【四维魔方】4维3阶超立方体魔方的简单复原教程 | 您所在的位置:网站首页 › 3✘3魔方怎么拼 › 【四维魔方】4维3阶超立方体魔方的简单复原教程 |
明确一下是“四维”魔方,不是“四阶”魔方。四维魔方种类繁多,本文讲的大概长这样 它更严谨的名字是:{4,3,3} 3,花括号这部分叫做“施莱夫利符号(Schläfli symbol)”,{4,3,3}表示它是一个超立方体(hypercube),花括号外面的“3”表示它是3阶的。 本文的方法通常称为层先法,解法基本源于Sheerin-Zhao Method和‘咖啡味的茶’的教程,另外还有两条公式源于油管博主Tetrian22的视频,文中将另外贴出链接。 先贴出一些相关的链接: ① magic cube 4d的主页,里面有下载的链接。 https://superliminal.com/cube/cube.htm ② 以及他们的project wiki http://wiki.superliminal.com/wiki/MagicCube4D ③ project wiki中给出的解法(Sheerin-Zhao Method (Hybrid) V1)。是英文的但是讲得很好,简单易懂。 http://wiki.superliminal.com/wiki/3%5E4 ④ UP(自称‘猫九’) 在2023年写的一篇新教程 https://docs.qq.com/doc/DS0FjTHR3TlFtcVR2 ⑤ 魔方吧(mf8)‘咖啡味的茶’的教程,应该是国内最早的完整教程,早在2011年就已经发表。 http://www.mf8-china.com/forum.php?mod=viewthread&tid=74060 http://bbs.mf8-china.com/forum.php?mod=viewthread&tid=69323 http://bbs.mf8-china.com/forum.php?mod=viewthread&tid=90013 ⑥ B站的一个视频教程。用的方法大致都是‘咖啡味的茶’的教程里的方法。 https://www.bilibili.com/video/BV1Hx41167Qi ⑦ ‘咖啡味的茶’后来在知乎发表的文章,用群论研究魔方。 https://zhuanlan.zhihu.com/p/162732620 注:玩四维魔方并不需要知道太多知识,本文也不会去详细讲什么是四维。只需要大致了解各个块的对应关系,魔方是如何转动的等等就足够了。四维魔方也并不复杂,它的很多步骤可以从3维的魔方推导过来。阅读本文需要有三阶魔方一些基础,本文也会把每个公式和具体效果贴出来。 总体认识 首先看看3维魔方,有6个中心块,12个棱块,8个角块。中心块有1个颜色也就是1个贴纸,棱块2个,角块3个。 使用程序:Ultimate Magic Cube 2在2维中可以用这种方式表示它: 演示程序:MagicCube 3D,在magiccube 4d的主页可以找到这个程序,因此不再另贴链接魔方贴纸被拆开铺成左边的形式,还有一个不可见的面被放到了右边。 三维和二维两个视角的对应关系应该非常明确,此处不再赘述。 回到四维魔方,看到的这些纯色小方块实际上是魔方各个块上的“贴纸”,只不过现在是3维的。比如目前圈起来的4个高亮显示小方块,这其实是四色角块“青-红-绿-黄”的四块“贴纸”。 把这些小贴纸也叫做“色块”。 把魔方每个不同三维空间中的立体称作“胞”(cell),四维魔方有8个胞,相应地有8个没法选中的单色“中心块”,此外还有24个双色的“面块”,32个三色的“棱块”,16个四色的“角块”(方便起见,有时直接称他们为n色块(1色块,2色块,3色块,4色块))。你可能会问为什么只看到了7个胞,因为跟MC3D演示的一样,还有一个胞没有被显示,只要按住‘ctrl’键并点击任一个旁边的方块就可以旋转魔方(沿看不见的轴),从而看到该胞。 注:可以这样理解这个四维魔方:最中间的胞位于一个三维空间,从这个空间的6个面出发,向另一个三维空间延伸,外圈6个变形的胞就在这6个位置上。最终延伸到达的三维空间,就是不可见的胞位于的空间。(类比三维:底面的正方形,4条边每条边都往上延伸一个正方形,最终到达顶面)。 魔方的旋转(此部分参考‘咖啡味的茶’教程) 对于三维的三阶魔方,转动的是其边界,即正方形。 四维魔方的边界是一个正方体,此时有三种旋转方式(三种旋转轴): 1.平行且不相邻的两条棱的中点的连线 (两次一循环) 2.体对角线(三次一循环) 3.对面的中心连线(四次一循环) 第一,第二种旋转都可以由第三种旋转合成。 沿2旋转一次的魔方: 程序的使用 鼠标左右键分别是逆顺时针旋转。 按住ctrl键再单击任一个方块,可以调整视角与归位(注意这里默认“ctrl-click rotates”设置为“by face”)。 按住数字键1,2,3可以选择旋转的层,可以同时按住多个键进行旋转(注:笔记本可能需要先按下CapsLock)。 常用的快捷键:ctrl+z回撤,ctrl+y重做,ctrl+0重置。 记号介绍 已经有一个普遍使用的 Ray Zhao's Notation(见第三个链接),本文不做过多改动,只是把某些符号小写。 把魔方7个可见的胞,分别用大写字母记为:U(up),D(down),L(left),R(right),F(front),B(back),T(top)。Top胞就是指最中间没有变形的这个胞。称外面不可见的胞为K(kata)。 (注:在古希腊语中,ana表示四维方向的“上”,kata表示四维方向的“下”,不用ana而用top是为了增加区分度) 每个胞都有6个二色块,只要知道这个二色块向外连接的是哪一个胞,就可以唯一确定胞上的一个二色块。引入8个小写字母:u,d,l,r,f,b,t,k,用来确定另外的胞。 比如: Tr,指T胞与R胞连接处的这个2色块,位于T胞的那一个色块(见下图所示)。 Rt,指T胞与R胞连接处的这个2色块,位于R胞的那一个色块(对应图上绿色的块)。 Rk,指K胞与R胞连接处的这个2色块,位于R胞的那一个色块。 拓展这个记录方法:3个字母可以确定胞上的一个3色块,4个字母可以确定一个4色块: Trb,表示位于T、R、B 三个胞连接处的3色块,T胞部分的色块。 Turb,表示位于T、U、R、B 四个胞连接处的4色块,T胞部分的色块。 不含(’)表示做顺时针旋转,即鼠标右键点击。带(’)表示逆时针,鼠标左键点击。 数字“2”表示旋转180度。 M表示中间层的旋转,方向由后面紧跟的符号决定。(按住数字键‘2’来实现) 例子: “ Tr ” 表示 “右键点击该符号指代的色块”。 “ Turb’ ” 表示左键点击该符号指代的色块(位于T胞上右后方)。 “ MRk ” 表示按住数字键2以后右键点击Rk色块。 显然记号的表示不是唯一的,比如:Tl 与 Tr’是等价的,Trb 与 Tbr 与 ( Tu Tr2 ) 都是等价的。 note 1.注意到我的魔方配色与程序的默认值不一样,更改配色只需要在目录里新建名为“facecolors.txt”的文档,里面填上8个16进制颜色码或者rgb值即可。我的配色方案作为参考: 2.程序还允许定义一些宏(Macros)来方便用户使用,可以用它将公式记录下来。定义时先选定3个方块来进行定位,之后记录操作。使用时按顺序点击3个定位的方块即可。宏的使用本文不细讲。 开始复原 步骤:cross、F2L、S2L、OLL、PLL、特殊情况 cross:还原K胞的6个二色块 先选定一个颜色作为将来的K胞,为方便观察可以先将其置于T胞位置。接下来找所有含该胞(现在是T胞)颜色的2色块,将其正确放置在对应位置上。 两条非常简单的原则: ① 找到该二色块,旋转能直接将T的颜色合并好,然后通过“Tx”的旋转将另一个颜色正确合并上。 ② 找到该二色块,旋转能将另一个颜色X合并好,然后通过X胞的旋转将块合并到T胞上。 完成cross以后,将T胞往外放到K胞位置。 完成后的图示: F2L:还原12个2色面+3色棱的组合 ① 找包含K胞颜色的三色棱块,然后将其放置到正确位置上,做公式: i)情况一 K胞颜色不在T胞,色块变化:Rft -> 进入K胞;Tfr -> Rfk;Frt -> Frk 公式:Fu Ru’ Fu’ Ru 对于镜像对称的情况,可以将公式镜像,也可以按住左键拖动,将魔方上下翻转来调整视角,变成公式的情况。 ii)情况二 K胞颜色在T胞中,色块变化:Tfr -> 进入K胞;Ftr -> Frk;Rtf -> Rfk 公式:Ru Tr2 Ru’ 如果图中黄绿颜色反转的话,只需点击一下Tfr块旋转过来即可。 复原所有这样的3色棱块。 ② 找与该棱块对应的2色面块,同样旋转T胞来调整正确的位置。色块变化:Tr -> Fr;Rt -> Rf 公式:( Tu’ Fu’ Tu Fu ) ( Ru’ Fu Ru Fu’ ) 复原所有这样的面块。容易知道这就是三维中二层的复原公式。遇到所需块不在T胞的情况,用公式调整到T胞即可。
完成以后: 另一种方法: 找包含K胞颜色的三色棱块,再找与该棱块对应的2色面块,将他们在T胞上合并起来,最后整条一起放入正确位置。 方法自行摸索。这里主要是提醒各位很多时候合并是很简便的,不需要太死板。 S2L:还原8个4色角+3色棱的组合 ① 找包含K胞颜色的4色角块,然后用T胞的旋转将其放置到正确位置上。 i)情况一 K胞颜色不在T胞,色块变化:Frtd -> 进入K胞;Tfrd -> Fkrd;Rtfd -> Rkfd;Dtfr -> Dkfr 公式:( Ru’ Dt’ Ru Dt ) ( Ru Dt’ Ru’ Dt ) 公式原理其实就是在D胞用RKT方法做(R’FRF’)合并色块而已,RKT方法在后面介绍。 ii)情况二 K胞颜色在T胞中,色块变化:Tfrd -> 进入K胞;Rtfd -> Fkrd;Ftrd -> Rkfd;Dtfr -> Dkfr 公式:Rf Uk Tr Uk2 Tr’ Uk Rf’ 原理是将需要调整的块拆到T胞调整以后再放回去。 复原所有这样的4色角块。 ② 找与该角块对应的3色棱块 色块变化:Trd -> Frd;Rtd -> Rfd;Dtr -> Dfr 公式:( Tu’ Dr Tu’ Dr’ )( Tu Dr Tu Dr’ )( Tu Df’ Tu Df )( Tu’ Df’ Tu’ Df ) 原理就是在D胞用RKT方法做(U’ F’ U F U R U’ R’) 另一种方法: 找包含K胞颜色的4色角块,再找与该角块对应的3色棱块,将他们在T胞上合并起来,最后整条一起放入正确位置。 具体略,仍由各位自行摸索。放入方法已在前面给出:( Ru’ Dt’ Ru Dt ) ( Ru Dt’ Ru’ Dt )。 提示:有时候需要用(Ru Tu Ru’ Tu Ru Tu2 Ru’)做色块方向调整。 完成以后: RKT方法 在讲OLL之前,先介绍这个贯穿全文的重要思路。 如果想要把小鱼公式(R U R’ U R U2 R’)作用在T胞上,但是又不想打乱其他方块,应该怎么办? 不妨将所有的外部旋转全部放在 Rk 上做,内部就进行Tx的调整。这样一来外部只保持Rk的打乱,非常容易还原。 比如,上述小鱼公式可以变成这样:(R z R z' R' z R z' R z R2 z' R'),‘z’指将魔方按F的方向旋转视角。应用到4维魔方,公式就是:( Rk Tf Rk Tf’ )( Rk’ Tf Rk Tf’ ) Rk Tf Rk2 Tf’ Rk’ 可以看到,现在这个公式只影响了这个魔方的T胞这部分,成功把T胞外面这层‘壳’当作了一个三维魔方,做了一次公式。 显然RKT方法转换方式不是唯一的,可以用不同的面,甚至不仅仅用一个面作为调整面。 关于T胞翻转色块 如果对魔方仅使用 Xk 的旋转进行打乱: 将里中外3层合在一起看作一个块,可以发现这可以视作一个普通的3维魔方,进行了打乱。 现在尝试做3维中的小鱼公式,即原旋转全部变成 Xk 旋转:( Rk Uk Rk' Uk Rk Uk2 Rk' ) 因为小鱼公式只影响U面,可以发现现在这条套用的公式便只影响了魔方的U胞。 如果将魔方U胞放到T胞处,便相当于是只影响T胞的公式: 上面相当于做了公式(Ru Tu Ru' Tu Ru Tu2 Ru'),从旋转的改变方式来看,这是将 Xk 旋转全部改成 Xu 旋转,Uk 全部改成 Tu。 于是我们将原本3维公式(如果含D,则D相关步骤要转为K胞的旋转),全部转换为 Xu 旋转应用到4维魔方上,只要使用的原公式只影响U面,我们得到的公式便只影响T胞,这便是翻转T胞色块最简单的原理。 OLL:将T胞的颜色全部翻转好 ① 翻转2色面块 公式:Fu Tu Ru Tu’ Ru’ Fu’ 逆公式:Fu Ru Tu Ru’ Tu’ Fu’ 完成后:
② 翻转3色棱块 继续使用改造的公式(Ru Tu Ru’ Tu Ru Tu2 Ru’) 遇到剩余棱块不在同一层的情况,用Rk,Lk,Uk等进行调整再做公式,再还原调整即可。 特殊情况:注意到有可能出现只翻转单棱的情况: 公式:( Rtf Tlf Lkf Tlf )2 完成后:
③ 翻转4色角块 简单介绍几种思路。第一种是交换子,第二种是RKT。 法一:(为书写方便,以下R T U 均指Ru Tu Uk) i) ( R T R’ T R T2 R’ ) U ( R T2 R’ T’ R T’ R’ ) U’ ii) ( R T2 R’ T’ R T’ R’ ) U ( R T R’ T R T2 R’ ) U’ iii) ( R T R’ T R T2 R’ ) U2 ( R T2 R’ T’ R T’ R’ ) U2 iv) 一条简短的交换子公式(12步): Rk ( Uf Lt’ Ur’ Lkfu’ Ulft’ ) Rk’ ( Ulft Lkfu Ur Lt Uf’ ) 来源:https://www.youtube.com/watch?v=sgzYkEbG8A0 法二: 回顾公式(R U R’ U R U2 R)的RKT变形:(为书写方便,R指Rk) R Tf R Tf’ R’ Tf R Tf’ R Tf R2 Tf’ R’ 如果把U胞放到T胞的位置再来看,可以发现这条公式相当于翻转了T胞的三个角块。 因此要翻转T胞的角块,可以将T胞与U胞位置交换,之后用上述公式进行调整。 实际上可用的公式很多。三维公式的例子: L’ U R U’ L U R’ U’ (角的3轮换) r U R’ U’ r’ F R F‘ (翻转两角的公式) 等,对它们进行RKT变换以后便可以实现相应角块翻转。 特殊情况:四色角块会出现只翻一角的特殊情况 公式:Lf’ ( R T2 R’ T’ R T’ R’ ) U ( R T R’ T R T2 R’ ) U’ Lf (其中R T U 均指Ru Tu Uk) 公式来源于法一的ii),用Lf拆角来构造翻单角的情形。 完成后: PLL:此时魔方余下部分已经基本是喜闻乐见的三维魔方了,当然还要调整一下“中心”块 ① 调整面块 用三维三棱换的变形:(MR T 均指 MRu Tu) MR2 T’ MR’ T2 MR T’ MR2 遇到只换了两个中心的情况 旋转一下Tu,可以发现其实还是三棱换。 ② 用RKT方法,当作三维的三阶魔方还原 (做底面十字与还原第一层略) 为方便起见,将一些三维公式相应的的RKT变换给出。(如无特别说明,L指Lk,R指Rk,U指Uk,F指Fk,MR指MRk) 还原二层棱块(原公式):R U’ R’ U’ F’ U F [U] 变形:R Tf R’ Tf’ R’ Tf R’ Tu’ R’ Tu R Tu’ R [Trfd’ R]
十字(原):F R U R' U' F' 变形:F ( R Tf R Tf' R' Tf R' Tf' ) F' 三角翻转: 使用前述公式(任选):Rk ( Uf Lt’ Ur’ Lkfu’ Ulft’ ) Rk’ ( Ulft Lkfu Ur Lt Uf’ ) 图略 三棱换(原):MR2 U’ MR’ U2 MR U’ MR2 变形:( MR2 Tf R’ Tf’ )( MR’ Tf R2 Tf’ )( MR Tf R’ Tf’ ) MR2 三角换(原):R B’ R F2 R’ B R F2 R2 变形:( R Tu R’ Tu’ )( R Tu’ R2 Tu )( R’ Tu R Tu’ )( R Tu’ R2 Tu ) R2 上述各公式的镜像不再另外给出。 ③ 最后,处理可能的特殊情况。 可以正常地三棱换三角换还原回去,也可用以下公式: i)三维原公式:( L R U2 L’ R’ U )2 RKT变形:[ ( L R Tf R2 Tf’ )( L’ R’ Tf R Tf’ ) ]2 R2 ii)更简短的公式(11步) ( Ur Fu Ur’ Fu’ ) ( Ulft’ Lf’ Ur’ Lf Tf Uk’ Tf’ ) ( 注:Ulft' = (Uk Ur) ) 来源:https://www.youtube.com/watch?v=o485mUVlgng 最终完成复原 这时可以选择发一封邮件给[email protected],附上你的log文件,把自己记在名人堂上(500名后已不再更新)。管理员Melinda Green非常热情,会邀请你加入他们的mailing list。
本方法还原,熟练的话平均应该在600步左右,但再进一步缩减步数就很困难了,可以从 project wiki 等其他地方了解步数更少的方法。 |
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