有理三次三角Hermite插值样条曲线及其应用

给出一种有理三次三角Hermite插值样条曲线,具有三次Hermite插值样条相似的性质。该样条含有三角函数和形状参数,利用形状参数的不同取值可以调控插值曲线的形状,甚至不用解方程组,就能使曲线达到C2连续。此外,选择合适的控制点和形状参数,这种样条可以精确表示星形线和四叶玫瑰线等超越曲线。     

插值曲线区域控制的加权有理插值方法

将插值曲线约束于给定的区域之内是曲线形状控制中的重要问题,文中利用分母为线性的有理三次插值样条和仅基于函数值的有理三次插值样条构造了一种加权有理三次插值样条,由于这种有理三次插值样条中含有新的参数,给约束控制带来了方便,给出了将插值曲线约束于给定的折线、二次曲线之上（下）或之间的条件,最后给出了数值例子。     

High accuracy spline interpolation for 5-axis machining

This article presents a new algorithm for simultaneous 5-axis spline interpolation. The algorithm basically merges two concepts: (1) the interpolation of the toolpath with Pythagorean Hodograph (PH) curves and (2) the analytic solution of the inverse kinematic problem using the template equation method. The first method allows one to obtain a analytic relation between the arclength and the parameter of the toolpath curve. This one enables one to control the velocity of the tool on the workpiece. The second method allows one to determine the analytic solution of the parameterized inverse kinematic problem that permits us to introduce arbitrary number of geometric parameters. A natural selection of the possible parameters can be the parameters of tool geometry and the workpiece placement. This way, the off-line generated inverse solutions—that transform the cutter contact curve into axis values—can be online compensated, as soon as the exact parameter values are become known. Based on these two approaches, a robust and fast method for the simultaneous 5-axis spline interpolation is developed. The result of this new algorithm is time-dependent axis splines which represent the given toolpath with high accuracy.     

一类加权有理四次插值样条曲线的形状控制

将插值曲线约束于给定的区域之内是曲线形状控制中的重要问题。利用带导数的和不带导数的分母为线性的有理四次插值样条构造了一类新的加权有理四次插值样条函数,插值函数具有简单的显示表示,这类新的插值样条中含有权系数,因而增加了处理问题的灵活性,给约束控制带来了方便。给出了将该种插值曲线约束于给定的折线、二次曲线之上、之下或之间的充分条件。证明了满足约束条件的加权有理样条的存在性。     

一类四次有理样条的形状控制及其逼近性质

本文基于一类带控制参数包含极点的(4,2)~k(k=1,2)阶有理插值样条,研究了它的约束插值问题,给出了将该种插值曲线约束于给定折线、二次曲线之上、之下或之间的充分条件.并讨论了该插值的逼近性质,最后给出了数值例子.     

可变参数的有理分形插值曲线建模

为了有效地处理复杂真实现象中的不规则数据,提出一种利用有理分形插值进行分形曲线建模 的方法。首先,基于传统的具有形状参数的有理样条,构造了一类具有函数尺度因子的有理迭代函数系统,并 定义了有理分形插值曲线。然后,研究了有理分形曲线的一些重要性质,包括光滑性、稳定性以及收敛性。最 后,估计了有理分形曲线计盒维数的上下界。提出的可变参数的有理分形插值推广了传统的单变量有理样条, 适用于拟合不规则数据或逼近具有连续但不规则导数的函数,具有更好的灵活性和多样性。数值实例和曲线建 模表明,该方法不仅在视觉效果上明显优于 Bézier 插值,B 样条插值以及基于多项式的分形插值方法,而且在 均方根误差的数值对比中也具有显著优势。     

一种B样条表面插值控制点的缩减方法

研究了从给定节点向量中选择节点进行B样条曲线插值的方法，并将此方法应用到行数据点不相同的B样条曲面插值，得到了一个通过对行节点矢量调整传递的曲面插值方法，理论分析和实验表明该方法可大量减少曲面控制点的数目．     

逼近三次B 样条导矢曲线的四次Hermite 插值样条

给出了形状可调的四次Hermite 插值样条曲线的构造方法。四次样条曲线可提供额 外的自由度用于调整曲线具有合理形状。利用导矢逼近使得四次Hermite 样条曲线具有与三次B 样条曲线相似的形状。通过最小化曲线间的导矢误差给出了确定自由度的方法,提出了四次 Hermite 插值样条曲线的构造方法。该方法增加了自由度控制曲线形状能更好满足保形要求。最 后以实例对构造的四次Hermite 样条曲线和标准三次Hermite 插值样条曲线进行了比较。     

具有局部性质的球面插值样条曲线的构造

高维球面样条曲线拟合技术在计算机动画和惯性导航等领域都受到广泛地关注。实际中常需球面 曲线插值给定的数据点,并要求曲线具有一定的连续性和良好的局部性质。此前的方法存在一定的局限性。为此, 基于球面 Bézier 曲线,提出了一种仅利用插值点位置信息便可在任意维空间中构造 C2球面插值样条曲线的新方 法。首先,通过映射拟合出了插值点处的高阶导矢,然后给出了曲线段在端点处 C2 Hermite 插值的充要条件,即 控制顶点的解析计算方法,最后构造出 C2连续的球面 Bézier 插值样条曲线。该方法属于局部构造方法,样条曲 线上个别插值点的扰动不会对全局产生影响;样条曲线具有显式表达式,无需通过非线性方程组求解控制点坐标。 数值实验表明,该方法适用范围广,局部性质好,灵活度高。     

Efficient circular arc interpolation based on active tolerance control

In this paper, we present an efficient sub-optimal algorithm for fitting smooth planar parametric curves by G¹ arc splines. To fit a parametric curve by an arc spline within a prescribed tolerance, we first sample a set of points and tangents on the curve adaptively as well as with enough density, so that an interpolation biarc spline curve can be with any desired high accuracy. Then, we construct new biarc curves interpolating local triarc spirals explicitly based on the control of permitted tolerances. To reduce the segment number of fitting arc spline as much as possible, we replace the corresponding parts of the spline by the new biarc curves and compute active tolerances for new interpolation steps. By applying the local biarc curve interpolation procedure recursively and sequentially, the result circular arcs with no radius extreme are minimax-like approximation to the original curve while the arcs with radius extreme approximate the curve parts with curvature extreme well too, and we obtain a near optimal fitting arc spline in the end. Even more, the fitting arc spline has the same end points and end tangents with the original curve, and the arcs will be jointed smoothly if the original curve is composed of several smooth connected pieces. The algorithm is easy to be implemented and generally applicable to circular arc interpolation problem of all kinds of smooth parametric curves. The method can be used in wide fields such as geometric modeling, tool path generation for NC machining and robot path planning, etc. Several numerical examples are given to show the effectiveness and efficiency of the method.     

有理[2m+1,2m]型分段插值样条

常见的较低次有理带单形状因子分段有理插值样条通过代数运算,可用Bernstein基函数等价表示,这类分段插值样条利用Hermite插值的方法推广到高次有理[2m+1,2m]型,样条的生成曲线满足Cm-连续,并给出了具体的Bern-stein基函数表示方法的表达式,其形式较为简单,最后分别讨论了这类有理插值的逼近阶与约束域及保单调等方面的形状因子的选取情况,并给出了例子分析。     

一类加权有理插值样条曲面及局部约束控制

目的 构造一类新的基于函数值与偏导数值的加权有理插值样条曲面,讨论该样条曲面的相关性质并分析曲面的局部约束控制。方法 一方面,先从x方向构造有理三次插值样条,再从y方向构造二元有理插值样条曲面;另一方面,按相反次序构造另一个二元有理插值样条曲面;最后将两种插值曲面加权得到一类新的有理插值样条曲面。结果 讨论插值曲面的性质,包括基函数、边界性质、积分加权系数的性质以及误差估计。通过选择合适的参数和加权系数,在不改变插值数据的前提下实现对插值区域内的局部约束控制。结论 实验结果表明,新的加权有理插值样条曲面具有良好的约束控制性质。     

加权有理三次样条的形状控制

利用带导数和不带导数的分母为三次的有理三次插值样条构造了一类加权有理三次插值样条函数,由于这种有理三次插值样条中含有参数、调节参数和权系数,因而给约束控制带来了方便。同时只要合适地选择调节参数,就可以使之变成分母为线性的和分母为二次的有理三次插值样条函数。对该样条曲线的区域控制问题进行了研究,给出了将其约束于给定的折线、二次曲线之上、之下或之间的充分条件。最后给出了数值例子。     

基于AIWCPSO算法的三次样条气动参数插值方法

针对飞行仿真建模过程中气动参数以矩阵的形式给出, 大都存在着非线性关系, 提出一种基于自适应惯性权重的混沌粒子群优化(AIWCPSO) 算法的三次样条气动参数插值方法. 首先建立粒子与三次样条插值函数中系数的映射关系; 然后利用AIWCPSO 算法对三次样条插值函数的系数进行寻优, 将获得的最优解近似看作三次样条插值函数的系数; 最后计算得到离散点的气动参数. 仿真实验结果表明, 所提出的方法能有效地解决飞行气动参数插值问题.     

异度隐函数样条曲线曲面

隐式曲线曲面被广泛应用于曲线曲面插值、逼近与拼接. 通过添加辅助曲线曲面,提出异度隐函数样条曲线曲面方法,并对其插值性、凸性与正则性进行分析. 具体实例表明,异度隐函数样条提供了次数低、构造简单、灵活性好的曲线曲面插值与拼接方法.     

一种B样条曲线描述图像边界的算法

型值点的个数与分布对B样条曲线的形状有直接影响,为了让B样条曲线能很好地描述图像区域边缘,研究了一种自适应3次非均匀B样条曲线插值算法。利用B样条曲线在型值点处曲率较大的性质,调整型值点的位置和个数,通过B样条曲线与图像边缘的误差,对型值点进一步优化,使B样条曲线贴合边缘。实验结果表明,该方法得到的B样条曲线能很好地描述区域边缘。     

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.     

高维三次样条插值法在气动参数计算中的应用

根据一维三次样条插值算法能够达到二阶连续的光滑程度,将其扩展到高维插值,应用到由多自变量决定的气动参数计算。相对于高维线性插值算法,提高了插值精度,同时又避免了高次拉格朗日插值中的失真现象。并针对于高维三次样条插值算法,提出一种改进的边界条件,能够提高插值精度,简便工程应用。通过标准函数的数值试验,证明该高维插值方法及其改进边界条件对气动参数计算精度的提高是明显的。     

一种有理三次样条的约束插值

将插值曲线约束于给定的区域之内是曲线形状控制中的重要问题。构造了一种仅依赖于函数值的分母为二次的有理三次插值样条,是[C1]连续的,使用起来较方便,并含有参数,具有较好的可约束控制性质。研究了该样条曲线的区域控制问题,讨论了该插值曲线约束于给定折线二次曲线上（下）方或之间的条件,并给出了数值算例。所给约束条件容易满足,便于使用。     

一种新的二元有理插值及其性质

构造了一种带参数的仅基于函数值的分子为双四次、分母为双二次的二元有理插值样条函数,插值函数具有简洁的显式表示。插值函数中含有4个参数,当这些参数满足一定条件时,插值曲面在插值区域上C1光滑。由于插值函数中含有参数,这样可以在插值数据不变的情况下通过对参数的选择进行插值曲面的局部修改。最后讨论了插值函数的一些性质。