应用Fortran语言实现Bézier曲线的G2阶连续性拼接

简要介绍了Bezier曲线的定义、性质和Bézier曲线G2阶连续性拼接的方法,并应用Fortran语言编程实现了Bézier曲线G2阶连续性拼接.     

G2连续约束下三次Bézier曲线的延拓

用G2 连续描述曲线拼接点处的光滑性 ,从而为延长曲线提供两个额外的自由度 ,克服了C2 连续三次参数曲线的不可调整性 分别用曲线弧长最短、能量最小、曲率变化率最小的近似表达式定义目标函数 ,通过极小化目标函数确定曲线自由度 同时还对用各个目标函数得到的曲线进行了比较     

三次H-Bézier曲线的分割、拼接及其应用

为了拓展曲线曲面的表示方法,提出一种曲线造型工具--H-Bézier曲线.在讨论三次H-Bézier曲线性质的基础上,提出了三次H-Bézier曲线的任意分割算法,即对三次H-Bézier曲线上任意一点p(t*)(0≤t*≤α),求该点把曲线分成的2个子曲线段pt*(t)(0≤t≤t*)与pα-t*(t)(0≤t≤α-t*)的控制参数和控制顶点;给出了三次H-Bézier曲线与三次Bézier曲线的拼接条件,以及三次H-Bézier曲线在曲面造型中应用的例子.采用该算法所得结果简单、直观,有效地增强了三次H-Bézier方法控制及表达曲线形状的能力.     

3个控制顶点的类三次Bézier螺线

目的 为了使得过渡曲线的设计更为简单高效。提出基于3个控制顶点的类三次Bézier螺线。方法 通过对基函数的研究首先构造了3条在一定条件下曲率单调递减的类三次Bézier曲线,并由参数的对称性得另3条曲率单调递增的曲线。它们具有端点性、凸包性、几何不变性等三次Bézier曲线的基本性质,特点是只有3个控制顶点。接着严格地证明了此类曲线曲率单调的充分条件。 结果 有两条曲线比三次Bézier曲线的曲率单调条件范围大,且类三次Bézier螺线与三次Bézier螺线存在一定的位置关系。这6条曲线中有4条曲线的一个端点处曲率为零,可组合成4对类三次Bézier螺线来构造两圆弧间半径比例不受限制的S型和C型G²连续过渡曲线;剩下的两条曲线在两圆弧半径相差较大的情况下都可做不含曲率极值点的过渡曲线。最后用实例表明了此类曲线的有效性。结论 在过渡曲线设计中基于3个控制顶点的类三次Bézier螺线比三次Bézier螺线更为简单高效。     

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。     

CE-Bézier与H-Bézier曲线的光滑拼接及应用

CE-Bézier曲线作为一种重要的带多形状参数的三次扩展Bézier曲线,不仅具有与三次Bézier曲线类似的性质,而且具有优良的形状可调性和更好的逼近性。为了进一步发展CE-Bézier曲线的相关理论,针对CE-Bézier曲线无法精确表示指数曲线、悬链线等超越曲线的缺点,利用CE-Bézier曲线与H-Bézier曲线间的拼接技术,来处理CE-Bézier曲线造型中指数曲线、悬链线等超越曲线的表示问题。最后,给出了具体的数值实验;造型实例表明,该方法在计算机辅助几何设计中具有一定的应用价值。     

带G~1连续约束的Bézier曲线显式最佳降多阶

为了克服已有Bézier曲线降阶算法在保G1连续约束条件下仅给出数值解的缺陷,提出一种Bézier曲线在端点处保G1连续的最佳显式降阶算法.在求解以逼近误差为目标函数的最小化问题过程中,首先给出了Bernstein多项式在两端点保高阶几何连续条件下降阶的最佳显式解;其次给出了Bézier曲线在两端点处保G1连续条件下降阶的最佳显式解;最后给出了降阶曲线的控制顶点和逼近误差的2个显式矩阵表示.数值实例结果表明,文中算法比其他算法的精度高、效率高.     

规避障碍物的G2连续有理二次Bézier样条曲线

为便于运动机器人快速平滑地移动,对由线段构成的、能够规避障碍物的引导多边形进行光顺,得到G2连续的有理二次样条曲线,首先对引导多边形进行改进,插人部分中点作为新的控制顶点;然后求解每一段曲线的形状因子,并对所有的形状因子进行比较,取其中最大的形状因子来构造整条曲线,使之能够规避所有障碍物的凸包,同时能够保持G2连续.与已有方法相比,文中构造的曲线次数虽然较低,但仍能够保证曲线整体G2连续,且保形性良好;曲线与引导多边形的拐点数目相同,无需解高次方程,直接计算就可得到结果;控制多边形直观可见,便于对曲线形状进行控制.最后列举了2个数值实例,以验证文中算法是简单、有效的.     

利用距离与内能极小平滑链接Bézier曲线

目的 对于满足低阶连续的链接Bézier曲线,提高曲线之间的连续性以达到平滑的目的,需要对曲线的控制顶点进行相应调整。因此,可根据具体的目标对需要调整的控制顶点进行优化选取,使得平滑后的链接曲线满足相应的要求。针对这一问题,给出了3种目标下优化调整控制顶点的方法。方法 首先对讨论的问题进行描述,分别指出链接Bézier曲线从C⁰连续平滑为C¹连续和从C¹连续平滑为C²连续两种情形需调整的控制顶点;然后分别给出两种情形下,以新旧控制顶点距离极小为目标、曲线内能极小为目标、新旧控制顶点距离与曲线内能同时极小为目标,对链接Bézier曲线进行平滑的方法,最后对3种极小化方法进行对比,并指出了不同方法的适用场合。结果 数值算例表明,距离极小化方法调整后的控制顶点偏离原控制顶点的距离相对较小,适合于控制顶点取自于实物时的应用场合;内能极小化方法获得的链接曲线内能相对较小,适合于要求曲线能量尽可能小的应用场合;距离与内能同时极小化方法兼顾了新旧控制顶点的距离和链接曲线的内能,适合于对两个目标都有要求的应用场合。结论 提出的方法为链接Bézier曲线的平滑提供了3种有效手段,且易于实现,对其他类型链接曲线的平滑具有参考价值。     

带两个参数的拟Bézier曲线

文章主要将Bernstein基函数中的变量u用函数f(u)代替,将Bernstein基函数进行了推广,生成了新的Bézier曲线,称为拟Bézier曲线。讨论了基函数及其生成的曲线的构造和性质。这种拟Bézier曲线不仅有Bézier曲线的优良性质,而且还产生了一些新的特性,如通过调节因子λ的值可以改变拟Bézier曲线的次数[1],同时拟Bézier曲线也可以通过类似的De Casteljau算法来实现拟De Casteljau算法的几何作图法。但不同的是,对相同参数u,Bézier曲线与拟Bézier曲线所对应的点Vi的位置不同。最后讨论了曲线间的拼接问题,其在应用中有一定的研究价值。     

一类带两个形状参数的三次Bézier曲线

提出一组带两个形状参数λμ的四次多项式基函数，它是带一个形状参数的三次Bemstein基函数的扩展。基于该组基定义了一类带两个形状参数λμ的三次Bézier曲线，它不仅具有带一个形状参数的三次Bézier曲线的绝大多数性质，而且利用λμ的不同取值能够局部或整体调控曲线的形状，并且可以从两侧逼近控制多边形。讨论了两段曲线C^2拼接条件。最后，还给出了一些可调控曲面的实例。     

Bézier曲线的同次扩展及其参数选择

目的 本文旨在构造一种含形状参数的Bézier曲线,要求该曲线定义在代数多项式空间上,其基函数的次数与相同数量控制顶点所需Bernstein基函数的次数相同,对基函数以及相应曲线的计算要尽可能简单,并且要给出常见设计要求下曲线中形状参数的选取方案。方法 以三次Bézier曲线为初始研究对象,依据由可调控制顶点定义可调曲线的思想,在两个内控制顶点中引入参数,与Bernstein基函数作线性组合生成形状可调曲线,再将曲线表达式改写成固定控制顶点与含参数的调配函数的线性组合,从而得出三次Bernstein基函数的含参数扩展基,借助递推公式得出更高次的含参数扩展基,然后观察基函数表达式的规律,给出所有含参数扩展基统一的显示表达式,分析了扩展基的性质,并由之定义含参数的曲线,分析了曲线的性质,给出了曲线的几何作图法以及光滑拼接条件,以曲线拉伸能量、弯曲能量、扭曲能量近似最小为目标,推导了曲线中形状参数的计算公式,再通过曲线图和曲率图对比分析了不同能量目标所得曲线的差异。结果 由于所给含参数的扩展基并未提升Bernstein基函数的次数,且具有统一的显示表达式,因此本文方法在赋予Bézier曲线形状调整能力的同时并未增加计算量,由于提供了可以直接使用的形状参数的计算公式,因此在使用该方法时,符合设计要求的形状参数的确定变得简单,数值实例直观显示了所给曲线造型方法以及曲线中形状参数选取方案的正确性与有效性,体现了本文方法较文献中类似方法的优越之处。结论 所给含参数扩展基的构造方法以及形状参数的选取方法具有一般性,该方法可以推广至构造含形状参数的三角域Bézier曲面。     

基于微粒群算法的有理Bézier曲线降阶

从最优化思想出发,把有理Bézier曲线的降阶问题转化为求解优化问题,并基于微粒群算法,给出有理Bézier曲线降阶的一种新方法。该方法可以实现多次降阶,且降阶后的有理Bézier曲线直接以显式给出。最后结合实例,与使用遗传算法进行有理Bézier曲线降阶的结果进行对比,实验结果表明了微粒群算法的有效性。     

G2连续的低次避障代数样条曲线

为便于机器人在避障时能高速前进,把整体G2连续的低次避障曲线从参数形式拓展到代数样条形式上。首先,对导向折线段中除去首末线段的其他线段插入中点,以生成一组控制多边形;然后,根据各控制多边形和与之对应的障碍物,得到既能使曲线规避所有障碍物,又能使曲线在整体上保持G2连续的形状因子。低次避障代数样条曲线不仅能够直接得到与给定点之间的位置关系,还具有次数低、连续阶高、计算简单、保形性好和便于控制的优点。曲线在次数为3时更是具有局部可调性,其在设计时的灵活度得以增加。     

Generating the Bézier points of a β-spline curve

We present an efficient algorithm for computing the Bézier points of a generalized cubic β-spline curve and show the connection with multiple knot insertion. We also consider the inverse problem of determining the β-spline vertices of a composite G² Bézier curve. Finally, we briefly discuss how to construct the Bézier net of a tensor product β-spline surface.     

Preparation and characterization of nanocrystalline α-Fe2O3 by a sol-gel process

α-Fe₂O₃ ultra-fine powder with an average particle size of 6–26nm has been prepared by a sol-gel process. Thermal analysis, X-ray diffraction and transmission electron microscope were used to study its formation process and micro-structure. The temperature dependence of the electric conductance of the elements made of nanocrystalline α-Fe₂O₃ shows that the gas-sensing properties are strongly related to its surface. The elements exhibited good sensitivity and selectivity to ethyl alcohol, indicating it is a promising alcohol-sensing material.