双曲抛物面上的一类G2连续逼近样条

在双曲抛物面上,仿射坐标系下,通过带逼近控制因子的双参数化方法,以及研究其参数间的函数关系构造出一类G2连续样条曲线。当控制多边形是平形四边形时,样条曲线段在逼近控制因子大于某个数时具有保形性质。对这类样条曲线段的逼近问题进行了一定的理论分析。     

对流-扩散方程数值解的四次 B 样条方法

基于四次 B 样条函数,提出一种求解一类对流-扩散方程的四次 B 样条方法。首 先利用光滑余因子协调法,得到有界闭区间上具有均匀节点的一元四次 B 样条基函数表达式。 接着计算在有界闭区间两端点处具有重节点的几种不同情况下的 B 样条基函数表达式,这些样 条基函数具有非负性、单位分解性等良好的性质。然后将一元四次 B 样条函数应用于求解一类 一维对流-扩散方程,其中对于对流-扩散方程的离散过程,对于时间变量的离散采用向前有限 差分,而对于空间变量的离散,引入参数 δ,建立四次样条逼近格式。之后利用四次 B 样条函 数去求解该对流-扩散方程。最后通过具体算例,将四次样条逼近方法与有限差分方法进行比较, 且给出直观的数值误差对比,由此说明样条逼近方法更加简便实用。     

带形状控制的自由曲线曲面参数样条

目的 样条曲线曲面的构造是工程制图中的一个重要部分。针对双曲抛物面上参数样条曲线的构造,在已有的研究基础上提出了一种样条方法使曲线曲面可以任意地逼近一个多边形或者一个网格。方法 在标准四面体内构造一个双曲抛物面,在该曲面上以基函数参数化的方法定义一种带形状参数的参数样条曲线曲面,样条基函数通过将双曲抛物面的有理参数化进行限定,生成单参数有理样条基函数。详细研究了样条的保形性及其端点性质。结果 样条曲线具有一个可变的形状控制因子,可以对曲线进行调整,能以任意精度逼近这个控制四边形或网格。对空间节点列,利用该样条可以生成G²-连续空间曲线,同样对于空间网格可以构造G²-连续的拟合曲面,它所对应的基函数可以是有理形式。结论 实验结果表明,本文在笔者已有的研究基础上提出的参数样条曲线可以通过重心坐标系变换适应为任意的四边形,除了空间四面体内的样条曲线,四面体退化成四边形同样可实现。     

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。     

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。     

第二类均匀CB样条曲线

当α→0时,均匀CB样条曲线逼近相应阶的均匀B样条曲线,改变α的取值时,生成的均匀CB样条曲线逼近控制多边形的极限位置是相应阶的均匀B样条曲线.为了突破这种逼近极限,构造一种新的均匀CB样条曲线.先构造一种三次均匀CB样条基,再运用积分递归定义出任意阶的均匀CB样条基.由这些基构造的均匀CB样条曲线与原CB样条曲线具有类似的性质:凸包性、几何不变性、局部性、对称性等,但随着α取值的不同生成相应阶的均匀B样条两侧曲线,能够更好的逼近控制多边形.最后给出了用新的均匀CB样条曲线精确表示椭圆,圆,抛物线,螺旋线等.定义的新均匀CB样条拓展了均匀CB样条曲线曲面的造型能力.     

一类有理逼近参数样条

在二次曲面上构造一种带有形状因子的有理参数样条曲线,该样条曲线能逼近所在的控制多边形,且有较好的几何特性,并且可以作升阶和降阶处理。分析其端点性质,便于拼接成光滑曲线,如果选取合适的形状因子,可以使得曲线连接成G2连续。     

广义三次Bézier曲线及其应用

给出一组含有3个参数的四次多项式基函数,它是三次Bernstein基函数的扩展;基于该纽基定义了带形状参数的多项式曲线,称之为广义三次Bézier(GCB)曲线.GCB曲线不仅具有三次Bézier曲线的特征,而且在控制多边形保持不变的条件下,具有形状可调性和对控制多边形更好的逼近性.讨论了两条GCB曲线C2拼接的条件,并构造了C2形状可调的GCB样条曲线.图形实例表明:构造的GCB曲线为曲线曲面设计提供了有效的新方法.     

三次Cardinal样条函数的自由参数优化方案

为了合理地取定三次Cardinal样条函数所含的自由参数,讨论了插值问题中三次Cardinal样条函数所含自由参数的优化问题。首先分析了自由参数对三次Cardinal样条函数曲线形状的影响,然后给出了数据插值与函数逼近这2种情形下自由参数最优取值的计算方案,分别得到了具有极小二次平均振荡与极小逼近误差的三次Cardinal样条函数。当需要构造具有良好形状保持效果或逼近效果的三次Cardinal样条函数时,可通过所提出的方案选取自由参数的最优取值。     

多形状参数的指数均匀B样条曲线曲面

论文构造了一类带多个形状参数的指数均匀B 样条曲线曲面,它保持了 指数均匀B 样条曲线曲面的主要性质（如连续性、凸包性等）。此类曲线在不改变控制顶点 的情况下,通过改变其形状参数的取值,可以生成多条逼近于控制多边形的曲线,进而实现 对曲线的整体或局部调控。此外,它还可以精确表示双曲线、悬链线等超越曲线。此类曲面 是通过张量积的方法生成的,所以具有与曲线类似的性质。论文结尾给出了大量数值实例。     

一种类四次三角样条曲线

针对B样条曲线相对于其控制多边形形状固定,以及不能描述除抛物线以外的圆锥曲线的不足进行改进。将形状参数与三角函数进行有机结合,构造了一组含参数的三角基,由这组基定义了带形状参数的三角样条曲线,其每一段由相继的5个控制顶点生成。新曲线在继承B样条曲线主要优点的同时,既具有形状可调性,又能精确表示椭圆,对于等距节点,在一般情况下曲线C³连续,当形状参数取特殊值时曲线可达C⁵连续。采用张量积方法,将曲线推广后所得到的曲面具有与曲线类似的性质,给出了用曲面表示椭球面的方法。     

Local control of interval tension using weighted splines

Cubic spline interpolation and B-spline sums are useful and powerful tools in computer aided design. These are extended by weighted cubic splines which have tension controls that allow the user to tighten or loosen the curve on intervals between interpolation points. The weighted spline is a C¹ piecewise cubic that minimizes a variational problem similar to one that a C² cubic spline minimizes. A B-spline like basis is constructed for weighted splines where each basis function is nonnegative and nonzero only on four intervals. The basis functions sum up identically to one, thus curves generated by summing control points multiplied by the basis functions have the convex hull property. Different weights are built into the basis functions so that the control point curves are piecewise cubics with local control of interval tension. If all weights are equal, then the weighted spline is the C² cubic spline and the basis functions are B-splines.     

带切向控制的多结点曲线造型方法

在普通的多结点样条中加入相当于导数条件的可控参数,通过调节这些参数控制插值曲线在各型值点的切向量,从而达到满意的曲线造型效果．该方法保持了多结点样条的优越性（基数型,局部性）,因此可以只对插值曲线作局部调整而不影响整体,有助于计算机辅助几何设计领域的工程人员设计、调整曲线的形状．     

Partial shape-preserving splines

A complex geometric shape is often a composition of a set of simple ones, which may differ from each other in terms of their mathematical representations and the ways in which they are constructed. One of the necessary requirements in combining these simple shapes is that their original shapes can be preserved as much as possible. In this paper, a set of partial shape-preserving (PSP) spline basis functions is introduced to smoothly combine a collection of shape primitives with flexible blending range control. These spline basis functions can be considered as a kind of generalization of traditional B-spline basis functions, where the shape primitives used are control points or control polygons. The PSP-spline basis functions have all the advantages of the conventional B-spline technique in the sense that they are nonnegative, piecewise polynomial and of property of partition of unity. However, PSP-spline is a more powerful freeform geometric shape design technique in the sense that it is also a kind of shape-preserving spline. In addition, the PSP-spline technique implicitly integrates the weights of shape control primitives into its basis functions, which allows users to design a required geometric shape based on weighted control primitives. Though its basis functions are simply piecewise polynomial functions, it has the same shape design strengths as the rational piecewise polynomial based spline techniques such as NURBS. In particular, when control shape primitives are specified as a set of control points, PSP-spline behaves like a polygon smoother, with which a shape can be designed to approximate the specified control polygon or control mesh smoothly with any required precision. Consequently, a richer set of geometric shapes can be built using a relatively smaller set of control points.     

基于样条插值法与GIS的江苏省暴雨洪涝风险评估

暴雨洪涝灾害更是种十分常见的自然灾害,所以对其风险评估刻不容缓。该文利用到江苏1957-2007年的降水资料,将整个评估流程划分为四个部分,致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和抗灾因子安全性,其中自然灾害中导致灾害直接发生的因素即是致灾因子,因此对致灾因子的正确评估对整个评估起着举足轻重的作用。其中选取样条插值法中的张力样条函数来处理致灾因子部分,能形成一个比较光滑的曲线,比较真实的符合降雨情况,然后结合灾害评估方法、层次分析法、ArcGIS空间处理方法、加权综合评价法,以县为单位,公里为栅格进行评估。结果表明江苏省的自然风险呈从南至北逐渐增加,风险较高地区主要集中在苏北例如宿迁、徐州、淮安等城市一带,其结果与历年灾情相符合。     

二次B样条曲线曲面的扩展

构造了一组由三个含参数m的函数构成的函数组, 该函数组线性无关, 称之为mB基。mB基具有非负性、规范性、对称性等良好的性质, 而且具有非常特殊的端点性质。基于mB基定义了一种新的样条曲线, 称之为mB曲线。mB曲线段可以转化为Bézier曲线的形式, 借助Bézier曲线的de Casteljau算法, 给出了mB曲线段的递推求值算法。mB曲线具有与二次均匀B样条曲线相同的端点行为, 即插值于控制多边形首末边的中点, 与控制多边形的首末边相切。另外, mB曲线的形状和连续性均可以通过参数m进行自由调节, 而且调节方式既可以是整体的, 又可以是局部的。利用张量积方法, 将mB曲线推广到了曲面, 称之为mB曲面。mB曲面具有与mB曲线类似的性质。     

带双形状参数的C-B样条曲线

利用积分方法构造了带双形状参数的C-B样条曲线基函数,这类曲线具有标准C-B样条曲线主要性质,如连续性、凸包性等;根据形状参数的不同取值可以整体或者局部调控曲线形状,由此生成的曲线与曲面,作为一种新的几何造型方法,可应用于CAD/CAM领域。     

带有给定切线多边形的C5连续有理样条曲线

描述了一种与给定多边形相切的有理样条曲线的算法。在算法中,所有的有理样条曲线的控制点可以通过对多边形的顶点简单计算产生。所构造的曲线对多边形具有保形性。曲线可以局部修改。最后给出了两个算例。     

四元数样条插值的人体运动数据重构

为了得到平滑的人体动画,提出一种基于四元数的样条插值算法,利用提取的关键帧实现人体运动序列的有效重构。为减少重构误差、加快收敛速度,将已知关键帧集合作为初始条件,通过迭代算法求出样条曲线的控制点集合。利用样条曲线控制点计算贝塞尔曲线控制点,构造贝塞尔样条曲线段,将各段贝塞尔样条曲线段组合,构造一条基于四元数的样条曲线。根据德卡斯特里奥（de Casteljau）算法插值重构人体运动。实验结果表明,该算法在保证执行效率的同时,可得到光滑的插值结果,实现满足视觉要求的人体运动重构。