渐进迭代逼近方法在等距曲线逼近中的应用

渐进迭代逼近(PIA)方法在CAD领域有很好的自适应性和收敛稳定性,在曲线或曲面的逼近和拟合问题上具有很好的应用前景.文中将该方法应用于二维自由曲线的等距曲线(也称offset曲线)的逼近,提出基于PIA的等距曲线逼近算法.首先在等距曲线上采样数据点,采用Floater的方法对数据点进行参数化,并以这些采样点作为初始控制顶点,由这些初始控制顶点产生初始逼近曲线;然后考察相同参数值处采样点和逼近点的误差,并运用PIA方法逐步逼近等距曲线.该算法分别考虑了等距曲线的多项式逼近和有理逼近.数值实例结果表明,综合控制顶点数和算法误差这2项因素,文中算法具备较好的优势.     

基于参数速度逼近的等距曲线有理逼近

该文提出了曲线的参数速度逼近问题 ,指出等距曲线逼近的关键在于参数速度的逼近 ,并用两种方式来实现它 .首先 ,以法矢方向曲线的控制顶点模长为 Bézier纵标构造 Bernstein多项式 ,以它来逼近曲线的参数速度 ,给出了相应的几何方式的等距逼近算法 ,进一步利用法矢方向曲线的升阶获得了高精度逼近 .其次 ,基于参数速度的 L egendre多项式逼近和插值区间端点的 Jacobi多项式逼近 ,导出了保持法矢平移方向的两种代数方式的等距有理逼近算法 .     

Bézier曲线降阶的迭代算法

为提高Bézier曲线降阶的稳定性,提出以基于L_2范数的逼近误差为指导的一种迭代算法. 该算法从一条初始Bézier曲线开始逐渐地对其控制顶点进行偏移,得到具有误差最小的逼近曲线; 同时,应用线性搜索方法来优化控制顶点的偏移,使得在每次迭代后逼近误差可以达到局部最小. 实例结果表明了该算法的快速收敛性.     

Bézier曲线的等距曲线的同次多项式逼近

等距曲线广泛应用工数控机床加工过程、机器人行走路线、刺绣针法生成等工业领域中,与基曲线相比,其表示更为复杂,基本小能用有理曲线来精确表示.为了使等距曲线与CAD/CAM系统更好地相容,基于圆弧的Bézier多项式逼近,提出一种Bézier曲线的等距曲线的同次多项式逼近方法.首先利用Tchebyshev多项式逼近圆弧,并由此得到圆弧的任意次数的Bézier多项式逼近;然后利用上述圆弧逼近的方法去逼近等距曲线的基圆.进而推导出了一种Bézier曲线的等距曲线多项式逼近方法,得到等距逼近曲线是与基曲线次数相同的Bézier曲线.最后通过实例与其他基于圆弧逼近的等距曲线逼近方法进行了比较,结果表明,文中方法与其他方法具有相似的逼近效果,但大大降低了逼近次数.     

Said-Bézier曲线的等距曲线的有理逼近

等距曲线逼近的关键在于对其参数速度的逼近,给出了Said-Bezier曲线参数速度的Tchebyshev逼近和Tchebyshev-Pade逼近,在此基础上得到了Said-Bezier曲线的等距曲线的2种有理逼近函数.因为n次Said-Bezier曲线在参数K=[n/2]时,即为,1次Bezier曲线,所以文中方法同样适用于Bezier曲线的等距曲线逼近.最后通过2个实例验证了这2种逼近方法,并与Legendre逼近方法进行了比较.     

NURBS曲线的无自交近似等距曲线计算EI北大核心CSCD

NURBS曲线是CAGD中的标准工具,其等距曲线的计算是CAGD中的重要内容,对异常情况包括自交(或自交环)、奇点等的处理是等距曲线计算的关键技术.基于2阶导数采样和NURBS曲线的单值性,提出一种NURBS曲线的无自交近似等距曲线计算算法.首先提出并证明了NURBS曲线无自交等距曲线的最大偏移距离;然后通过计算最大偏移距离,以NURBS曲线的单值性为约束条件计算NURBS曲线的无自交近似等距曲线.2次和3次NURBS曲线无自交近似等距曲线计算的数值实例的结果表明,所提算法可以快速、有效地生成无自交的NURBS曲线的近似等距曲线,保证剩余控制顶点数尽量少且不依赖于权因子的选择,保留了NURBS曲线的权因子对曲线形状的调整性.     

C—Bezier曲线的PH样条的构造

满足Pythagorean条件的平面参数曲线,称为Pythagorean速端曲线（PH）,文章根据原C-Bezier曲1线的始末端点及其切向量,调节控制顶点构造一条G连续的三次PH样条曲线,以此作为原C-Bezier曲线的逼近曲线,并进一步产生等距线．估计了原C-Bezier曲线与PH样条曲线的整体逼近误差和等距线误差．     

C-Bzier曲线的PH样条的构造

满足Pythagorean条件的平面参数曲线,称为Pythagorean速端曲线（PH）,文章根据原C-Bezier曲1线的始末端点及其切向量,调节控制顶点构造一条G连续的三次PH样条曲线,以此作为原C-Bezier曲线的逼近曲线,并进一步产生等距线．估计了原C-Bezier曲线与PH样条曲线的整体逼近误差和等距线误差．     

基于控制顶点扰动的平面Offset曲线的NURBS逼近

平面曲线的ｏｆｆｓｅｔ曲线具有丰富的几何结构,它在曲面造型、ＮＣ加工等领域具有广泛应用,但除直线、圆弧或速端曲线等少数几种曲线外,有理多项式参数曲线的ｏｆｆｓｅｔ曲线不能保证仍是有理多项式曲线形式。因此,实际应用中常用逼近方法表示ｏｆｆｓｅｔ曲造型系统中数据结构和几何算法的统一表示。作者针对平面ＮＵＲＢＳ曲线的特点,提出两种逼近表示方法,一种是基于曲线分割的控制顶点动法,另一种是整体控制顶点偏移法     

等距曲线的圆域Bézier逼近

用一条平面曲线来逼近平面Bézier曲线的等距曲线具有一定的局限性.提出用一条带宽度的"胖曲线"来逼近上述等距曲线的区域逼近思想,并建立与实现了圆域Bézier曲线等距逼近的整套算法,包括应用Remez方法求出等距曲线的最佳一致逼近曲线作为圆域Bézier曲线的中心曲线,提出上控最佳一致逼近的原理求出圆域Bézier曲线的误差半径函数,以及确定整条圆域Bézier曲线,最后还对该圆域Bézier逼近的效果做了分析和考核,并给出了一些具体实例.     

Offset of curves on tessellated surfaces

Geodesic offset of curves on surfaces is an important and useful tool of computer aided design for applications such as generation of tool paths for NC machining and simulation of fibre path on tool surfaces in composites manufacturing. For many industrial and graphic applications, tessellation representation is used for curves and surfaces because of its simplicity in representation and for simpler and faster geometric operations. The paper presents an algorithm for computing offset of curves on tessellated surfaces. A curve on tessellation (COT) is represented as a sequence of 3D points, with each line segment of every two consecutive points lying exactly on the tessellation. With an incremental approach of the algorithm to compute offset COT, the final offset curve position is obtained through several intermediate offset curve positions. Each offset curve position is obtained by offsetting all the points of COT along the tessellation in such a way that all the line segments gets offset exactly along the faces of tessellation in which the line segments are contained. The algorithm, based entirely on tessellation representation, completely eliminates the formation of local self-intersections. Global self-intersections if any, are detected and corrected explicitly. Offset of both open and closed tessellated curves, either in a plane or on a tessellated surface, can be generated using the proposed approach. The computation of offset COT is very accurate within the tessellation tolerance.     

椭圆型Offset曲线及其应用

针对Ｓｗｅｅｐ曲面中形变控制的需要,提出了一种椭圆型ｏｆｆｓｅｔ曲线,并讨论了它的性质,为了便于造型系统的一致性表示,给出了椭圆型ｏｆｆｓｅｔ曲线的ＮＵＲＢＳ逼近表示算法。最后给出了椭圆型曲线的了它的应用实例,并在自主开发的几何造型系统ＧＥＭＳ５．０中实现。     

Cubic Bézier approximation of a digitized curve

In this paper we present an efficient technique for piecewise cubic Bézier approximation of digitized curve. An adaptive breakpoint detection method divides a digital curve into a number of segments and each segment is approximated by a cubic Bézier curve so that the approximation error is minimized. Initial approximated Bézier control points for each of the segments are obtained by interpolation technique i.e. by the reverse recursion of De Castaljau's algorithm. Two methods, two-dimensional logarithmic search algorithm (TDLSA) and an evolutionary search algorithm (ESA), are introduced to find the best-fit Bézier control points from the approximate interpolated control points. ESA based refinement is proved to be better experimentally. Experimental results show that Bézier approximation of a digitized curve is much more accurate and uses less number of points compared to other approximation techniques.     

平面NURBS曲线及其Offset的双圆弧逼近

除直线、圆弧、速端曲线等少数几种曲线外,平面参数曲线的offset曲线通常不能表示成有 理参数形式,因此在实际应用中,为了方便造型系统中数据结构和几何算法的统一表示,offse t曲线通常用低次曲线逼近来表示.通过用双圆弧逼近表示NURBS(non-uniform rational B -spline)曲线及其offset,并利用双圆弧逼近的特有性质,把offset的双圆弧逼近转化为原 曲线的双圆弧逼近,简化了问题的求解.同时考虑了双圆弧逼近算法中分割点的选取、公切点 的确定以及误差估计等主要问题.具体算     

基于NRLCTI码和匹配子曲线的平面曲线识别

为了更简单、有效地进行平面曲线的识别,首次给出了一种新的NRLCTI码的定义,并设计了一种新的算法用来匹配目标和模型轮廓曲线上的每段子曲线,同时还提出了一种从单幅图形和图像来识别平面曲线的方法。该识别方法首先利用NRLCTI码初步匹配了目标和模型轮廓曲线上的关键特征点,从而解决了用穷尽搜索法寻求特征点所对应的高费率和低效率的问题;然后在NRLCTI码匹配的前提下,再通过匹配目标和模型轮廓曲线上的每小段,从而解决了用多边形或圆锥曲线来近似曲线的不准确性问题。实验结果表明,该算法简单、有效。     

平面NURBS曲线的等距线算法：圆弧法矢近似法

本文根据产生曲线的特征点与它的等距线的特征点的对应关系,给出了一种平面NURBS曲线的等距线表示方法——圆弧法矢近似法。这种方法的特点是:(1)等距线与产生曲线具有统一的NURBS表示;(2)计算简单、几何意义明确、近似精度高。     

平面曲线的offset逼近

文章给出了一种用三次Bezier曲线逼近平面曲线精确offset的方法。利用逼近曲线与精确offset曲线的对应点,法向尽可能相同这一性质构造具有较好的连续性的目标函数。此外,给出新的误差函数,该函数比常用的误差函数更能反映两曲线在一点处的真实距离。     

Computing non-self-intersecting offsets of NURBS surfaces

A new approach for the computation of non-self-intersecting offset surface of a single G₁ continuous NURBS surface has been presented. The approach recognizes special surfaces, i.e. planes, spheres, cones and cylinders, and offsets them precisely. An approximate offset surface within the specified tolerance is computed for a general free form surface. The method for a general free form surface consists of (1) sample offset surface based on second derivatives; (2) eliminate sample points which can give self-intersections; (3) surface fitting through the remaining sample points; and (4) removal of all the removable knots of the surface. The approach checks for self-intersections in the offset surface and removes the same automatically, if any. The non-self-intersecting offsets for surface of extrusion and surface of revolution are obtained by removing the self-intersections in the offset generator and profile curves respectively using point sampling, cleaning of sampled points, curve fitting and knot removal. The approach has better control on error. It generates offset surface with less number of control points and degree. The methodology works only for a class of problems where in the offset of a single G₁ surface is still a single connected surface without having any holes. The offset methodology has been demonstrated through three types of surfaces namely surface of revolution, surface of extrusion and a general free form surface. This approach has been extensively used in creation of offset surfaces of composite laminate components. The presented approach can also be used to check for self-intersections in any general surface and to remove the same, if any, with little modifications, as long as the cleaned surface is a single connected surface.     

基于曲线和曲面控制的多边形物体变形反走样

基于参数曲线和曲面控制的空间变形是重要的几何外形编辑和柔性物体动画实现手段．当这两类变形方法的对象是多边形物体时，如何对变形物体进行重采样以得到高质量结果，是计算机动画和几何造型领域中的一个重要问题．该文针对B-样条曲线和曲面控制的空间变形方法，提出了面向多边形物体的空间变形反走样方法．在该方法中，利用等距技术将B-样条曲线或曲面所张成的变形空间近似表示为张量积B-样条参数体，结合作者提出的多边形物体精确B-样条自由变形方法，实现了参数曲线和曲面控制的多边形物体变形反走样．     

带法向约束的隐式T样条曲线重构

目的 隐式曲线能够描述复杂的几何形状和拓扑结构,而传统的隐式B样条曲线的控制网格需要大量多余的控制点满足拓扑约束。有些情况下,获取的数据点不仅包含坐标信息,还包含相应的法向约束条件。针对这个问题,提出了一种带法向约束的隐式T样条曲线重建算法。方法 结合曲率自适应地调整采样点的疏密,利用二叉树及其细分过程从散乱数据点集构造2维T网格;基于隐式T样条函数提出了一种有效的曲线拟合模型。通过加入偏移数据点和光滑项消除额外零水平集,同时加入法向项减小曲线的法向误差,并依据最优化原理将问题转化为线性方程组求解得到控制系数,从而实现隐式曲线的重构。在误差较大的区域进行T网格局部细分,提高重建隐式曲线的精度。结果 实验在3个数据集上与两种方法进行比较,实验结果表明,本文算法的法向误差显著减小,法向平均误差由10^-3数量级缩小为10^-4数量级,法向最大误差由10^-2数量级缩小为10^-3数量级。在重构曲线质量上,消除了额外零水平集。与隐式B样条控制网格相比,3个数据集的T网格的控制点数量只有B样条网格的55.88%、39.80%和47.06%。结论 本文算法能在保证数据点精度的前提下,有效降低法向误差,消除了额外的零水平集。与隐式B样条曲线相比,本文方法减少了控制系数的数量,提高了运算速度。