计算点到平面NURBS曲线的最小距离

提出了一种利用控制顶点投影法计算点到平面NURBS曲线最小距离的算法。将控制顶点投影到平面NURBS曲线上,投影点将平面NURBS曲线分割成若干曲线段;计算点到各曲线段的最小距离,通过比较这些最小距离值,找出点到平面NURBS曲线的最小距离。该算法实现简单,计算精度较高,具有重要的实用价值。     

Bézier曲线/曲面间最近距离的几何裁剪算法

曲线、曲面间距离的计算问题在CAD/CAM、计算机图形学中有着广泛的应用.为了精确计算Bézier曲线/曲面间的最近距离,结合稳定的曲线、曲面分裂技术提出一种基于offset滚动球裁剪的几何算法.首先给出判定条件来裁剪去落在曲面的滚动球外的曲线段,或者落在曲线的滚动球外的曲面片,以摒弃大部分不包含最近点的曲线段或曲面片,为后续可能的Newton方法提供较好的初始点;然后给出判定最近点是否落在曲线的端点或曲面的边界曲线上的条件,将曲线/曲面间的距离计算问题转化为点/曲面或曲线/曲线间的距离计算问题,简化了问题的复杂度,提高了计算效率.实例结果表明,文中算法具有较好的稳定性和较高的效率.     

表驱动的细分曲面GPU绘制

为了充分利用GPU的并行计算能力高效地绘制递归定义的细分曲面,提出一种基于GPU的面分裂细分曲面的实时绘制算法.该算法通过离线预计算生成可以复用的细分查找表,它由细分矩阵组成,其大小仅与奇异点度数和最大细分深度线性相关,与输入网格无关;对于细分曲面控制网格的每个曲面片,如果包含2个或2个以上奇异点,则进行一次局部预细分;之后对于不规则曲面片,利用细分查找表由初始控制网格直接计算得到各细分层次上的控制顶点,无需逐层计算,从而最大限度地发挥GPU的并行处理能力;最后对各层次上的规则曲面片使用硬件细分着色器绘制,大大提高绘制效率.实验结果表明,文中算法可以高效地绘制细分曲面的极限曲面.     

基于最佳圆弧样条逼近的快速距离曲面计算

距离曲面是一种常用的隐式曲面,它在几何造型和计算机动画中具有重要的应用价值,但以往往在对距离曲面进行多边形化时速较慢,为了提高点到曲线最近距离计算的效率,提出了一种基于最佳圆弧样条逼近的快速线骨架距离曲面计算方法,该算法对于一条任意的二维NURBS曲线,在用户给定的误差范围内,先用最少量的圆弧样条来逼近给定的曲线,从而把点到NURBS曲线最近距离的计算问题转化为点到圆弧样条最近距离的计算问题,由于在对曲面进行多边形化时,需要大量的点到曲线最近距离的计算,而该处可以将点到圆弧样条最近距离很少的计算量来解析求得,故该算法效率很高,该实验表明,算法简单实用,具有很大的应用价值。     

有理Bézier三角曲面片低阶导矢界的估计

基于Bézier三角曲面的de Casteljau算法,同时运用一些恒等式和基本不等式,给出了两类有理Bézier三角曲面片低阶导矢的上界.第一类上界是用控制顶点凸包直径表示的,在一阶偏导的情况下,它是对已有上界的改进;在二阶偏导情况下,当最大权因子与最小权因子比值大于2时,它也是对已有上界的改进.第二类上界是用相邻控制顶点间距离的最大值来表示的.     

插值边界曲线的NURBS 近似极小曲面设计

探索性地设计了一个插值给定边界曲线的NURBS 近似极小曲面算法,弥补了当前NURBS 系统无法有效地设计工程所急需的一般NURBS 极小曲面的缺陷.运用NURBS 曲面的节点插入、Hybrid 多项式逼近等多种技术,将NURBS 曲面转化为相对简单的分片Bézier 曲面求解,并运用各子曲面片的控制顶点优化、整体曲面不断更新的迭代方法,成功地得到高精度的近似分片Bézier 极小曲面.最后,可以按用户的各种要求选择运用相应不同的迭代逼近算法,求取插值给定边界曲线的近似NURBS 极小曲面.     

Bezier曲面的广义细分

将矩形和三角形Bezier曲面的基于直线的细分推广到基于曲线的细分.运用多项式曲线细分矩形和三角形Bezier曲面,并以参数变换和多项式开花为工具,计算出细分后每个子曲面片的Bezier控制顶点.曲线细分使细分方式的选择更灵活,细分后的子曲面片及其边界的形状更丰富多彩,而且该方法能推广到有理情况.     

Bézier曲线间最近距离的计算方法

针对Bézier曲线间最近距离计算问题,提出一种简捷、可靠的计算方法.该方法以Bernstein多项式算术运算为工具,建立Bézier曲线间最近距离的计算模型;然后充分利用Bézier曲面的凸包性质和de Casteljau分割算法进行求解.该方法几何意义明确,能有效地避免迭代初始值的选择和非线性方程组的求解,并可进一步推广应用于计算Bézier曲线/曲面间的最近距离.实验结果表明,该方法简捷、可靠且容易实现,与Newton-Raphson方法的融合可进一步提高该方法的运行速度.     

用粒子群优化算法计算点到复杂曲面最短距离

点到复杂曲面的最短距离是一个复杂非线性寻优问题.阐述了粒子群优化算法基本原理及在处理复杂的非线性优化问题的独到之处,介绍了复杂曲面的NURBS描述方法,建立了点到复杂曲而最短距离的数学模型,提出了基于粒子群优化算法计算测点到复杂曲面的最小距离的方法,并通过大量算例验证了其可行性和有效性.算法易于计算机实现,且计算精确度高,可以达到任意给定的精度,非常适用于CAD/CAM和虚拟现实中点到复杂曲面最短距离求解.     

Bézier曲面的广义细分

将矩形和三角形Bézier 曲面的基于直线的细分推广到基于曲线的细分.运用多项式曲线细分矩形和三角形Bézier曲面,并以参数变换和多项式开花为工具, 计算出细分后每个子曲面片的Bézier控制顶点.曲线细分使细分方式的选择更灵活, 细分后的子曲面片及其边界的形状更丰富多彩,而且该方法能推广到有理情况.     

基于非均匀Catmull-Clark细分方法的曲线插值

带有复杂型曲线插值约束的细分曲面的生成,是计算机图形学及几何造型技术等领域所关心的一个问题.鉴于此,提出了一种高效的可以插值三次NURBS曲线的细分曲面生成方法.只需在被插值曲线的控制多边形两侧构造具有对称性质的四边形,构成对称网格带;证明了对该对称网格带应用Sederberg等人提出的非均匀Catmull-Clark细分规则以后,它将收敛于这条被插值曲线.因此,含有这种对称网格带的多面体网格的细分极限曲面即为满足曲线插值约束的细分曲面.应用该方法,既可以插值单条NURBS曲线,也可以插值由多条NURBS曲线组成的曲线网格.因此,该方法广泛适用于产品外形和图形软件设计.     

NURBS边界曲面直接生成法

由于非均匀有理B样条(NURBS)曲面的复杂性,传统NURBS边界曲面的生成是先构造孔斯曲面,再由孔斯曲面向NURBS曲面转换得到,其操作过程比较烦琐。针对此问题,提出了NURBS边界曲面直接生成算法,该算法根据给定的四条NURBS边界曲线,结合孔斯曲面生成方法直接插值生成NURBS曲面,从而避免了通过孔斯曲面向NURBS曲面转换所带来的计算代价,因此同传统方法相比,具有较低的计算代价。实验结果表明:该算法简化了曲面生成步骤,减少了曲面转换过程的计算量,生成的曲面边界信息明确,且连续性好。     

带尖锐特征的细分曲线参数化及曲线拟合

快速精确地估计曲线曲面参数具有广泛的应用。在前人研究的基础上,通过对细分过程及三次B样条细分矩阵的特征结构进行分析,将细分模式转换到其特征空间,给出了带尖锐特征的B样条细分曲线的参数化形式。并用于处理带尖锐特征的光滑曲线拟合问题。以曲率极大点作为初始拟合点。利用推导的参数化公式构造曲线的尖锐部分并方便误差估计。拟合点为曲线段端点,误差估计时不仅优化计算速度,而且在曲线分支距离过近或自交情况下避免错误匹配。     

基于样本选择的最近邻凸包分类器

最近邻凸包分类算法是一种以测试点到各类别样本凸包的距离为分类度量的最近邻分类算法。然而,该算法的凸二次规划问题优化求解的较高的计算复杂度限制了其在较大规模数据集上的应用。本文提出一种样本选择方法——子类凸包生长法。通过迭代,选择距离选出样本凸包最远的点,直到满足终止条件,从而实现数据集的有效约简。ORL数据库和MIT-CBCL人脸识别training-synthetic库上的实验结果表明,子类凸包生长法选出的少量样本生成的凸包能够很好的表征训练集,在不降低最近邻凸包分类器性能的同时,使得算法的计算速度大为提高。     

NURBS曲线曲面间最短距离的计算

针对现有的大多数计算几何形状间最短距离的算法都需要进行大量的多边形检测,且有时计算出的最短距离不够精确的问题,提出一种计算NURBS曲线与曲线、曲线与曲面和曲面与曲面间最短距离的算法.首先将2个NURBS形状分解成分段B啨zier表示的2个集合,给出一种计算2个集合的边界包围球的简单快速算法;然后分别在2个集合中选择包含最短距离的B啨zier表示对形成候选集.该算法采用边界包围球和"四点条件"约束提高计算效率,用多维Newton-Raphson迭代计算所有候选对间的局部最短距离,由此求出全局的最短距离.实验结果表明,文中算法具有速度快、精度高和鲁棒性好的特点,可实时计算2个NURBS曲线曲面间的最短距离.     

等距曲面的NURBS放样插值方法

本文给出了等距曲面的一种NURBS放样插值生成方法，该方法主要是在原始NURBS曲面上取得一个能较好反映曲面特征的型值点阵，再交这个型值点阵按某种算法矢方向外推，从而得到原始曲面的等距曲面上的型值点阵，然后，再用NURBS放样插值曲面来逼近等距曲面，本文给出的算法几何意义明显，易于编程实现，且得到的等距曲面其u向和v向参数曲线仍是NURBS曲线，且具有C^2连续性，最后，给出了一个实例。     

基于曲面精确表示的距离极值点的计算及在刀具干涉检测中的应用

针对基于曲面精确表示的刚体碰撞检测中裁剪曲面距离极值点的求解问题,提出了 利用平面向量场估计初始曲面距离极值点的方法,避免了曲面过度细分,讨论了距离极值点满足 的微分几何条件,给出了解析曲面/参数曲面、参数曲面/参数曲面、点/参数曲面和曲线/参数曲面 的距离极值点迭代算法。实例验证分析了该算法的高效性和可靠性。     

Bezier曲线间最近距离的计算方法

针对Bezier曲线间最近距离计算问题,提出一种简捷、可靠的计算方法．该方法以Bernstein多项式算术运算为工具,建立Bezier曲线间最近距离的计算模型;然后充分利用Bezier曲面的凸包性质和de Casteljau分割算法进行求解．该方法几何意义明确,能有效地避免迭代初始值的选择和非线性方程组的求解,并可进一步推广应用于计算Bezier曲线／曲面间的最近距离．实验结果表明,该方法简捷、可靠且容易实现,与Newton-Raphson方法的融合可进一步提高该方法的运行速度．     

逆向工程中NURBS曲面与直线交点快速计算

给出了一个能够方便地判断NURBS曲面片与空间直线的交点个数,并且超线性收敛的快速迭代算法。计算Krawczyk算子判断给定的NURBS曲面片和空间直线有无交点和有几个交点。再使用拟牛顿迭代法求出NURBS曲面片和空间直线上的交点。该算法在用点云数据检测曲面重构的误差时具有快速、准确的特点。     

基于凸包特征的细分曲面求交研究

主要针对具有凸包特征的细分曲面提出了一种有效的求交的方法,该方法适用于任意具有凸包特征的细分曲面中.该方法主要是利用二部图跟踪两个细分曲面中可能相交的面.在应用二部图的基础上,选择半边数据结构,应用轴向包围盒法进行相交检测,使得具有凸包特征的细分曲面的求交得以实现.