background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

1

Introduction to Descriptive 

Geometry

ME114 

COMPUTER AIDED 

ENGINEERING DRAWING II

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

2

•Gaspard Monge(1746-1818), the 
father of descriptive geometry, 
developed a graphical protocol which 
creates three-dimensional virtual 
space
 on a two-dimensional plane. 

•Monge became a scientific and 
mathematical aide to Napoleon 
during his reign as general and 
emperor of France.

Descriptive Geometry

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

3

Definitions(1)

Projective Geometry [1]
• The branch of 

geometry

 dealing with 

the properties and invariants of 
geometric figures under 

projection

. In 

older literature, projective geometry 
is sometimes called "higher 
geometry," "geometry of position," or 
"descriptive geometry" (Cremona 
1960, pp. v-vi).

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

4

Definitions(2)

• Descriptive Geometry builds on the 

practice, evolved over centuries, of 
displaying two images of a single 
object simultaneously; one image is 
seen from one direction while a 
second image is seen from a direction 
90° rotated (e.g., a "front" and a "side" 
view)[2]. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

5

Definitions(3)

• Descriptive Geometry is a 

graphical communication system, 
concerned with describing space in a 
mathematical way, so that the 
geometrical objects and their 
interaction can be imagined and 
drawn[3]. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

6

Definitions(4)

• Descriptive Geometry can be defined as 

the projection of three-dimensional figures 

onto a two-dimensional plane of paper in 

such a manner as to allow geometric 

manipulations to determine 

• lengths
• angles
• shapes 
• and other descriptive information 
   concerning the figures [8].

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

7

Projection

• When representing a 3-D object on the 2-D 

sheet of paper, the number of dimensions 

is reduced from 3 to 2. 

• The general process of reducing the 

number of dimensions of a given object is 
called 

projection

 [6]. Mainly, there are 

two different ways of doing this. According 

to the position of observer;

• Perpective and 
• Parallel Projections.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

8

Perspective Projection

Perspective(Central) projection is a type of 

drawing

, or 

rendering, that graphically approximates on a planar (two-
dimensional) surface (e.g. 

paper

 o

painting canvas

) the images of 

three-dimensional objects so as to approximate actual visual 
perception [4]. 

The projection or 
drawing upon the 
plane is produced by 
the points where 
projectors pierce the 
plane of projection 
(piercing points). In 
this case, where the 
observer is relatively 
close to the object, 
the projectors form a 
“cone” of projectors, 
resulting projection is 
known as a 
perspective 
projection[5].

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

9

• Descriptive geometry uses the 

image-creating technique of 
imaginary, parallel projectors 
emanating from an imaginary object 
and intersecting an imaginary plane 
of projection at right angles. The 
cumulative points of intersections 
create the desired image. 

Parallel Projection

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

10

•Descriptive Geometry is based on Parallel 
Projection, in most cases parallel, orthogonal 
projection [6].

Parallel Projection

In particular, an 
orthogonal projection 
of a three-dimensional 
object onto a plane is 
obtained by 
intersections of lines 
drawn through all 
points of the object 
orthogonally to the 
plane of projection [7].

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

11

Orthographic projection

• Orthographic projection is a means of representing a three-

dimensional

 (3D) object in two dimensions (2D). It uses multiple 

views of the object, from points of view rotated about the object's 
center through increments of 90°. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

12

Orthographic projection

• Equivalently, the views may be considered to be obtained by 

rotating the object about its center through increments of 90°. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

13

Protocols(1)

• Project two images of an object into mutually 

perpendicular, arbitrary directions. Each 
image view accommodates three dimensions 
of space, two dimensions displayed as full-
scale, mutually-perpendicular axes and one 
as an invisible (point view) axis 
receding(going back) into the image space 
(depth). Each of the two adjacent image 
views shares a full-scale view of one of the 
three dimensions of space. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

14

Protocols(2)

• Either of these images may serve as 

the beginning point for a third 
projected view. The third view may 
begin a fourth projection, and on ad 
infinitum (continue forever). These 
sequential projections each represent 
a circuitous, 90° turn in space in 
order to view the object from a 
different direction. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

15

Protocols(3)

• Each new projection utilizes a 

dimension in full scale that appears as 
point-view dimension in the previous 
view. To achieve the full-scale view of 
this dimension and accommodate it 
within the new view requires one to 
ignore the previous view and proceed 
to the second previous view where 
this dimension appears in full-scale. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

16

Protocols(4)

• Each new view may be 

created by projecting into 

any of an infinite number 

of directions, perpendicular 

to the previous direction of 

projection. (Envision the 

many directions of the 

spokes of a wagon wheel 

each perpendicular to the 

direction of the axle.)

•The result is one of stepping circuitously about an 

object in 90° turns and viewing the object from each 

step. Each new view is added as an additional view to 

an orthographic projection layout display and appears in 

an "unfolding of the glass box model".

 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

17

Protocols(5)

• Aside from the Orthographic, six standard 

principal views (Front; Right Side; Left 

Side; Top; Bottom; Rear), descriptive 

geometry strives to yield three basic 

solution views: 

• the true length of a line (i.e., full size, not 

foreshortened), 

• the point view (end view) of a line, 
• and the true shape of a plane (i.e., full 

size to scale, or not foreshortened). 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

18

Protocols(5 cont’d)

• These often serve to determine the direction 

of projection for the subsequent view. By 

the 90° circuitous stepping process, 

• projecting in any direction from the point 

view of a line yields its true length view; 

• projecting in a direction parallel to a true 

length line view yields its point view, 

• projecting the point view of any line on a 

plane yields the plane's edge view; 

• projecting in a direction perpendicular to the 

edge view of a plane will yield the true 

shape (to scale) view. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

19

Protocols(cont’d)

• These various views may be 

called upon to help solve 
engineering problems posed 
by solid-geometry principles
.

• It promotes visualization and spatial 

analytical abilities, as well as the 
intuitive ability to recognize the 
direction of viewing for best presenting 
a geometric problem for solution. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

20

Representative Examples(1)

• The best direction to view:

• Two 

skew lines

 (pipes, perhaps) in general 

positions in order to determine the location of 

their shortest connector (common 

perpendicular) 

• Two skew lines (pipes) in general positions 

such that their shortest connector is seen in 

full scale 

• Two skew lines in general positions such the shortest 

connector parallel to a given plane is seen in full scale 

(say, to determine the position and the dimension of the 

shortest connector at a constant distance from a 
radiating surface)

 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

21

Representative Examples(2)

• A plane surface such that a hole drilled 

perpendicular is seen in full scale, as if looking 

through the hole (say, to test for clearances with 

other drilled holes) 

• A plane equidistant from two skew lines in 

general positions (say, to confirm safe radiation 

distance?) 

• The shortest distance from a point to a plane 

(say, to locate the most economical position for 

bracing) 

• The line of intersection between two surfaces, 

including curved surfaces (say, for the most 

economical sizing of sections?) 

• The true size of the angle between two planes 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

22

Some Axioms

• A few axioms of projective geometry are: 

• 1. If A and B are distinct points on a plane, there is 

at least one line containing both A and B. 

• 2. If A and B are distinct points on a plane, there is 

not more than one line containing both A and B. 

• 3. Any two lines in a plane have at least one point 

of the plane (which may be the point at infinity) in 

common. 

(Veblen and Young 1938, Kasner and Newman 1989). 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

23

Geometric Elements: Point

• A point is a theoretical location in space and it is 

without dimensions. 

• A point must be projected perpendicularly onto at 

least two principal planes to establish its true 
position.

 *

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

24

Geometric Elements: Line

• Imagine a point in space: 
• Imagine that this point starts moving slowly. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

25

Geometric Elements: Line

• Imagine now this point to move very fast in 

one direction only. 

• As you see it move in your mind, it will 
leave a trace: this trace will be a straight 
line

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

26

Geometric Elements: Line

• A line is considered to be infinite in length, 

the portion between any two points on it 
simply specifies a segment

• Line Positions: A line may lie in two, one 

or none of the principal planes of projection. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

27

Geometric Elements: Line

• 1. If it lies in two principal planes of projection, it will be 

seen normal (seen with the true length) in the two of front, 
top or right side views; and it is named for the planes it lies 
in. That line appear normal in two principal planes will be 
seen as a point in the third view.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

28

Geometric Elements: Line

• 2. If it lies in one principal plane of projection, it will be seen 

normal (seen with its true length) in only one of the 
principal planes and it is named for the plane it lies in. That 
line lying in one principal plane of projection may be 
inclined to the other two principal planes. An auxiliary view 
is required to show the end view of that line.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

29

Geometric Elements: Line

3. If it lies in none of the principal planes of projection, it is 

called an “oblique line”, will not appear normal in any of 
the principal views. Two auxiliary views are required to 
show the normal and edge views of that line.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

30

Geometric Elements: Plane

• Now imagine that straight line is stationary for a moment. You 

would like it to move like the point moved, but you need a 
direction. Another straight line will cross over this line, which 
we will call a. The line which gives direction will be called b

This movement again leaves a trace. In this case the trace is a 
plane.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

31

Geometric Elements: Plane

• A plane can be defined by three points, one 

point and one line, two parallel lines, or two 
intersecting lines. Planes are often to be 
infinite in size. The definition of a plane 
simply sets its orientation in 3D space. 

• Plane Positions: A plane may be parallel 

to one of the principal planes of projections, 
inclined to two principal planes of 
projection, or inclined to all three principal 
planes. 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

32

Geometric Elements: Plane

• 1. If the plane is parallel to one of the principal planes it 

receives its name from that principal plane and it will be seen 
normal in that principal plane.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

33

Geometric Elements: Plane

• 2. If the plane is inclined to one of the principal planes it is also 

inclined to another principal plane. It can not be seen normal in any of 
the orthographic views. It will appear as a line (edge view) in one view. 
An auxiliary view is required to show the normal view of the plane.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

34

Geometric Elements: Plane

• 3. If the plane is inclined to all of the three principal planes, it 

is called as oblique plane. It will not appear as a normal or as 
an edge view in any of the principal views. Two auxiliary views 
are required to show the edge and normal views of the plane.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

35

Geometric
Elements: Plane

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

36

Location of a Point on a Line

• The top and front views of line 1-2 are shown in the figure. 

Point O is located on the line in the top view and it is required 
that the front view of the point be found. 

• A point on a line that is shown orthographically can be found 

on the front view by projection. The direction of the projection 
is perpendicular to the reference line between the two views.

H
F

1

1

2

2

O

GIVEN

H
F

1

1

2

2

O

SOLUTION

O

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

37

Intersecting and Non-

Intersecting Lines

• Lines that intersect have a point of intersection that lies on both lines 

and is common to both. Point O is a point of intersection since it 
projects to a common crossing point in the three views given in (a). 

(b)

H
F

1

3

2

4

O

4

1

2

3

4

1

P

3

F

?

?

2

H
F

5

5

6

6

O

7

6

8

5

8

7

O

O

P

(a)

7

8

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

38

Visibility of Crossing Lines

• Lines AB and CD do not intersect, however, it is necessary to 

determine the visibility of the lines by analysis. 

(a)

(b)

B

H
F

A

A

C

B

D

C

D

[CD] is HIGHER

[AB] is IN 

FRONT

H
F

A

A

C

B

B

D

C

D

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

39

Visibility of a Line and a Plane

Step 1. 

Project the points where AB 
crosses the plane in the 
front view to the top view. 
These projectors encounter 
lines 1-3 and 2-3 of the 
plane first; therefore, the 
plane is in front of the line, 
making the line invisible in 
the front view.

Step 2. 

Project the points where AB 
crosses the plane in the top 
view to the front view. These 
projectors encounter line AB 
first; the line is higher than 
the plane, and the line is 
visible in the top view.

REQUIRED:

 

Find the visibility of the plane and the line in both views.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

40

A Line on a Plane

• A line, say AB, is given on the front view of the plane 

and  it is required to find the top view of that line.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

41

A Point on a Plane

• A point, say O, is given on the front view of plane 4-5-6 and it 

is required to locate the point on the plane in the top view. 

Step 2.
Project the ends of the 
line to the top view 
and the draw the line. 
Point O is projected to 
the line.

Step 1.
Draw a line through 
the given view of 
point O in any 
convenient direction 
except vertical.

 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

42

Piercing Points

• Unless a line is in or parallel to a plane, it must 

intersect the plane. This intersection point, called “a 
piercing point”, may be within the limits of the line 
segment or plane as given, or it may be necessary 
to extend one or both, in which case the piercing 
point can be considered imaginary.

There are two methods to find the piercing points:

- Auxiliary-View Method
- Two-View Method

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

43

Piercing Points

Auxiliary-View Method: An edge view of a plane contains all points in 
the plane. Therefore, in a view which shows the given plane in edge 
view, the point at which the given line intersects the edge view of the 
plane is the point common to both-the piercing point.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

44

Piercing Points

Two-View Method: The piercing point of line EG with plane 

ABC, may be found using only the given views as follows;

a.

Any convenient cutting plane containing line EG is 
introduced. A cutting plane perpendicular to one of the 
principal planes is convenient because it appears in edge 
view in a principal view. This simplifies the following step. 

b.

The line of intersection 1,2 between this cutting plane 
and plane ABC is determined.

c.

Since lines EG and 1,2 both lie in the cutting plane, they 
intersect, locating point P.

d.

Since line 1,2 also lies in plane ABC, point P is the 
required piercing point of line EG with the plane ABC.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

45

Piercing Points

Two-View Method

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

46

Piercing Points

Two-View Method

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

47

Angle Between Planes

Dihedral Angle:  The angle formed by two intersecting planes is 
called a dihedral angle. A view in which each of the given planes
appears in edge view shows the true size of the dihedral angle.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

48

Angle Between Planes

Dihedral Angle - Line of Intersection Given

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

49

Parallelism

If two lines are oblique lines and they appear parallel in two adjacent views, they are truly 
parallel.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

50

Parallelism

Check of Parallelism of Principal Lines: However, lines which appear normal, such as horizontal lines MN and OS in the figure, 
may appear parallel in the F and P views but not really be parallel. Therefore, normal lines may need to be checked in all three 
principal views.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

51

A Line Parallel to a Plane

A line is parallel to a plane if the line remains parallel 
to a corresponding line of the plane in all views.

First, a line BD parallel to 
line 1-2 is added to the 
plane in the H view. Line 
BD is projected into the 
plane in the F view.

Second, line 1-2 is forced 
to be parallel to BD in the 
F view. Line 1-2 is now 
parallel to the plane

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

52

Perpendicularity

“If a line is perpendicular to a plane, it is 
perpendicular to every line in the plane.”

In orthographic 
projection:

If two lines are 
perpendicular, 
they appear in 
any view 
showing at least 
one of the lines 
in true length.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

53

A Line Perpendicular to a 

Plane

A line is perpendicular to a plane when the line is true 
length at a 90

0

 angle to an edge view of the plane.

A line 
perpendicular to 
a plane is the 
shortest 
distance from 
a point to a 
plane.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

54

Shortest Distance from              

     a Point to a Line

The use of spatial analysis has practical applications. If, for 
example, we want to hook up a waterline from a point in a 
house to the water main, how can we find the shortest 
distance? The shortest distance saves material costs, all other 
things being equal.

The shortest distance from a point to a line is a perpendicular 
from the point to the line. The shortest distance shows true 
length when the original line is a point view.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

55

Shortest Distance 

from a Line to a Line

In design work we may need the shortest connector between two 
lines which are not parallel and do not intersect. Such lines are 
called skew lines. We note that the shortest connector between 
two skew lines is the connector perpendicular to each line.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

56

Intersection of Two Planes

The intersection of two planes is a straight line common 
to the plane, and its position is therefore determined by 
any two points common to the planes. Points common to 
two planes may be found by any one of the three general 
methods: 

1.

The auxiliary-view method

2.

The two-view(piercing-point) method

3.

The cutting-plane method.

Since the piercing-point of a line in a plane may be determined 
by using only the two views, the line of intersection of two 
planes may be located by applying this piercing-point method 
twice, or more if necessary for accuracy.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

57

Intersection of Planes with 

Solids

Problems involving the intersections of two surfaces in 
general may be solved by one of two methods: 

1.Lines in one surface are selected and their piercing points 
with the other surface are found. For practical reasons, the 
selected lines should be of a type convenient to handle, 
such as straight lines or circles.
2.Additional cutting surfaces are introduced, cutting pairs of 
lines from the given surfaces. The point of intersection of 
the two lines of one pair is a point common to the given 
surfaces and is therefore on their line of intersection. The 
additional cutting surfaces are usually planes but may be 
spheres for certain problems.
The methods are employed in finding the intersections of 
planes with the surfaces of solids.

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

58

Intersection of Planes with 

Solids

Example 

background image

April,2007   ME114

Descriptive Geometry Lecture
s

59

References

[1] http://mathworld.wolfram.com/ProjectiveGeometry.html

 

[2] 

http://en.wikipedia.org/wiki/Descriptive_geometry

[3] 

http://mathsisgoodforyou.com/topicsPages/geometry/descri
ptive.htm

[4] 

http://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_projection

[5] ME113 Lecture Notes, Chapter 3, METU
[6] An Analytical Introduction to Descriptive Geometry, Adrian 

B. Biran

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Orthogonal_projection
[8] Engineering Design Graphics, James H. Earle, 4th Edition
[9] Descriptive Geometry, E.G.Pare, R.O. Loving, I.L.Hill, 3rd 

Edition


Document Outline