
5.如先前的任一权利要求所示的结构元件组，其特征在于，用全等的、中心对称的、非直线的线或者用不交叉的、全等镜像对称的非直线来连接GUF或GUZ或GUS的诸转角，以形成结构元件SA或SB的轮廓，
6.结构元件，尤其是用于布置游戏的元件、贴片或镶嵌部分，其特征在于，结构元件具有一轮廓，该轮廓连接等边不规则五边形(图1)的诸转角，该五边形具有由诸线(b)或(c)构成的36°、108°、108°、36°和252°的角度，或者等边不规则十边形(图11b)的诸转角，该十边形具有由诸线(a)、(b)或(c)构成的288°、144°、72°、144°、144°、144°、144°、144°、72°、144°的角度，或者等边不规则六边形(图11c)的诸转角，该六边形具有由诸线(a)、(b)或(c)构成的72°、72°、216°、72°、72°、216°的角度，或者等边不规则六边形(图4)的诸转角，该六边形具有由诸线(a)、(b)或(c)构成的36°、144°、108°、108°、72°、252°的角度，或者等边不规则八边形(图5)的诸转角，该八边形具有由诸线(a)、(b)或(c)构成的108°、36°、252°、72°、252°、36°、108°、216°的角度，或者等边不规则八边形(图6)的诸转角，该八边形具有由诸线(a)、(b)或(c)构成的36°、108°、144°、252°、36°、108°、144°、252°的角度，其中，连接线(a)是直线(b)是中心对称的非直线(c)是镜像对称的非直线。
7.结构元件，尤其是拼板元件、铺贴或镶嵌部件，其特征在于，结构元件具有附图之一所示的轮廓，或者带圆钝转角的轮廓。
8.全等结构元件组，其特征在于，它包括多个如涉及结构元件的权利要求中的任一权利要求所述的结构元件。
9.如涉及结构元件组的权利要求中的任一权利要求所述的结构元件组，其特征在于，该组具有一个或多个以下特征a)结构元件具有圆钝转角；b)结构元件的表面外观不同；c)结构元件具有大致呈矩形的截面；d)子组UA包括至少三个、最好至少四个具有全等轮廓的结构元件；e)与GUF或GUZ或GUS的长度相比，结构元件的厚度相对较小；f)结构元件是贴片、镶嵌元件或布置游戏元件，尤其是拼板元件；g)矩形不规则多边形的诸转角由圆钝的点对称线连接，最好形成具有互相钩住结构元件的切槽的结构元件。
10.如涉及结构元件和结构元件组的权利要求中的任一权利要求所述的这种结构元件或结构元件组，其特征在于，它们可以应用在布置游戏、拼板、镶嵌作业、珠宝、贴片组、织物、墙纸或覆盖地面区域、墙壁区域或家具表面。
11.布置游戏，尤其是拼板，其特征在于先前的权利要求中的任一权利要求所述的至少一组结构元件，最好是包围可用多个结构元件进行填充的布置区域的一封闭边缘区域。
全文摘要
本发明涉及代表等边不规则五边形结构的结构元件组，该五边形具有36°、108°、108°、36°和252°的角度，该结构元件可使多个图案周期性或非周期性地覆盖一平面。等边不规则五边形的每条边被点对称的直线替换的修改的结构元件也可以覆盖平面。所述结构元件组可用于贴片应用、诸如拼板的贴片游戏、镶嵌产品、珠宝以及织物和墙纸产品。
文档编号B44C3/12GK1427735SQ01808965
公开日2003年7月2日 申请日期2001年5月4日 优先权日2000年5月4日
发明者伯恩哈特·盖斯勒 申请人:伯恩哈特·盖斯勒