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。     

螺旋曲面的等距曲面

考察了螺旋曲面生成两种等距曲面的方法：由螺旋面直接作等距曲面,由螺旋遄的端面型线生成等距曲线,再由等距曲线生成螺旋面,提出了截向等距曲面的概念,指出了与通常意义下的等距曲面之间的关系,并给出了它们之间的关系表达式。最后的实例表明,两种等距曲面的互不蕴含关系。两种方法在具有自主版权的三维造型系统Ｇｅｍｓ５．０中得到实现。     

等距曲面的NURBS放样插值方法

本文给出了等距曲面的一种NURBS放样插值生成方法，该方法主要是在原始NURBS曲面上取得一个能较好反映曲面特征的型值点阵，再交这个型值点阵按某种算法矢方向外推，从而得到原始曲面的等距曲面上的型值点阵，然后，再用NURBS放样插值曲面来逼近等距曲面，本文给出的算法几何意义明显，易于编程实现，且得到的等距曲面其u向和v向参数曲线仍是NURBS曲线，且具有C^2连续性，最后，给出了一个实例。     

用分片代数曲面构造管道曲面的过渡曲面

借助围绕一个顶点处代数曲面的光滑拼接条件,提出并研究了用分片代数曲面构造三通管道的过渡曲面问题。首先对空间区域进行适当的剖分以确定分片代数曲面的定义区域。然后,通过求解一个线性方程组来构造出光滑拼接的分片代数曲面,同时还了在代数曲面片的Ｂ－Ｂ表示下,Ｂｅｚｉｅｒ纵标对过渡曲面的形状的局部控制问题。结果表明,用分片代数曲面构造过渡曲面不仅可以降低曲面的次数,而且更有利于曲面形状的控制。     

细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.     

参数曲面求交算法

参数曲面求交是雕塑产体造型中的关键问题，为了提高曲面／曲面求交方法的稳定性，准确性以及拓扑一致性，本文提出了一种改进方法，它是［Ｈｏｕｇｈｔｏｎ ａｔ ａｌ．＇８５］和［Ｂａｒｎｈｉｌｌ ａｔ ａｌ．＇９０］的思想的延伸，在本算法中，提出了获取曲面临近点的新方法和确定分析支点的可靠方法，改进确定追踪步长的方法。此外，它可以方例地计算出等距曲顶交线而无需等距逼近，通过上述改进本算法可处理分支点，切环     

基于隐式T样条的曲面重构算法

提出隐式T样条曲面，将T网格从二维推广到三维情形，同时利用八叉树及其细分过程，从无结构散乱点数据集构造T网格，利用曲面拟合模型将曲面重构问题转化为最优化问题；然后基于隐式T样条曲面将最优化问题通过矩阵形式表述，依据最优化原理将该问题转化成线性方程组，通过求解线性方程组解决曲面重构问题；最后结合计算实例进行讨论．该方法能较好地解决曲面重构问题，与传统张量B样条函数相比，能效地减少未知控制系数与计算量．     

张量积Bézier曲面降阶逼近的新方法

基于 L2 范数 ,给出基于曲面间体积极小的约束优化算法 ,将 Bézier曲面的降阶问题转变为线性方程组的求解 ,并给出降阶逼近问题解的存在性证明 .文中还对逼近误差进行了分析 ,并利用曲面离散算法减少降阶逼近误差     

基于散乱点的增量式曲面逼近

针对用接触式三维点数据获取设备快速输入的物体表面散乱点云数据，提出了增量式B样条曲面快速逼近算法．该算法首先要获得重建曲面的边界数据，以生成初始曲面；然后对输入的散乱数据点云用投影法计算出其参数值；再用模板子块在曲面上移动，反算出模块子块的控制点；最后更新整个曲面的相应控制点，实现边输入、边逼近，即增量式曲面逼近．在输入过程中可看到曲面逐渐逼近目标曲面的过程，在误差大的区域可以增加输入点来改善曲面逼近效果．对于复杂曲面进行多次投影计算散乱数据点参数及曲面逼近，可达到良好效果．     

基于一元对称幂基的等距曲面有理逼近算法

给出了基于一元对称幂基的等距曲面蒙面逼近新算法。利用一元对称幂基逼近张量积Bézier曲面u向曲线的等距曲线,得到一组等距逼近曲线,取固定的v值,得到一组数据点,用反算控制顶点的方法得到过这组数据点的v向曲线。对这两组曲线用蒙面算法得到逼近的有理等距曲面。该算法计算简单,将二元等距曲面有理逼近转化为一元曲线有理逼近,同时方便地解决了整体误差问题,随着对称幂基阶数的升高,可以得到较理想的逼近效果。     

带折痕的Loop细分曲面等距面处理算法

Loop细分曲面不同细分层次的网格面可作为不同加工工序的加工模型.现有等距面生成算法因未考虑折痕和边界的特殊情况,当折痕或边界存在时将会生成与预期结果有较大差别的等距面.给出了折痕等尖锐特征处极限等距位置的计算方法,以及根据尖锐特征点极限位置反求初始网格等距位置的Gauss-Jacobi迭代公式,并证明了其迭代收敛性.采用文中算法得到的等距网格面令人满意.     

非均匀B样条曲面顶点及法向插值

本文以非均匀Catmull-Clark细分模式下的轮廓删除法为基础,通过在细分网格中定义模板并调整细分网格的顶点位置,为非均匀B样条曲面顶点及法向插值给出了一个有效的方法．该细分网格由待插顶点形成的网格细分少数几次而获得．细分网格的顶点被分为模板内的顶点和自由顶点．各个模板内的顶点通过构造优化模型并求解进行调整,自由顶点用能量优化法确定．这一方法不仅避免了求解线性方程组得到控制顶点的过程,而且在调整顶点的同时也兼顾了曲面的光顺性．     

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     

蝶形细分面片的光顺

使用蝶形细分法细分一般的初始控制网格得到的细分面片光滑而不光顺 ,面片的视觉效果很差 ,而运用现有的光顺技术 ,又只能直接光顺细分以后的结果 ,其需要保存的数据不仅量大 ,而且会引入误差 .针对这一问题 ,提出了一种新的光顺方法 ,即通过调整初始网格顶点位置来光顺细分以后的结果 .在添加合适的约束后 ,该方法不仅可以在光顺细分面片的同时 ,降低细分面片和三维真实物体表面之间的逼近误差 ,而且由于最终输出的是初始控制网格 ,故需要保存的数据量小 .     

C-C细分曲面的交互形状修改

为了增强细分曲面的造型功能,讨论了C-C细分曲面的交互形状修改算法。通过实时建立局部坐标系定义C-C细分曲面上点、法向量和局部等参数线等约束并将其转化为对控制顶点的约束,得到全局线性系统,从而可以在满足不同类型的几何约束时修改曲面的形状。基于最小二乘法和能量优化法给出两种修改算法,前者可以保持控制顶点扰动量的总和最小,运行速度快,适合于局部、精确调整;后者利用罚函数法给出了能量极小意义下的最优解,适合于保持光顺性要求的全局修改。两种方法都可以利用广义逆矩阵求得显式解,具有可逆性、可交换性、结合性等优点,提高了曲面形状修改的效率和可控性。     

Optimization methods for scattered data approximation with subdivision surfaces

We present a method for scattered data approximation with subdivision surfaces which actually uses the true representation of the limit surface as a linear combination of smooth basis functions associated with the control vertices. A robust and fast algorithm for exact closest point search on Loop surfaces which combines Newton iteration and non-linear minimization is used for parameterizing the samples. Based on this we perform unconditionally convergent parameter correction to optimize the approximation with respect to the L² metric, and thus we make a well-established scattered data fitting technique which has been available before only for B-spline surfaces, applicable to subdivision surfaces. We also adapt the recently discovered local second order squared distance function approximant to the parameter correction setup. Further we exploit the fact that the control mesh of a subdivision surface can have arbitrary connectivity to reduce the L^∞ error up to a certain user-defined tolerance by adaptively restructuring the control mesh. Combining the presented algorithms we describe a complete procedure which is able to produce high-quality approximations of complex, detailed models.     

Construction of minimal subdivision surface with a given boundary

The fascinating characters of minimal surface make it to be widely used in shape design. While the flexibility and high quality of subdivision surface make it a powerful mathematical tool for shape representation. In this paper, we construct minimal subdivision surfaces with given boundaries using the mean curvature flow, a second order geometric partial differential equation. This equation is solved by a finite element method where the finite element space is spanned by the limit functions of an extended Loop’s subdivision scheme proposed by Biermann et al. Using this extended Loop’s subdivision scheme we can treat a surface with boundary, thereby construct the perfect minimal subdivision surfaces with any topology of the control mesh and any shaped boundaries.     

基于控制顶点偏移的等距曲线最优逼近

利用最佳平方逼近的Legendre多项式来逼近基曲线的法矢曲线,计算出各控制顶点的偏移向量,由此产生偏移控制多边形来得到等距曲线的逼近曲线.通过与Tiller,Cobb,Coquillart和Elber等多种基于控制顶点偏移的等距逼近法的比较,表明此方法中曲线的离散次数和控制顶点数最少.此方法简单、直观,而且等距逼近曲线的表达式与原曲线具有相同形式,因而有很好的应用前景.