基于法矢比率的样条曲线光顺

论文提出了一种新的基于曲线法矢比率分析的B样条曲线光顺方法。一条曲线一般由若干凹凸分段顺序相连组成。设计人员按设计意图对各曲线段指定其上各点处的目标法矢分量比率图,比较目标法矢分量比率图与实际法矢分量比率图,即可判断出各曲线段的光顺性。对光顺性较差的曲线段,通过最小二乘逼近优化过程调整其控制顶点,从而达到光顺目的。该优化过程的目标函数兼顾光顺性及光顺前后曲线的偏差,可通过调节相应参数来达到设计要求。实例表明,该文方法灵活方便,可行有效,为曲线光顺问题的解决提供了一种新的选择。     

曲线曲面的定量造型方法

为了探索有效的曲线曲面造型的新方法,利用小波技术引进平均小波光顺率的概念,提出一种针对NURBS曲线曲面的定量造型方法.该方法把平均小波光顺率作为目标函数进行优化造型,同时由目标函数的值定量地评估优化造型结果的光顺情况.与传统方法相比,在曲线曲面造型过程中参考平均小波光顺率可以更方便地对曲线曲面进行造型设计.实例验证结果表明,文中方法在满足约束条件的情况下达到了满意的造型效果.     

C-Bezier曲线的光顺逼近算法

基于弹性均匀细梁的应力能和扰动能的光顺优化,提出了一种光顺C-Bezier曲线的新方法。该方法综合考虑曲线的应力、应力能和扰动能,建立了一种新的曲线光顺准则。在新准则下通过调整控制参数α和控制顶点使得曲线的能量最小,得到最优的光顺逼近曲线。利用最小二乘法和非线性泛函的极小值优化计算,对平面数据点进行光顺逼近,达到光顺的目的。最后,给出了由数据拟合的C-Bezier曲线光顺的实例。     

基于稀疏模型的曲线光顺算法

为了对曲线进行有效光顺,将曲线光顺问题建模成基于稀疏模型的优化问题,并提出了新的曲线光顺算法.通过分析非光顺曲线的例子,对现有的判别准则进行了总结;根据总结出的判别准则,曲线的光顺性与曲率图二阶差分的稀疏性与大小密切相关,将曲线光顺问题建模成一种基于稀疏模型的优化问题;并给出了一种高效的迭代调整算法求解该模型.数值实验结果表明,文中算法是实用和有效的;与其他光顺算法进行对比时,该算法也有十分突出的表现.     

基于遗传算法的B样条曲线自动光顺算法

文章基于遗传算法,将节点删除法和能量法结合,提出了一种光顺B样条曲线的新方法。该方法的基本思想是:在误差允许范围内,通过遗传算法自动确定B样条曲线需要光顺的部分,然后在保证曲线能量最小的前提下,删除不光顺处的节点。实践证明,该算法具有自动性和客观性,并在光顺曲线的同时达到了数据压缩的目的。     

一种新的基于参考曲线的 B 样条曲线延拓算法

针对计算机辅助几何设计(CAGD)中 B 样条曲线延拓问题提出了一种新的算法, 可以使延拓后的曲线和给定的参考曲线形状尽量相似。首先通过统一待延拓曲线和参考曲线的 节点矢量来确定延拓后曲线的节点矢量;然后,利用 B 样条端点松弛算法确定延拓后曲线中和 原曲线对应的控制顶点;最后,通过优化方法确定新增加的控制顶点,优化的目标是经仿射变 换后的参考曲线和延拓后的曲线对应控制顶点之间距离的平方和最小。提出了一种两步法求解 该优化问题,先通过优化方法确定仿射变换,然后利用该仿射变换计算新增加的控制顶点。为 了使延拓后的曲线光顺性较好,通过引入光顺项对该算法进行了进一步的改进。实验结果表明, 该算法得到的延拓曲线和参考曲线形状具有一定的相似性,算法具有很好的实用性和灵活性。     

支持向量回归模型在曲线光顺拟合中的改进

几何逆向工程中的光顺曲线重构问题本质上属于回归问题。支持向量回归机是求解回归问题的新的十分有效的方法。论文研究用支持向量回归机处理光顺曲线的重构问题。鉴于后者有着对于光顺性的特殊要求,已有的支持向量机并不适用。通过修正惩罚因子对支持向量机加以改造,即根据测量数据点的分布情况,利用各测量点圆率的特性确定对应的惩罚因子,从而实现了自由曲线的光顺重构。数值试验表明新方法可以剔除输入数据中不光顺点的影响,并在给定的精度条件下有效地逼近曲线,达到较好的拟合效果。     

计算机辅助车身表面设计——曲线曲面的光顺

文章给出在汽车本身计算机辅助设计中为达到曲线、曲面光顺,使用选点修改法中圆弧光顺法实现坏点寻找、粗光顺、精光顺及曲面网络光顺的方法,对原方法进行了修正和改进,使之适用于拟合设计,计算量小,能较快地完成光顺任务。     

一种光顺B-Spline曲线的实用方法

曲线曲面的光顺处理一直是CAGD中研究的热点问题之一,如何快速、简便、正确地光顺曲线曲面,是光顺处理问题研究的核心。文章针对B-spline曲线提出了一种光顺方法,并描述了其基本原理和光顺准则。实例表明,文章所提出的光顺方法快速、简便,是一种较为实用的光顺方法。同时,该方法也可扩展到对曲面的光顺处理。     

C-B样条曲线的光顺逼近算法研究

基于弹性均匀细梁的应力能和扰动能的光顺优化,提出了一种光顺C-B样条曲线的算法。该算法的基本思想是：通过调整控制参数和控制顶点使得曲线的能量最小,得到最优的光顺逼近曲线。通过最小二乘法和非线性泛函的极小值优化计算,对平面数据点进行光顺逼近,达到了光顺的目的。最后,给出了由数据拟合的C-B样条曲线光顺的实例。实例结果表明,该算法为C-B样条曲线的光顺问题提供了一种有效的新方法。     

αB-spline: a linear singular blending B-spline

A linear singular blending (LSB) technique can enhance the shape—control capability of the B-spline. This capability is derived from the blending parameters defined at the B-spline control vertices and blends LSB line segments or bilinear surface patches with the B-spline curve or surface. Varying the blending parameters between zero and unity applies tension for reshaping. The reshaped curve or surface retains the same smoothness properties as the original B-spline; it possesses the same strict parametric continuities. This is different from the -spline, which introduces additional control to the B-spline by imposing geometrical continuities to the joints of curve segments or surface patches. For applications in which strict parametric continuities cannot be compromised, LSB provides an intuitive way to introduce tension to the B-spline.     

Cross-sectional design with curvature constraints

A practical example of B-spline curve control points manipulation for the geometric construction of a free form shape is presented. Elements of a cross-sectional design methodology are used in conjunction with a skinning type operator for the definition of a B-spline surface. Skinning process is well established in the CAD community, but further difficulties arise in producing smooth surfaces under constraints. This paper attempts to overcome the fairness problem by choosing an appropriate solution where the execution time has to be reasonably short. Main results include an industrial application in a preliminary aerodynamic design cycle where manufacturing tolerances defined by smoothness criteria are maintained.     

对可调控Bézier曲线的改进

目的 在用Bézier曲线表示复杂形状时,相邻曲线的控制顶点间必须满足一定的光滑性条件。一般情况下,对光滑度的要求越高,条件越复杂。通过改进文献中的“可调控Bézier曲线”,以构造具有多种优点的自动光滑分段组合曲线。方法 首先给出了两条位置连续的曲线G^l连续的一个充分条件,进而证明了“可调控Bézier曲线”在普通Bézier曲线的G^l光滑拼接条件下可达G^l(l为曲线中的参数)光滑拼接。然后对“可调控Bézier基”进行改进得到了一组新的基函数,利用该基函数按照Bézier曲线的定义方式构造了一种新曲线。分析了该曲线的光滑拼接条件,并根据该条件定义了一种分段组合曲线。结果 对于新曲线而言,只要前一条曲线的最后一条控制边与后一条曲线的第1条控制边重合,两条曲线便自动光滑连接,并且在连接点处的光滑度可以简单地通过改变参数的值来自由调整。由新曲线按照特殊方式构成的分段组合曲线具有类似于B样条曲线的自动光滑性和局部控制性。不同的是,组合曲线的各条曲线段可以由不同数量的控制顶点定义,选择合适的参数,可以使曲线在各个连接点处达到任何期望的光滑度。另外,改变一个控制顶点,至多只会影响两条曲线段的形状,改变一条曲线段中的参数,只会影响当前曲线段的形状,以及至多两个连接点处的光滑度。结论 本文给出了构造易于拼接的曲线的通用方法,极大简化了曲线的拼接条件。此基础上,提出的一种新的分段组合曲线定义方法,无需对控制顶点附加任何条件,所得曲线自动光滑,且其形状、光滑度可以或整体或局部地进行调整。本文方法具有一般性,为复杂曲线的设计创造了条件。     

一种 G2 连续组合曲线的表示

针对 Bézier 曲线以及现有众多含形状参数的扩展 Bézier 曲线的 G2 拼接条件均对控制顶点有严 格要求的问题,拟提出一种 G2 连续组合曲线,其能综合 Bézier 与 B 样条方法的优点,其基函数具有显式表达 式,既具有 B 样条方法的自动光滑性,又能轻松拥有 Bézier 曲线的端点几何特征。为此,构造了一组含 6 个 参数的基函数,按照 3 次 Bézier 曲线的定义方式由之构造了基于 4 个控制顶点的曲线段,根据曲线段的拼接条 件,按照 3 次 B 样条曲线的定义方式构造了基于 4 点分段的组合曲线。基函数具有全正性,其同时包含 3 次 Bernstein 基函数和所有由内部节点重复度均为 1 的节点向量所确定的 3 次 B 样条基函数作为特例。曲线段具 有保凸性、端点位置以及形状可调性,其同时包含 3 次 Bézier 曲线和 3 次 B 样条曲线段作为特例。组合曲线 的定义方式自动保证了其整体 G2 连续,将部分参数取特定值,即可使其端点插值、端边相切,此时其中依然 存在用于调整内部形状的独立参数。按一定规则选取组合曲线中的参数,即可重构 C2 连续的 3 次 B 样条曲线。     

Global G3 continuity toolpath smoothing for a 5-DoF machining robot with parallel kinematics

Toolpath smoothing is an important approach to improve robots’ operational stability and machining quality. Nowadays, the corner rounding smoothing and curve fitting smoothing algorithms are usually adopted to process the linear toolpath segments to improve its continuity. But the high order continuity between the fitted curve and its adjacent curves is difficult to be guaranteed. For parallel machining robots (PMRs), the tangential, curvature and curvature derivative discontinuities at the junction may lead to the self-excited vibration of mechanical structure, consequently the machining efficiency and quality are decreased. Under this consideration, a global G³ continuity toolpath smoothing method for five degrees of freedom (5-DoF) PMRs is proposed. The linear segments toolpath generated by the Computer-Aided Manufacturing (CAM) system is first divided into long linear segments (LLSs) and short linear segments groups (SLSGs) through breakpoint searching. At the junction point, a B-spline transition curve is inserted to blend adjacent toolpaths. For the SLSG, the quintic B-spline is adopted to fit the discrete data points, constraint equations about the derivatives at the start and end points are established to achieve G³ continuity with the adjacent transition curves. Based on the proposed method, the smoothing for two test toolpaths is carried out, and experiments on a 5-DoF PMR are conducted to show the validity of the method in motion smoothness.     

高阶连续的形状可调三角多项式曲线曲面

目的目前使用的B样条曲线曲面存在着高连续阶与高局部调整性两者无法兼而有之的不足,且B样条曲线曲面的形状被控制顶点和节点向量唯一确定,这些因素影响着B样条方法的几何设计效果与方便性。本文旨在克服这种局限,以期构造具有高次B样条方法的高连续阶,低次B样条方法的高局部调整性,以及有理B样条方法权因子决定的形状调整性的曲线曲面。方法在三角函数空间上构造了一组含参数的调配函数,进而定义具有与3次B样条曲线曲面相同结构的新曲线与张量积曲面。结果新曲线曲面继承了B样条方法的凸包性、对称性、几何不变性等诸多性质。不同的是,同样是基于4点分段,3次均匀B样条曲线C2连续,而对于等距节点,在一般情况下,新曲线C5连续,当参数取特殊值时可达C7连续。新曲线在C5连续的情况下存在1个形状参数,能较好地调整曲线的形状同时又无须改变控制顶点。另外,将形状参数设为特定值,新曲线可以自动插值给定点列。新曲面具有与新曲线相应的优点。结论在强局部性下实现高阶连续性的形状可调分段组合曲线曲面,为高阶光滑曲线曲面的设计提供了可能,并且新曲线实现了逼近与插值的统一表示,能较好地应用于工程实际。调配函数的构造方法具有一般性,可用相同方式构造其他具有类似性质的调配函数。     

Geometric modeling of curves using weighted linear and circular segments

This paper presents a method for geometric modeling of curves. Linear and circular segments with weight functions are used for curve design. Similar weight functions are used for smoothing and interpolation. The curve can be composed of consecutive linear and circular segments with smoothing at knots. If an interpolating curve is necessary, then weighted linear and circular segments are used for blending. Smoothness of the designed curve depends on the chosen weight function. It is possible to design the curve of variable smoothness using different weight functions.     

基于曲率调节的二次均匀B样条插值曲线

提出了一种二次均匀B样条插值曲线的构造方法,首先给定某一段曲线首点的相对曲率和该段曲线的首端切矢量的方向角,利用二次均匀B样条曲线的端点性质,求出其余各段曲线控制顶点,来生成整条插值曲线。该方法无需做反求运算,不仅保持了B样条曲线的优点,而且可以通过修改曲线首点的相对曲率和该段曲线的首端切矢量的方向角对曲线进行整体调节。     

基于二进制GA的B样条重构曲线节点优化

带法向约束的自由曲线曲面重构在光学反射面设计中起至关重要的作用.本文为解决法向约束下的曲线重构问题提出了一种优化方案,使得重构出的曲线在逼近数据点的同时,亦能满足相应法向约束.首先,利用惩罚函数的方法将带法向约束的优化问题转化为无约束的优化问题.然后,引入二进制编码的遗传算法（GA）,建立合适的适应度函数,自适应产生优化节点向量,如此迭代进化,直到产生令人满意的重构曲线为止.考虑到节点向量非递减的特性,而遗传算法在寻找最优节点向量的过程中有可能打乱节点向量的顺序,所以在建立适应度函数的时候将变量调整为无序有界变量.通过与传统最小二乘方法和粒子群智能优化方法的比较,本文方案在解决带法向条件约束的曲线重构问题上优势明显,且对于任意形状的曲线重构都行之有效.