平面四点确定一条抛物线及其在参数插值中的应用

本文讨论了用平面有序四点确定一条抛物线及其在参数插值中的应用。提出了有用四点确定一条抛物线的算法，讨论了确定抛物线的四点相互间要满足的位置。对平面给定的一组数据点，提出了构造参数插值曲线的新方法。所构造的插值曲线是ＧＣ＾１连续的分片三次参数曲线，其插值精度为二次参数多项式。本文还以计算实例对新方法与其它方法的插值精度进行了比较。     

带参数的四次Hermite插值样条

为了克服标准三次Hermite插值样条的不足,给出了一种带参数的四次Hermite插值样条,具有标准三次Hermite插值样条完全相同的性质。在插值条件给定时,四次Hermite插值样条的形状可通过改变参数的取值进行调控。通过选择合适的参数,四次Hermite曲线能达到C2连续,而且其整体逼近效果要好于标准三次Hermite插值样条。所提出的新样条进一步丰富了Hermite插值样条理论,也为工程中插值曲线曲面的构造提供了一种新方法。     

广义三次Bézier曲线及其应用

给出一组含有3个参数的四次多项式基函数,它是三次Bernstein基函数的扩展;基于该纽基定义了带形状参数的多项式曲线,称之为广义三次Bézier(GCB)曲线.GCB曲线不仅具有三次Bézier曲线的特征,而且在控制多边形保持不变的条件下,具有形状可调性和对控制多边形更好的逼近性.讨论了两条GCB曲线C2拼接的条件,并构造了C2形状可调的GCB样条曲线.图形实例表明:构造的GCB曲线为曲线曲面设计提供了有效的新方法.     

三次Cardinal样条函数的自由参数优化方案

为了合理地取定三次Cardinal样条函数所含的自由参数,讨论了插值问题中三次Cardinal样条函数所含自由参数的优化问题。首先分析了自由参数对三次Cardinal样条函数曲线形状的影响,然后给出了数据插值与函数逼近这2种情形下自由参数最优取值的计算方案,分别得到了具有极小二次平均振荡与极小逼近误差的三次Cardinal样条函数。当需要构造具有良好形状保持效果或逼近效果的三次Cardinal样条函数时,可通过所提出的方案选取自由参数的最优取值。     

拟三次三角样条插值曲线与曲面

在构造插值曲线与曲面时,传统的方法多基于多项式函数空间,而基于三角函数空间也能构造插值曲线与曲面.首先基于函数空间Ω =span{1,sint,cost,sin2t,cos2t}构造了一种样条插值曲线与曲面,称之为拟三次三角样条插值曲线与曲面.该曲线与曲面不仅满足C2连续,而且直接插值于给定的控制顶点,避免了通过方程组反求控制顶点.进一步地,为了使所构造的拟三角样条插值曲线与曲面具有局部可调性,利用奇异混合技术在拟三次三角样条插值曲线与曲面中引入了局部形状参数,修改某些形状参数的取值可实现对插值曲线与曲面的局部调整,为样条插值曲线与曲面的构造提供了两种新方法.     

带局部形状参数的三次均匀B样条曲线的扩展

带形状参数的B样条曲线的构造已成为计算机辅助几何设计中的热点问题.为了使形状参数具有局部修改功能,给出了两类带局部形状参数的调配函数,它们都是三次均匀B样条基函数的扩展.基于给出的调配函数,定义了两种带局部形状参数的分段多项式曲线.可以通过改变局部形状参数的取值对曲线进行局部调整.调整形状参数可使三次多项式曲线在三次均匀B样条曲线远离控制多边形的一侧摆动,而四次多项式曲线在三次均匀B样条曲线的两侧摆动.最后讨论了它们在曲线设计及曲线插值中的应用.造型实例表明,该类曲线在计算机辅助几何设计中具有重要的应用价值.     

二次参数曲线拟合平面点的一种新方法

对平面上给定的一组数据点进行了研究,提出了构造参数曲线拟合数据点的一种新方法。所构造的拟合参数曲线是C′连续的分段二次参数曲线。本文以实例对新方法与二次插值样条曲线进行了比较。     

基于代数曲线段的G2连续的曲线造型方法

文中提出了一种用低次代数样条曲线来插值平面上有序数据点列或者构造用多种方法表示的两曲线段间过渡曲线的一种方法 .这里得到的曲线不是用通常的代数曲线方程来表示 ,而是用一种带参数的代数方程来表示 .首先给出了用二次曲线来插值两点、两切线和用四次代数曲线插值两点、两切线和两曲率的方法 ;其次 ,给出了利用四次代数样条曲线来插值平面上一个有序点列 ,无论是构造闭曲线还是开曲线 ,都能达到整体 G2 连续 .最后 ,讨论了代数曲线 /代数曲线、代数曲线 /参数曲线以及参数曲线 /参数曲线之间的过渡曲线造型方法     

B样条曲线曲面GC2扩展

提出了一个扩展B样条曲线曲面的新方法,扩展B样条曲线曲面的关键是为新增加的点确定节点值,新方法的基本思想是：首先,B样条曲线和扩展部分在连接点处满足GC^2连续,用能量极小化方法确定扩展部分的曲线形状,通过对曲线重新参数化使两部分曲线满足C^2连续,进而确定新增加点的节点值,新B样条曲线的控制点由一个显式递推公式计算,原B样条曲线和扩展后的部分合在一起形成一条新的B样条曲线,新的B样条曲线满足原B样条曲线和扩展的点,文章还讨论了运用该方法进行B样条曲面扩展,且以实例对新方法与其它方法进行了比较,结果表明新方法的光顺性得到了明显改善,曲率变化更平坦,且有较小的旋转数指标。     

三次均匀B样条曲线的扩展

给出四次多项式调配函数，它是三次B样条函数的扩展．基于给出的调配函数，建立一种带形状参数的分段多项式曲线的生成方法．通过改变形状参数的取值，可以调整曲线接近其控制多边形的程度；可以调整曲线从三次均匀B样条曲线的两侧逼近三次均匀B样条曲线．选取不同的形状参数值，可以得到不同位置的C^2连续的曲线，且所给曲线与三次均匀B样条曲线有相同的端点性质．最后给出了曲线设计的计算实例．     

Determining Knots by Minimizing Energy

A new method for determining knots to construct polynomial curves is presented. At each data point, a quadric curve which passes three consecutive points is constructed. The knots for constructing the quadric curve are determined by minimizing the internal strain energy, which can be regarded as a function of the angle. The function of the angle is expanded as a Taylor series with two terms, then the two knot intervals between the three consecutive points are defined by linear expression. Between the two consecutive points, there are two knot intervals, and the combination of the two knot intervals is used to define the final knot interval. A comparison of the new method with several existing methods is included.     

基于极小化二阶导矢确定节点

构造参数拟合曲线的关键问题之一是为每个数据点指定一个参数值（节点）。提出了一种确定节点的新方法。对于每个数据点,新方法由相邻的三个数据点构造一条二次多项式曲线,二次曲线的节点通过极小化其二阶导矢的平方确定。两个相邻数据点间的节点区间由两条二次曲线确定。为使节点计算公式能有效反映出相邻数据点的变化情况,新方法改进了修正弦长方法并应用于节点计算。新方法是一个局部化方法,因此适合于曲线曲面的交互设计。实验结果说明,新方法比其他节点计算方法有效。     

两种带形状参数的三角曲线

定义了带形状参数的三次三角多项式曲线和三次三角样条曲线。前者具有 与二次Bézier 曲线类似的端点性质,但逼近性比二次Bézier 曲线更好,且在拼接时能达到 更高阶的连续性。而后者与二次B 样条曲线类似,其每一段由相继的三个控制顶点生成。 对于等距节点,在一般情况下曲线C2 连续,在特殊条件下可达C3 连续。     

A class of general quartic spline curves with shape parameters

With a support on four consecutive subintervals, a class of general quartic splines are presented for a non-uniform knot vector. The splines have C² continuity at simple knots and include the cubic non-uniform B-spline as a special case. Based on the given splines, piecewise quartic spline curves with three local shape parameters are given. The given spline curves can be C²∩G³ continuous by fixing some values of the curve?s parameters. Without solving a linear system, the spline curves can also be used to interpolate sets of points with C² continuity. The effects of varying the three shape parameters on the shape of the quartic spline curves are determined and illustrated.     

Knot calculation for spline fitting via sparse optimization

Curve fitting with splines is a fundamental problem in computer-aided design and engineering. However, how to choose the number of knots and how to place the knots in spline fitting remain a difficult issue. This paper presents a framework for computing knots (including the number and positions) in curve fitting based on a sparse optimization model. The framework consists of two steps: first, from a dense initial knot vector, a set of active knots is selected at which certain order derivative of the spline is discontinuous by solving a sparse optimization problem; second, we further remove redundant knots and adjust the positions of active knots to obtain the final knot vector. Our experiments show that the approximation spline curve obtained by our approach has less number of knots compared to existing methods. Particularly, when the data points are sampled dense enough from a spline, our algorithm can recover the ground truth knot vector and reproduce the spline.     

C~2 quartic spline surface interpolation

This paper discusses the problem of constructing C2 quartic spline surface interpolation. Decreasing the continuity of the quartic spline to C2 offers additional freedom degrees that can be used to adjust the precision and the shape of the interpolation surface. An approach to determining the freedom degrees is given, the continuity equations for constructing C2 quartic spline curve are discussed, and a new method for constructing C2 quartic spline surface is presented. The advantages of the new method are that the equations that the surface has to satisfy are strictly row diagonally dominant, and the discontinuous points of the surface are at the given data points. The constructed surface has the precision of quartic polynomial. The comparison of the interpolation precision of the new method with cubic and quartic spline methods is included.     

High accuracy geometric Hermite interpolation

We describe a parametric cubic spline interpolation scheme for planar curves which is based on an idea of Sabin for the construction of C¹ bicubic parametric spline surfaces. The method is a natural generalization of [standard] Hermite interpolation. In addition to position and tangent, the curvature is prescribed at each knot. This ensures that the resulting interpolating piecewise cubic curve is twice continuously differentiable with respect to arclength and can be constructed locally. Moreover, under appropriate assumptions, the interpolant preserves convexity and is 6-th order accurate.     

形状可调的5次组合样条及其参数选择

目的 为了克服3次参数B样条在形状调整与局部性方面的不足,提出带参数的5次多项式组合样条。方法 首先构造一组带参数的5次多项式基函数;然后采用与3次B样条曲线相同的组合方式定义带参数的5次多项式组合样条曲线,并讨论基于能量优化法的5次组合样条曲线参数最佳取值问题;最后定义相应的组合样条曲面,并研究利用粒子群算法求解曲面的最佳参数取值。结果 5次组合样条不仅继承了3次B样条的诸多性质,而且还比3次B样条具有更强的局部性及形状可调性。由于5次组合样条仍为多项式模型,因此方程结构相对较为简单,符合实际工程的需要。利用能量优化法可获得光顺的5次组合样条曲线与曲面。结论 所提出5次多项式组合样条克服了3次参数B样条在形状调整与局部性方面的不足,是一种实用的自由曲线曲面造型方法。     

三种形状可调三角样条曲线

构造了3种带参数的三角样条基,基于这3组基定义了3种三角样条曲线。与二次B样条曲线类似,这3种曲线的每一段都由相继的3个控制顶点生成,且这3种曲线具有许多与二次B样条曲线类似的性质。但这3种曲线的连续性都比二次B样条曲线要好。对于等距节点,在一般情况下,这3种曲线都是整体C²连续的,在特殊条件下它们都可以达到C³连续。另外,这3种曲线都具有比二次B样条曲线更好的对控制多边形的逼近性。     

带最多独立形状参数的三阶三次均匀B样条曲线

构造了三阶三次等距结点的多项式B样条参数曲线,给出了de Boor控制顶点与分段三次Bézier控制顶点的关系式。该曲线具有一些类似于二次B样条曲线的性质：关于参变量为C¹连续,每个样条区间上的曲线由三个de Boor控制顶点的线性组合表示,具有仿射变换下的不变性,包含了二次均匀B样条曲线等。还具有形状可调性质：调配函数中含有形状参数,具有明显的几何意义,可用于调控曲线的形状或变形。给出了其具有凸包性、对de Boor控制多边形保形性等性质及其条件,讨论了形状参数对曲线形状的影响。