고정된 큰 원(반지름 R) 안쪽에서 작은 원(반지름 r)을 미끄러지지 않게 굴리면서, 작은 원 위의 한 점(중심에서 거리 d)이 어디를 지나는지 계속 기록합니다. 이 궤적을 하이포트로코이드(hypotrochoid)라고 부르고, x = (R−r)cos t + d·cos((R−r)/r · t), y = (R−r)sin t − d·sin((R−r)/r · t)라는 두 식으로 정확히 계산됩니다.
R과 r의 비율이 무늬의 "꽃잎" 개수를 정합니다. 둘의 최대공약수가 클수록 무늬가 빨리 닫히고, 서로소에 가까울수록 원이 훨씬 여러 바퀴를 돌아야 무늬가 완성되며 더 촘촘해집니다. 장난감 스피로그래프는 톱니바퀴로 이 미끄러짐 없는 회전을 물리적으로 구현한 것이고, 이 데모는 같은 결과를 수식으로 바로 계산해 펜이 그려나가듯 애니메이션으로 보여줍니다.
패턴 디자인, 워터마크·보안 문양(실제로 지폐의 정교한 곡선 무늬 길로셰도 같은 원리의 친척입니다), 장식적인 로고 배경에 씁니다.
언제 쓰나
장식적인 패턴, 워터마크·문양 디자인에. R·r·d 비율을 바꾸면 꽃잎 개수와 촘촘함이 완전히 달라지니 여러 조합을 시도해 보세요.