基于约束优化的Bézier曲线的形状修改

在计算机辅助几何设计和计算机图形学中,Bézier曲线是一种常用的参数曲线,如何方便地设计和修改Bézier曲线是一个重要研究课题.研究了基于几何约束的Bézier曲线的优化的形状修改,提出一种基于修改曲线控制顶点的约束优化方法.该方法通过修改初始Bézier曲线的控制点来满足给定的约束,并理想地修改曲线的形状.同时给出了一些实例.     

基于约束优化的Bézier曲面形状修改

Bézier曲线和曲面广泛应用于CAGD(计算机辅助几何设计)和计算机图形学,对Bézier曲线或者曲面的设计和形状修改是一个重要的问题。研究了基于几何约束的Bézier曲面优化问题,对单点和多点约束的问题,提出了一种通过修改控制点的约束优化方法。用这种方法,通过修改原Bézier曲面的控制点来修改曲面的形状并满足给定的约束条件,同时给出了数值实例,其结果表明,用拉格朗日方法能有效地解决Bézier曲面的形状修改问题。     

基于扩展Bézier曲线拼接的曲线造型新方法

提出了一种基于扩展Bézier曲线拼接的曲线造型新方法。该方法首先构造了一种具有优良形状可调性和更好逼近性的带3个形状参数α, β, γ的三次扩展Bézier曲线(CE-Bézier曲线);并针对CE-Bézier曲线无法精确表示圆弧和椭圆弧等二次曲线的缺点,利用CE-Bézier曲线与C-Bézier曲线间的拼接技术,解决了CE-Bézier曲线造型中圆弧和椭圆弧的表示问题。最后讨论了该方法在曲线曲面设计中的应用。造型实例表明,该方法在计算机辅助几何设计中具有一定的应用价值。     

三角Bézier曲面的几何约束形变

利用三角Bézier曲面的矩阵表达形式,把几何约束下的形状调整算法从曲线和张量积曲面推广到三角Bézier曲面,使得三角Bézier曲面在形变后既能保持外形大致不变,又能满足一系列事先指定的几何约束(点约束和法向约束).利用Lagange乘子法,几何约束形变的条件极值问题被转化为线性方程组的求解问题,以便于快速计算.特别地,三角Bézier曲面在形变前后还可以满足边界曲线在角点处保持(Ca,Cb,Cc)连续.数值实例表明,该算法简单有效,便于CAD(计算机辅助设计)系统进行交互.     

能量约束下的Bézier曲线构造

Bézier曲线是计算机辅助几何设计中应用广泛的曲线造型工具,构造具有能量约束的曲线也是曲线造型研究的重要内容之一.构造给定首末控制顶点与初始切方向的Bézier曲线,当其满足jerk能量极小时,其余控制顶点可以由已知条件与参数α确定;其中α与初始切向量长度有关.当曲线满足弯曲能量约束时,参数α唯一确定,从而对有序点集,可以显式地构造满足jerk能量极小与弯曲能量约束的G^1拼接组合Bézier曲线.最后,通过具体实例构造通过给定有序点集且满足能量约束的组合Bézier曲线,并与其他方法所得结果进行对比,验证了方法的有效性与可行性.     

Lupaşq-Bézier曲线的几何求值算法及其应用

Lupaş q-Bézier 曲线是一种以 q-整数作为形状参数的广义 Bézier 曲线。本文构造了 Lupaş q-Bézier 曲线的一种新型几何求值算法,该算法倒数第二层 2 个节点的仿射组合与曲线相切。利用算法的相切性质得到 Lupaş q-Bézier 曲线导矢的一种新表示,并实现了 Lupaş q-Bézier 曲线的细分。特别地,二次 Lupaş q-Bézier 曲线 分割得到的 2 条子曲线的形状参数的乘积等于原曲线的形状参数。进一步,得到了加权 Lupaş q-Bézier 曲线的一 种新型几何求值算法,该算法具有显式矩阵表示。     

基于几何方法的曲率单调Bézier曲线的一个充分必要准则

曲率在曲线光顺性方面起着重要作用,针对Bézier曲线的光顺问题,给出并证明了一类具有曲率单调变化的任意次数Bézier曲线.首先基于一种有效的几何设计准则,通过缩放和旋转Bézier曲线的前一条控制边得到邻接的后一条控制边;然后依次得到所有控制边及Bézier曲线控制多边形.实验在Windows系统下采用C++语言实现,通过实例验证了该方法的有效性并给出这类曲线的几何特性.     

Bézier曲线合并的区间逼近

从区域逼近的全新角度来研究几何逼近的核心问题之一:曲线的近似合并.给出了将两条或多条平面Bézier曲线合并为一条尽量细窄的区间Bézier曲线的两种方法:一是基于求已知Bézier样条曲线的上下边界直接得到区间控制顶点的值,从而诱导出一条区间合并Bézier曲线;二是基于最小二乘法求出原多段Bézier曲线合并结果的最佳一致逼近曲线作为区间Bézier曲线的中心曲线,再取区间Bézier点为常值域或变值域来得出两种误差曲线.给出大量实例来展示上述算法的逼近效果,并进行分析与比较.结果表明,算法在实现外形信息的几何逼近及数据转换方面有明显的应用前景,并可推广于空间Bézier曲线、圆域Bézier曲线、有理Bézier曲线的合并.     

基于约束优化的B样条曲线形状修改

B样条曲线广泛应用于计算机辅助几何设计(CAGD),并且与Bézier曲线等其它著名曲线相比,在形状设计方面有其更独特的性质。对曲线的设计和形状的修改是一个重要的课题,也是计算机图形学、CAD/CAM和数控技术领域最重要的研究主题之一。论文运用约束优化的方法,修改均匀B-样条的控制点,使B样条曲线通过调整的控制点,使修改前后曲线的距离范数达到最小,并给出相应的实例说明算法的有效性。     

带多参数的四次Bézier曲线的扩展

给出了一组带三个形状参数的类四次Bernstein基函数,它是四次Bernstein基函数的扩展,讨论它的基本性质,基于这组基定义了带三个形状参数的类四次Bézier曲线,该曲线和四次Bézier曲线有类似的性质,并具体分析了形状参数的几何意义和曲线间的光滑拼接。实例表明,该方法在设计曲线曲面时十分有效。     

一种带形状参数的奇异混合拟Bézier曲线

利用权的思想并结合奇异混合技术,对传统的拟Bézier曲线进行扩展,构造了一种带形状参数的奇异混合拟Bézier曲线。首先将奇异混合函数和三角多项式空间的拟三次Bézier基函数相结合得到奇异混合拟Bézier曲线的定义,进而根据奇异混合拟Bézier曲线的定义反推出奇异混合拟Bézier基函数;接着讨论了奇异混合拟Bézier基函数及其对应曲线的性质,并探究了奇异混合函数及参数对二者的影响;最后给出了奇异混合拟Bézier曲线曲面的设计实例。实验结果表明,与传统Bézier曲线相比,本文构造的曲线在具有传统Bézier曲线实用性质的同时还具有灵活的形状可调性,新曲线不仅能够精确表示二次曲线,并且在满足特定条件时曲线还能够达到G1及G2连续,将曲线运用张量积方法拓展到曲面还可以精确表示椭球面及球面。大量的分析以及实例表明,本文构造的曲线在几何造型设计中十分有效。     

带形状参数的QT-Bézier曲线曲面的构造和应用

为了更加方便地表示和修改曲线曲面,提出了带形状参数的四次三角Bézier曲线曲面QTBézier的构造方法和应用。首先仿照Bézier曲线性质,构造了带形状参数的基函数,定义了带形状参数的QT-Bézier曲线曲面并研究了他们的一些主要性质,并就参数的选取做了一些分析。这种带形状参数的QT-Bézier曲线曲面是已有的一些曲线曲面的一般表达方法,如果选取一些特殊的参数,可以表示特殊的和已知的曲线曲面,还可以构造不同形状的旋转面。带形状参数的QT-Bézier曲线曲面可以很好地通过形状参数来调整曲线曲面的外形,而且能构造不同的旋转面,由于有额外的形状参数,更便于交互。     

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.     

一类形状可调的拟Bézier曲线

给出一种带多形状参数的多项式调配函数,Bernstein基函数是它的一个特例.利用给出的调配函数,定义了一类形状可调的拟Bézier曲线.调配函数和拟Bézier曲线具有与Berustein基函数及Bézier曲线类似的性质.对给定的控制多边形,可以通过改变形状参数的值来调整曲线的形状.运用本文方法可生成带参数的拟Bézier曲面.实例表明,本文方法控制灵活,方便有效.     

曲率单调Bézier曲线G1插值算法及应用

基于曲率单调的 Bézier 曲线,提出了一种精确而高效的满足 G1 约束的样条曲线插值算法。给定首 尾插值数据点位置及方向角,利用曲率单调 Bézier 曲线的几何设计准则,求解非线性方程组,构造满足 G1 插值条 件的曲率单调 Bézier 曲线。与基于欧拉螺旋线的插值算法相比,本文方法构造简单、插值精确,与现有的 NURBS 方法兼容。基于分段拼接,该算法能够处理给定点列及首尾切线方向的插值问题,具有较强的适应性与通用性。     

有理h-Bézier曲线及其圆锥曲线表示

h-Bézier曲线是具有形状参数的广义Bézier曲线.为了拓展h-Bézier曲线表示能力,通过增加正实数权因子构造有理h-Bézier曲线,可精确表示圆锥曲线.首先定义有理h-Bézier曲线,分析曲线的基本性质;然后推导曲线的升阶公式、deCasteljau算法,以及二次有理h-Bézier曲线与二次有理Bézier曲线的互化;分别从代数和几何的角度,讨论了二次有理h-Bézier曲线表示圆锥曲线的分类情况.另外,还给出喷泉和拱门的造型实例.结合文中的数值实例,显示了有理h-Bézier曲线相比h-Bézier曲线和经典有理Bézier曲线的造型优势和灵活性.     

三角域上带形状参数的三次Bézier曲面

张量积Bézier曲面被成功地应用于商业CAD系统中,然而实际工程中的某些外形却无法依靠张量积形式实现.因此在CAGD中,三角Bézier曲面成为外部形状设计的主要工具之一.为了更加灵活地控制三角曲面的形状,构造了一组带形状参数的三次多项式基函数,它们是三角域上三次Bernstein基的扩展.利用该组基函数定义了三角域上带形状参数的多项式曲面.基函数和曲面分别具有Bernstein基和Bézier曲面的性质.在形状参数的取值范围内,三次Bézier三角曲面是它的特例.由于含有可调的形状参数,该曲面在形状修改与变形中具有更大的灵活性.形状参数具有明确的几何意义,参数越大曲面越逼近控制网格.实例表明,通过改变形状参数的取值可以调整曲面的形状,在CAGD中该方法是有效的.     

基于Bézier曲线的碰撞角约束多项式制导方法

研究了一种基于Bézier曲线的碰撞角约束的制导律.通过模型转化将制导指令设计的问题转化为二次Bézier曲线形式的航迹角设计问题.首先,利用Bézier曲线的性质设计了导弹速度大小不变的制导律;然后进一步对导弹速度时变的末端角度约束的制导律进行了研究,同时对导弹速度时变情形下的剩余飞行时间进行了估计;最后通过不同情况下的数值仿真,验证了所提出的制导律的有效性.     

基于升阶矩阵的有理曲面之间L2距离计算

计算曲线曲面之间的距离是几何设计与几何逼近的一个重要课题,如估计有理曲线曲面的降阶逼近和多项式逼近的误差时,需要一种简洁有效的方法来计算原曲线曲面和逼近曲线曲面间的距离.首先给出了基于升阶矩阵的两张有理Bézier曲面的L2距离表示,然后利用这个L2距离表示和最小二乘法,对有理Bézier曲面多项式逼近的误差作了明确而统一的度量.最后,基于Bernstein基与B样条基的相互转换,把有理Bézier曲线曲面的L2距离表示简洁地推广到有理B样条曲线曲面.所得到的几个计算曲线曲面之间的L2距离的公式均可通过矩阵运算表示,十分利于程序的实现,有应用价值.最后还给了几个实例.     

正弦变换与Bézier曲线的参数化

通过对Bernstein基函数实施正弦变换,给出了Bézier曲线的一类重新参数化方法.基于Bernstein基函数,导出了正弦-Bemstein-Bézier类(Sine Bernstein-Bézier Class-SBBC)函数,定义了SBBC曲线,讨论了SBBC曲线和Bézier曲线的关系,提供了Bézier曲线重新参数化的一种有效方法.