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.     

曲线插值约束的LOOP细分曲面

提出基于Loop细分方法的曲线插值方法,不需要修改细分规则,只需以插值曲线的控制多边形为中心多边形,向其两侧构造对称三角网格带,该对称三角网格带将收敛于插值曲线。因此,包含有该三角网格带的多面体网格的极限曲面将经过插值曲线。若要插值多条相交曲线只需在交点处构造全对称三角网格。运用该方法可在三角网格生成的细分曲面中插值多达六条的相交曲线。     

基于控制参数的光滑曲线统一细分格式

细分算法是从控制网格生成光滑曲线曲面的一种经典方法,因为算法简单,可作用于任何拓扑结构的网格而在图形学和动画造型中得到广泛应用.但传统的算法在插值和逼近上无法在统一的框架下给予实现.本文通过设置控制参数,提出了一类光滑曲线细分的统一格式,使得目前存在的大部分细分格式,不任是基于样条的还是插值型的细分格式,都成为其特例,克服了目前存在的传统细分格式在插值和逼近上不能兼容的缺点.     

细分蒙皮曲面

对细分曲面在曲面造型中的应用进行了研究，并着重于蒙皮曲面造型技术．所提方法在传统的蒙皮曲面构造过程中引入细分方法，有效地避免了因截面曲线的相容性处理而产生的数据量激增的问题；最后生成的蒙皮曲面能够精确插值预先设计的截面曲线，并且可以在指定的截面曲线处产生折痕效果．     

基于四边形网格的可调细分曲面造型方法

提出了一种基于四边形网格的可调细分曲面造型方法。该方法不仅适合闭域拓扑结构，且对初始网格是开域的也能进行处理。细分算法中引入了可调参数，增加了曲面造型的灵活性。在给定初始数据的条件下，曲面造型时可以通过调节参数来控制极限曲面的形状。该方法可以生成C1连续的细分曲面。试验表明该方法生成光滑曲面是有效的。     

基于细分的图像插值算法

将基于法向的曲线细分技术应用到图像插值中，提出一种基于细分的图像插值算法．该算法无须建立中间连续图像模型，能自适应地插值，而且插值系数可为任意正实数．应用该算法插值后的边界清晰、自然，忠实地反映了原始图像的面貌．与传统的插值算法相比，其边界处理效果好，具有线性复杂度且易于实现．     

细分参数对细分曲线形状的控制作用分析

多数有关细分法的文献侧重于研究细分法的构造、收敛性光滑性分析及其在光滑曲线曲面造型中的应用,少有文献致力于细分参数对细分曲线形状影响的理论分析。首先引入仿射坐标的观点,从几何直观的角度对三点ternary插值细分法中细分参数的几何意义进行研究。接着通过对细分法的C0和C1参数域及新顶点域的等价描述,从理论化的角度对细分参数对细分曲线形状的局部和整体控制作用进行分析,描述它们对细分曲线行为的影响。在给定初始数据的条件下,可通过对形状参数的适当选择来有的放矢地实现对三点ternary插值细分曲线曲面的形状调整和控制。该结果可用于工业领域中产品的外形设计及形状控制。     

基于加权渐进插值的Loop 细分曲面等距逼近

等距曲面在CAD/CAM 领域有着重要的作用,由于细分曲面没有整体解 析表达式,使得计算细分曲面等距比参数曲面更加困难。针对目前已有的两种等距面逼近算 法进行了改进,利用加权渐进插值技术避免了传统细分等距逼近算法产生网格偏移的问题。 此外,提出了针对边界等距处理方案,使得等距后的细分曲面在内部和边界都均匀等距。该 方法无需求解线性方程组,具有全局和局部特性,能够处理闭网格和开网格,为Loop 细分 曲面数控加工奠定了良好的基础算法。最后给出的实例验证了算法的有效性。     

基于蝶形细分自适应算法的三维地形仿真

基于格网法提出了蝶形细分自适应算法进行三维地形模拟,以原网格顶点的法向量为约束条件,通过对初始三角形控制网格进行多阶曲线迭代插值的非静态细分,实现几何造型.插值点的计算依据网格的局部几何特征,根据三角形网格上顶点的平坦度进行有选择性的自适应细分,同时对细分过程中产生的曲面裂缝加以弥补.地形仿真实例显示新的自适应细分方法可以很好地继承原始网格的形状特征,在曲面的光滑度和真实性上更加完善,加快了图形处理的速度.     

基于双参数四点细分法的曲面造型

将双参数四点细分曲线方法进行推广，提出了基于双参数四点细分法的曲面造型方法，并对其收敛性进行了分析。该方法通过对两个参数的适当调节能够较容易地控制极限曲面的形状，极限曲面能够达到C4连续，可以应用到对曲面的连续性要求较高的曲面造型中去。在给定初始数据的条件下，可通过对形状参数的适当选择来实现对极限曲面的形状调整和控制，试验表明该算法生成光滑曲面是有效的。     

Interpolatory,solid subdivision of unstructured hexahedral meshes

This paper presents a new, volumetric subdivision scheme for interpolation of arbitrary hexahedral meshes. To date, nearly every existing volumetric subdivision scheme is approximating, i.e., with each application of the subdivision algorithm, the geometry shrinks away from its control mesh. Often, an approximating algorithm is undesirable and inappropriate, producing unsatisfactory results for certain applications in solid modeling and engineering design (e.g., finite element meshing). We address this lack of smooth, interpolatory subdivision algorithms by devising a new scheme founded upon the concept of tri-cubic Lagrange interpolating polynomials. We show that our algorithm is a natural generalization of the butterfly subdivision surface scheme to a tri-variate, volumetric setting.     

A Blend of Subdivision Surfaces and NURBS

In present paper, the contour deletion method is developed both to blend surfaces and to fill N-sided holes, which is used for subdividing the NURBS surface. First, according to the non-uniform Catmull-Clark subdivision principle, surfaces are blended. The non-uniform Catmull-Clark subdivision method is constructed, which build the surface through interpolating corner vertices and boundary curves. Then the contour deletion method is adapted to remove the controlling mesh boundary contour in the process of segmentation iteration. Last, N sided-hole is filled to generate a integral smooth continuous surface. This method not only guarantee that the blending surface and base surface patches have C2 continuity at the boundary, but also greatly improve the smoothness of the N-side hole filling surface. The results show that, this method simplifies the specific computer-implemented process, broads the scope of application of subdivision surfaces, and solves the incompatible problem between the subdivision surface and classical spline. The resulting surface has both advantages of the subdivision surface and classical spline, and also has better filling effect.     

用逼近型√3细分方法构造闭三角网格的插值曲面

为了避免用逼近型3~(1/2)细分方法构造插值曲面过程中出现的烦琐运算,利用3细分方法极限点计算公式,提出一种用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格插值曲面的方法.给定待插值的闭三角网格,先用一个新的几何规则与原3~(1/2)细分方法的拓扑规则细分一次得到一个初始网格,用3~(1/2)细分方法细分该初始网格得到插值曲面;新几何规则根据极限点公式确定,保证了初始网格的极限曲面插值待插值的三角网格.由于初始网格的顶点仅与待插值顶点2邻域内的点相关,所以插值曲面具有良好的局部性,即改变一个待插值点的位置时,只影响插值曲面在其附近的形状.该方法中只有确定初始网格顶点的几何规则与原3细分方法不同,故易于整合到原有的细分系统中.实验结果表明,该方法具有计算简单、有充分的自由度调整插值曲面的形状等特点,使得利用3~(1/2)细分方法构造三角网格的插值曲面变得极其简单.     

A simple method for interpolating meshes of arbitrary topology by Catmull–Clark surfaces

Interpolating an arbitrary topology mesh by a smooth surface plays important role in geometric modeling and computer graphics. In this paper we present an efficient new algorithm for constructing Catmull–Clark surface that interpolates a given mesh. The control mesh of the interpolating surface is obtained by one Catmull–Clark subdivision of the given mesh with modified geometric rule. Two methods—push-back operation based method and normal-based method—are presented for the new geometric rule. The interpolation method has the following features: (1) Efficiency: we obtain a generalized cubic B-spline surface to interpolate any given mesh in a robust and simple manner. (2) Simplicity: we use only simple geometric rule to construct control mesh for the interpolating subdivision surface. (3) Locality: the perturbation of a given vertex only influences the surface shape near this vertex. (4) Freedom: for each edge and face, there is one degree of freedom to adjust the shape of the limit surface. These features make interpolation using Catmull–Clark surfaces very simple and thus make the method itself suitable for interactive free-form shape design.     

用C-C细分法和流形方法构造G2连续的自由型曲面

通过改进Cotrina等利用流形方法构造n边曲面片的算法,以C-C细分网格奇异点的5一环作为控制网构造出了带有均匀三次B样条边界的n边曲面片,使得该曲面片和C-C细分曲面G^2拼接．在此基础上,讨论了C-C细分曲面中n边域的构造和填充,从而为基于任意拓扑网格构造低次G^2连续曲面的问题给出了一个有效的解决方案,实现了用流形方法构造的曲面和C-C细分曲面的融合．最后,给出了几个具体算例．     

基于顶点法向量约束的Catmull-Clark细分插值方法

提出一种基于顶点法向量约束实现插值的两步Catmull-Clark细分方法.第一步,通过改造型Catmull-Clark细分生成新网格.第二步,通过顶点法向量约束对新网格进行调整.两步细分分别运用渐进迭代方法和拉格朗日乘子法,使得极限曲面插值于初始控制顶点和法向量.实验结果证明了该方法可同时实现插值初始控制顶点和法向量,极限曲面具有较好的造型效果.     

基于递归插值与逼近的曲面拟合改进算法

对原有的递归插值分割曲面算法进行了分析,给出了基于递归插值与逼近的曲面拟合改进算法,克服了原有算法在复杂曲面拟合中由于已知点分布不均匀等因素造成的困难,改善了曲面拟合的效果和效率。     

Matrix-valued 4-point spline and 3-point non-spline interpolatory curve subdivision schemes

The objective of this paper is to study and construct matrix-valued templates for interpolatory curve subdivision. Since our investigation of this problem was motivated by the need of such subdivision stencils as boundary templates for interpolatory surface subdivision, we provide both spline and non-spline templates that are necessarily symmetric, due to the lack of direction-orientation in carrying out surface subdivision in general. For example, the minimum-supported Hermite interpolatory C¹ cubic spline curve subdivision scheme, with the skew-symmetric basis function for interpolating first derivatives, does not meet the symmetry specification. Non-spline C² interpolatory templates constructed in this paper are particularly important, due to their smaller support needed to minimize undesirable surface oscillations, when adopted as boundary templates for interpolatory C² surface subdivision. The curve subdivision templates introduced in this paper are adopted as boundary stencils for interpolatory surface subdivision with matrix-valued templates.     

基于混合子分方法的曲面网格顶点与法向插值

顶点位置和法向插值是参数曲面造型的重要内容,文中基于混合子分方法生成三次B样条控制网格,使得相应的三次B样条曲面插值初始网格中指定的顶点,并通过引入插值模板的概念,把法向的插值转化为对模板的旋转变换,使得曲面在不改变2插值顶点的情况下插值法向,最后得到一张C^2连续的插值指定顶点和法向的曲面,与传统的逐片Bezier或Coons曲面片构造方法相比,此方法更为简洁且具有更高的连续阶,而且易于推广到高阶B样条和任意拓扑情形,具有较强的实用性。     

基于局部细分构造产品原型的PD-LS算法

将Loop细分原则引入产品设计系统中,提出并设计了一种基于局部细分模型构造产品原型的PD-LS算法。算法利用局部细分原则在产品图形的局部区域上进行迭代插值,经插值细分后,在降低整体网格密度的前提下,致使不同区域特征点密度不同,使重要区域具有较高密度,以此降低产品原型的褶皱度。最后通过仿真实验验证该算法具有较好的性能。