三角域上拟二次Bézier曲面片的构造及其应用

针对计算机辅助几何设计中三角曲面片造型方法进行了研究。在非多项式空间中构造了一组基函数,分析了该基函数的性质;利用七个控制顶点定义了相应的三角曲面片,由于该三角曲面片具有类似于三角域上二次Bézier曲面片的性质,故称其为拟二次Bézier三角曲面片;举例说明了拟二次Bézier三角曲面片不仅边界可以精确表示圆弧和椭圆弧,而且可以通过多引入的一个控制顶点实现在边界保持不变的情况下对曲面形状进行调节,同时,该曲面片可作为过渡曲面在三通管造型接口处实现光滑过渡。总之,拟二次Bézier三角曲面片在曲面造型与曲面设计中有较好的应用,可作为现有造型方法的有效补充。     

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bézier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bézier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bézier曲面,使Bézier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.     

带形状参数的三次三角域Bézier曲面

为了能提升三次三角域Bézier曲面的形状控制能力,从局部形状参数和全局形状参数的角度出发,构造了带有2种参数的三次三角域Bernstein基函数。借由基函数定义了三次三角域λα-Bézier曲面,通过改变2种参数的取值达到不同的控制效果。将三角域λα-Bézier曲面与Bézier曲面进行了形状调节、时间复杂度和控制网格逼近程度3方面的比较,得出了三角域λα-Bézier曲面的优势。并给出了三次三角域λα-Bézier曲面片间满足C1、G1连续的条件及证明,相关实例也证实:三次三角域λα-Bézier曲面不仅继承了三次三角域Bézier曲面的优良性质,还可以通过变化参数取值来提高曲面的形状控制能力。在曲面拼接时,也可以通过改变参数来构造多种拼接造型。     

基于结点调整B-spline曲面G1/G2的光滑拼接

文中提出了一种构造具有简单结点的B样条曲面G1/G2光滑拼接的方法。本方法根据B样条曲面达到拼接的条件,经过对原曲面和待拼接曲面的偏导曲线进行离散化处理和结点调整,将其转化为Bézier的表示方式。根据Bézier的拼接条件,获得B样条曲面间控制点的关系。最终实现B样条曲面G1/G2的光滑拼接。     

G1端点约束的Bézier曲线曲面的Ribs和Fans

为了得到Bézier曲线曲面的更加适用于网络传输的分解和重构算法,研究了带1阶端点(角点)约束的Bézier曲线曲面的Ribs和Fans,并且得到了相应的曲线曲面的光滑部分和细节部分.反过来,给定Bézier曲线的光滑部分和细节部分,给出了重构原曲线的算法.另外,还把Ribs和Fans的概念与算法推广到三角Bézier曲面.1张n次的三角Bézier曲面能够分解为1张n-1次的Rib、1张n-3次的Fan和3条n-4次Bézier曲线(Fans).数值例子表明对曲线曲面的光滑部分和细节部分的分解是更优与更有效的.     

构造多管道过渡曲面的toric曲面方法

针对多个圆锥曲面管道,提出了利用2片toric曲面构造管道过渡曲面的方法.首先根据管道的几何特征确定多边形参数域,对参数域进行正则分解;然后借助toric曲面的退化理论与有理Bézier曲面间的几何拼接条件,给出过渡曲面G1连续时toric曲面控制顶点所需满足的几何条件.文中方法不需求解方程组,具有一定的灵活性.最后通过具体实例证明了该方法的有效性.     

三角域上带形状参数的四次Bézier曲面

为了在控制顶点固定的前提下仍然能够调整四次三角域Bézier曲面的形状,基于由可调控制顶点定义可调曲面的思想,从几何直观的角度出发,构造了一组含2个参数的四次双变量基函数,定义了由15个控制顶点确定的三角域曲面片。新曲面不仅具有四次三角域Bézier曲面的特性,而且拥有2个用于调整形状的参数。与现有构造形状可调三角域Bézier曲面的方法相比,从几何而非代数角度出发定义新曲面,引入的参数具有明确的几何作用,并未提升基函数的次数。为了方便应用,给出了曲面片之间的G1光滑拼接条件。图例显示了该方法的正确性和有效性。     

带边界约束的4片相邻三角Bézier曲面的近似合并

基于Jacobi基的性质以及条件极值问题的求解,对4片相邻三角Bézier曲面进行了近似合并.首先利用Jacobi基的正交性及其与Bézier基之间的基转换矩阵,得到合并前后三角Bézier曲面距离函数的L2范数;为了保证合并前后三角Bézier曲面在边界C0连续以及角点处高阶连续,控制顶点必须满足一系列线性约束.为得到与原曲面距离最小的近似合并曲面,只需要利用Lagrange乘子法解决带线性约束的条件极值即可.合并三角Bézier曲面的控制顶点可用矩阵显式表达,且合并的逼近误差可由合并前后曲面距离函数的L1范数形式精确给出.通过提高合并三角Bézier曲面的次数,可减小合并误差、改善合并效果.数值实例表明,该方法计算简单、直接,适用性强,逼近效果佳.     

三次T-Bézier曲线的光顺延拓

将曲线的最小物理变形能量作为目标函数,提出了一种三次T-Bézier曲线曲面的光顺延拓算法.利用G2连续性作为约束条件,则延拓的曲线具有两个自由度,并取其中的一个自由度为零;基于延拓曲线的最小物理变形能量确定第二个自由度及延拓曲线的控制点,进而确定延拓曲线,重新参数化所延拓的曲线可以与原曲线在拼接点处C3连续拼接;此外,将该方法应用于双三次T-Bézier曲面的延拓.实例表明,该方法构造的曲线曲面具有较好的光顺性.     

基于新型Gregory三角面片的G1连续曲面拼接

为有效解决构造光滑曲面的三角网格插值问题,将Gregory四边形面片的易控性嫁接到Bézier三角面片上,提出一种新型双三次Gregory三角面片的插值模型.因为公共边界处的G1连续仅取决于2个相邻三角面片的控制点或向量,而无其它连续性限制,所以,该方法可有效消除使用Gregory四边形面片时需分割三角域产生的扭曲现象.实验结果表明,使用该模型对给定的三角网格进行插值,总能生成G1连续的光滑曲面.