一种隐式曲面交互调整的新方法

提出了一种对隐式曲面形状进行交互调整的新方法,为隐式曲面的调整提供了两种交互工具,分别是对曲面上点的位置调整和法向调整.该方法以调整后的位置和法向为新曲面的插值条件建立目标函数,极小化该目标函数求解曲面参数的变化量,从而确定新的隐式曲面.文中采用拟牛顿法和序列二次规划法(SQP)求解该非线性优化问题.在调整过程中用粒子的方法对隐式曲面进行绘制,实现了对隐式曲面形状的实时交互调整.最后用实例说明了新方法的有效性.     

曲率线驱动的B样条曲面交互编辑

为了使曲面的曲率线分布更加整齐,以用户绘制的曲线作为目标曲率线优化曲面的形状,提出一种曲率线驱动的交互式B样条曲面形状编辑方法.首先通过绘制生成用户期望的曲率线走向;然后以用户期望的曲率线走向作为曲面形状修改的目标;最后通过优化极小化目标函数实现对曲面形状的编辑.通过几个B样条曲面模型,展示了该方法的有效性.     

用导矢叉乘法对NURBS曲线进行形状调整

提出用新旧曲线上对应点的两个导矢叉乘平方的积分定义目标函数的方法．通过极小化目标函数使新曲线偏离原曲线的程度最小，从而使新曲线在满足修改条件的前提下更符合原曲线所定义的形状．用实例对该方法和其它几种方法构造的曲线的形状及其误差进行了比较．     

任意边界下的极小曲面造型问题

讨论了任意边界下的极小曲面造型问题,提出了一个用B-样条函数做任意有界区域上极小曲面造型的新方法.基本思想是:对B-样条函数加权,权函数为节点到区域边界的距离函数,使用加权的B-样条函数空间作为有限元子空间,从而可以得到极小曲面在任意边界上的B-样条曲面近似解.结果表明,新方法得到的极小曲面具有良好的光顺性,且计算精度高.     

散乱数据点多项式插值光顺曲面的构造

为了得到光顺的多项式插值曲面,首先把空间散乱数据点划分为三角形网格,在每个给定数据点处构造C^1连续的分片二次多项式曲面片,针对各数据点的邻接点个数不同,分别利用弯折能量和拉伸能量建立目标函数,极小化目标函数确定插值曲面的未知量,在保持原有的形状特征的同时构造光顺的分片插值曲面,最后用实例说明了文中方法的有效性．     

三维复杂曲面的手绘生成方法

为便于用户在概念设计时快速进行三维形状设计,将变分隐式曲面表示与手绘草图相结合,提出一种三维复杂曲面的交互生成方法.该方法分别采用膨胀变换、曲线交叉变换和弯曲变换,将轮廓、截面和骨架等3种交互笔画扩展生成三维约束点,支持用户以手绘草图方式来控制生成三维曲面的形状;通过对变分隐式曲面函数的局部化来实现曲面混合,保证三维复杂曲面交互生成的实时性.实验结果表明:文中方法能生成多种不同形状的三维复杂曲面,可有效地支持三维复杂形状的"分而治之"构造过程.     

基于能量优化的数据参数化方法

构造一条通过一组给定数据点的参数样条曲线的关键之一是选取节点.本文提出了一种基于离散能量模型的确定节点参数的新方法,该方法首先通过极小化离散能量模型的目标函数确定参数样条曲线在节点处的最佳切向角,然后以最佳切向角为参变量来计算节点参数.该方法所得到的方程为线性方程,便于求解.本文最后通过实例对新方法与累加弦长方法、向心参数化方法、修正弦长参数化方法以及ZCM方法进行了比较.     

λ、μ-B样条上可展曲面的几何设计

基于3D射影空间中点和平面间的对偶性这一重要思想,提出了两种直接、简单的可展曲面设计方法。该方法将可展曲面用具有调配函数的控制平面来表示,这种调配函数定义了一种新的带有λ、μ两个局部形状控制参数的分段多项式样条曲线,使新的可展曲面具有灵活的局部形状可调性和更强的描述能力,增加了造型的自由度。通过调节参数λ、μ可得到一族可展曲面,这族可展曲面保留了B样条曲面的特性,在λ、μ为特殊取值时所生成的可展曲面即为均匀B样条可展曲面,为曲面的设计提供了一种有效的新方法。     

局部可调整C2参数四次插值曲线构造

讨论了局部可调整C2参数四次样条曲线的构造问题.将四次样条曲线降为C2连续可提供自由度用于控制曲线的形状.给出了一个确定自由度的局部化方法.首先用二次样条函数方法局部化地在每个数据点处确定一个切矢量,数据点和切矢量大致决定了四次样条曲线的形状.每段曲线上的自由度由极小化该段样条曲线的变化率确定.对样条曲线上不理想的部分,为其重新定义理想运动矢量,若曲线沿理想运动矢量方向变化可形成理想轨迹,用曲线导矢量和运动矢量的向量叉乘平方的积分定义目标函数,曲线的不理想的部分通过极小化目标函数进行修改.最后,用实例对新方法和其他几种方法构造的曲线形状进行了比较,并给出了对曲线采用向量叉乘技术定义目标函数作局部调整的效果.     

过测地线的调和Bézier曲面设计

极小曲面和测地线是建筑几何领域中2类重要的几何元素,而调和曲面常作为极小曲面的一种线性近似.文中将测地线和调和曲面结合起来,提出一种过给定测地线的调和Bézier曲面设计方法.首先给出了一种构造调和Bézier曲面的新方法,证明了调和Bézier曲面的形状由第一层和第二层的控制顶点完全决定;然后根据测地线的性质,证明了过给定测地线的调和Bézier曲面的形状由该测地线和第二层的首末2个控制顶点完全决定.最后通过若干实例验证了该方法的有效性.文中方法充分利用了测地线和调和曲面的特殊几何性质,对张拉膜建筑结构的几何设计具有一定的实用价值.     

运用多项式曲线在多项式曲面上裁剪Bézier曲面

在多项式曲面的定义域上,以两多项式曲线及两直线段围成的简单区域作为裁剪区域,运用参数变换将该区域变换到标准正方形区域,以多项式开花为工具,将裁剪区域对应的子曲面片表示成Bézier曲面形式。对于参数平面上的复杂裁剪区域,则分割为若干简单区域来进行。该裁剪算法能处理形状较为复杂的曲面裁剪,方法对任意多项式曲面适用,而且能推广到有理情况。     

带形状参数的四次Bezier曲线曲面

提出一种新的含参数的四次多项式基函数,四次Bemstein基函数是它的特例,给出其与四次Bemstein基的转换矩阵。分析了该组基函数的性质,定义了带有形状参数的四次Bezier曲线曲面,它们具有四次Bezier曲线曲面的特性,且当参数均取1时即为四次Bezier曲线曲面。对于给定的控制顶点,可以通过改变形状参数的值整体或局部调控曲线曲面的形状。实例表明,该方法应用于曲线曲面设计是有效的。     

带形状参数的四次Bézier曲线曲面

提出一种新的含参数的四次多项式基函数,四次Bernstein基函数是它的特例,给出其与四次Bernstein基的转换矩阵。分析了该组基函数的性质,定义了带有形状参数的四次Bézier曲线曲面,它们具有四次Bézier曲线曲面的特性,且当参数均取1时即为四次Bézier曲线曲面。对于给定的控制顶点,可以通过改变形状参数的值整体或局部调控曲线曲面的形状。实例表明,该方法应用于曲线曲面设计是有效的。     

Ray-tracing triangular trimmed free-form surfaces

This paper presents a new approach to rendering triangular algebraic free-form surfaces. A hierarchical subdivision of the surface with associated tight bounding volumes provides for quick identification of the surface regions likely to be hit by a ray. For each leaf of the hierarchy, an approximation to the corresponding surface region is stored. The approximation is used to compute a good starting point for the iteration, which ensures rapid convergence. Trimming curves are described by a tree of trimming primitives, such as squares, circles, polygons, and free-form curves, combined with Boolean operations. For trimmed surfaces, an irregular adaptive subdivision is constructed to quickly eliminate all parts outside the trimming curve from consideration during rendering. Cost heuristics are introduced to optimize the rendering time further     

基于解析法的裁剪PDE曲面的生成技术

为解决基于偏微分方程的曲面裁剪问题,研究一种广泛应用于偏微分方程曲面的裁剪方法.首先介绍基于偏微分方程的曲面生成方法,其次由参数域内的曲线在曲面上的投影,得到所求裁剪曲面的边界,然后利用解析法求得裁剪后的PDE曲面,最后列举一系列的实例来说明该裁剪方法的应用并且专门研究多个裁剪区域的问题.     

形状可调插值曲线曲面的参数选择

目的 因大多数插值基函数中的参数都是全局参数,从而导致插值曲线曲面的形状无法进行局部调整。另外,当插值曲线曲面形状可调时,也存在如何选择参数才能获得形状较为理想的曲线曲面的问题,为此给出一种无需反求控制顶点、包含局部形状调整参数、具有显式表达式、能重构部分二次曲线曲面的插值曲线曲面构造方法,同时给出易于使用的形状参数确定方案。方法 基于经典3次Hermite插值曲线的Bernstein基函数表达形式,将其中的Bernstein基换成已证明具有全正性的一组三角基函数,根据三角基的端点性质调整曲线表达式以保证其插值性,然后设定插值数据点处的导向量,在其中引入参数,并保证相邻曲线段之间的连续性,得到了一种新的三角基插值曲线。结果 新曲线可以整理成以待插值数据点为控制顶点与一组插值基函数的线性组合形式,插值基表达式简单,插值曲线含一组局部形状调整参数,一个参数的改变只影响一条曲线段的形状,相邻曲线段之间G¹连续,曲线可以重构椭圆。根据不同目标给出了3种用于确定曲线中形状参数的准则,每种准则都提供了可以直接使用的公式。相应的插值曲面具有与插值曲线类似的性质。结论 形状参数选取准则的给出使含参数插值曲线曲面的设计由随意变为确定,这使得采用本文方法更易于得到满意的结果。本文所给插值基函数的构造方法具有一般性,可以采用相同的思路构造其他函数空间上性质类似的插值基。     

Image‐based modeling of 3D objects with curved surfaces

This paper addresses an image‐based method for modeling 3D objects with curved surfaces based on the non‐uniform rational B‐splines (NURBS) representation. The user fits the feature curves on a few calibrated images with 2D NURBS curves using the interactive user interface. Then, 3D NURBS curves are constructed by stereo reconstruction of the corresponding feature curves. Using these as building blocks, NURBS surfaces are reconstructed by the known surface building methods including bilinear surfaces, ruled surfaces, generalized cylinders, and surfaces of revolution. In addition to them, we also employ various advanced techniques, including skinned surfaces, swept surfaces, and boundary patches. Based on these surface modeling techniques, it is possible to build various types of 3D shape models with textured curved surfaces without much effort. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

三次Hermite插值曲线的能量优化

在给定插值点的位置矢量及切矢量的情况下,通过在两相邻节点引入两个新的节点,提出了一类保持[C1]连续的三次Hermite插值曲线的构造方法,分别通过基于曲率、挠率的能量函数对其进行优化,给出了能量最小化的参数取值公式。讨论了参数对曲线形状的影响,实例表明了方法的有效性。     

Feature-based decomposition of trimmed surface

A trimmed surface is usually represented by a parametric surface and a set of trimming curves. Because of the complexity in manipulating trimmed surfaces, many CAD processes and algorithms cannot be applied to trimmed surfaces directly. It is thus desirable to represent a trimmed surface by a group of regular surfaces. In this paper, an algorithm for decomposing a trimmed surface is presented. First, bisectors of the Voronoï diagram developed in the parametric space are used to define an isolated region for every trimming curve. Feature points on the trimming curves are extracted by considering curvatures of the curves. Correspondence between feature points and vertices on the bisectors are established by considering the similarity between the trimming curves and the bisectors. Regions of parametric patches are then identified. Finally, a group of regular surfaces are constructed by interpolating a set of sampled surface points on each of the identified regions.