對稱性與點群

立體投影(stereographic projection)

要怎麼把晶體三維的對稱畫在一張平面紙上,又不靠變形的把戲?立體投影就是標準答案。想像晶體縮小到一顆透明地球儀的中心;每個晶面或對稱軸的方向刺穿球面之處,就標成一個點。接著把上半球的每個點朝南極投影下去,看這條線與赤道圓盤相交在哪裡。結果就是一張晶體中各方向的平面地圖,立體投影圖(stereogram)。

這種投影有個好用的性質:它是保角的,也就是保持角度不變。球面上相隔 30 度的兩個方向,在紙上仍相隔 30 度,所以晶面之間真正的角度關係可以直接讀出。依慣例,上半球的點畫成實心點、下半球的點畫成空心圈,都落在一個圓(基圓)之內。對稱元素有標準符號:實心六邊形代表六重軸、實線代表鏡面、中心的空心圈代表反演。

立體投影圖正是《國際晶體學表》傳統上展示 32 個點群的方式,一眼便能看出每根軸、每個鏡面,以及一般點如何倍增。除了教科書,它們也是實用工具:冶金學家在上面標繪晶體取向與滑移系統,而用來描述輥軋金屬織構的極圖(pole figure),就是把特定晶面法線指向何處做成的立體投影。它是晶體學家的地圖投影,和把地球攤平成海圖是同一個構想。

立方晶體的 [100]、[010]、[001] 方向在立體投影圖上畫成三個相隔 90 度的實心點;標準的 (001) 投影把 m-3m 的鏡面與四、三、二重軸全放進一張可讀的圖裡。

立體投影把三維方向攤平到一個圓盤上,同時保持它們之間的角度。

它保持角度、卻不保持面積,就像地球的地圖,遠離中心的形狀會被拉伸。讀它是為了方向與角度,而不是真正的相對大小。

又称
stereogram極射赤面投影