Catmull-Rom几何样条在曲面设计中的应用

本文讨论了Ｃａｔｍｕｌｌ—Ｒｏｍ样条族中的几何连续的Ｃａｔｍｕｌｌ—Ｒｏｍ样条的构造、算法,性质及（Ｇ１,Ｋ＝１）Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条曲面和（Ｇ２,Ｋ＝２）Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条曲面的算法,并给出了应用实例。     

Gatmull—Rom几何样条曲面的应用

本文讨论了Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条族中的几何连续的Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条的构造，算法，性质及（Ｇ＾１，Ｋ＝１）Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条曲面和（Ｇ＾２，Ｋ＝２）Ｃａｔｍｕｌｌ－Ｒｏｍ样条曲面的算法，并给出了应用实例。     

基于C—B样条的Catmull—Clark细分曲面

为了解决Catumull-Clark细分曲面在工程上难以推广的问题,给出了一种基于C－B样条的Catumull-Clark细分曲面的算法,C－B样条曲线是B样条曲线的拓广,但它们的形状依赖于参数α,由于新的曲面细分方法充分利用C－B样条能够精确表示圆,椭圆等规则形体的特性,因而使通过此方法生成的细分曲面,除了在奇异点处能保持二阶导数连续外,还能够像C－B样条曲线,曲面一样,精确地表示圆柱等常规曲面,统一工程曲面等的造型,同时它仍然保持细分曲面的造型特点,即能够解决NURBS曲面难以处理的任意拓扑结构的造型问题,另外,还可依赖控制参数α的调节作用来增加造型的自由度,而且当α→0时,它们就退化成Catmul-Clark细分曲面,在工程图形上的应用实例表明,这种算法简单,有效。     

B样条曲面方向投影问题的几何计算方法

B样条曲面方向投影问题可以通过求解方程组的方法来解决.由于方程组所有根中往往只有一个或甚至没有根与待求解的最近点对应,因而绝大多数的求根计算量是不必要的.为此讨论了B样条曲面的方向投影问题,提出一种简单且高效稳定的几何计算方法.该方法充分利用了B样条函数的凸包性,同时结合B样条函数稳定可靠的分裂算法给出了相应的几何剪枝方法.与传统的求解非线性方程组的计算方法相比,文中方法可以剪除绝大部分非线性方程组对应的根,且不需要Newton迭代,可以应用于平面/B样条曲面间的求交测试问题及B样条曲面包围盒的计算问题.实例结果表明,该方法具有比传统的相关方法更高的计算效率和更好的稳定性.     

有理多结点样条插值曲线及曲面

鉴于多结点样条曲线（MSIC）是一种点点通过的插值样条曲线,因此在多结点样条插值曲线研究的基础上,给出了有理多结点条插值曲线和有理多结点样条插值曲面的定义,并讨论了有理多结点样条的性质,对有理多结 样条曲线和有理多结点样条曲面的光滑拼接问题进行了讨论,此外,还对有理多结点样条在计算机辅助几何设计中的若干应用问题进行了说明。     

T样条曲面在B样条曲面局部拼接中的应用

为解决相邻B样条曲面在局部拼接时由于曲面细分而加入冗余控制点的问题,利用T样条曲面良好的局部细分性,提出一种更有效的T样条曲面局部拼接法。将相邻B样条曲面精确转换为两张全行列T样条曲面;利用T样条曲面的局部均匀细分算法得到局部拼接边界上的一致性,在曲面上加入局部控制点;将局部细分后的曲面连续拼接为一张控制点更少的T样条组合曲面。与B样条曲面的细分拼接法相比,该方法在曲面细分时不加入任何冗余控制点,在局部拼接后能够得到一张更精简的组合曲面。     

三向四次箱样条曲面与Bezier曲面的光滑拼接

以二元四次多项式在三角域和矩形域上的Bezier形式的Blossom为工具,给出了当给定一张三向四次箱样条曲面时,能与之C^0、C^1、C^2拼接的三边或矩形Bezier曲面的控制顶点所要满足的一个显式表示的充分条件。这一结果在使用三向四次箱样条曲面或Loop细分曲面造型,而又需要构造Bezier曲面与之拼接或补洞时,具有理论和实际应用价值。     

利用Bézier曲面的面部表情和口型几何造型

本文主要介绍一汉语文本驱动的基本表情和口型的合成系统中的面部表情和口型几何造型.通过对面部曲面结构和面部各器官分布结构的分析,建立了面部曲面的几何模型和模拟人脸面部曲面的分片二次直积形Bezier参数曲面计算格式.应用此模型和算法,依据面部表情和汉语口型特征,实现基本表情和口型的造型.     

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.     

G~1连续几何偏微分方程B样条曲面的构造

为了在曲面拼接和自由形式曲面设计中生成G1光滑的曲面,提出一种使用四阶几何偏微分方程构造B样条曲面的方法.该方法基于切梯度算子、第二切算子、Laplace-Beltrami算子和Giaquinta-Hildebrandt算子在四边形网格上的离散化及收敛性分析,在G1边界光滑约束条件下使用一般形式的四阶几何偏微分方程构造四边B样条曲面片.数值实验结果表明该方法是有效的,确能产生满足G1光滑边界条件的曲面.     

插值平面曲线的可展B样条曲面及凸性分析

用两条位于两任意平面上的均匀B样条曲线作边界曲线,形成一个直纹面,得到了该直纹面为可展曲面的充要条件,解决了(n,n)次可展B样条曲面的设计问题,构造了(2,2)次B样条可展曲面。通过对以上可展B样条曲面进行凸性分析,得到了(n,n)次可展B样条曲面为凸曲面的充要条件。     

基于力密度的交互式B样条曲面变形

由于传统曲面造型方法缺乏直观调控及难于交互的局限性,强调了基于力学平衡和力密度方法的物理造型策略,通过建立外载荷变化和节点位移等物理意义的最小化线性方程从而实现B样条曲面的自适应性变形调整。系统地给出了基于各种几何约束下通用的几何求解方法,并进一步提出了交互式目标曲线与区域曲线自由绘制的曲面整体和局部变形技术。实验结果验证了此方法的高效性。     

拟B样条离散曲面分层修改的研究

拟Ｂ样条离散曲面在曲面造型中是十分灵活的，但当对它进行局部修改时却存在一些不足，针对这一问题，本文提出了一种怕谓分层修改的方法，这一方法为设计者提供了新的有力的编辑工具。     

插值两个平行平面曲线的可展B样条曲面

两条位于平行平面上的分别是[n]次和[n+1]次B-样条曲线,以这两条曲线作边界生成一个直纹面,即[(n,n+1)]次B样条曲面,得到了该直纹面为可展曲面的充要条件,构造了（2,3）次可展B－样条曲面。通过对以上可展B样条曲面进行凸性分析,得到了（n,n+1）次可展B样条曲面为凸曲面的充要条件。给出了几个（2,3）次B-样条可展曲面。     

自适应Catmull-Rom样条图像放大

针对Catmull-Rom样条图像插值放大不能保证图像内各物体之间边界清晰的问题,提出一种基于几何分类的自适应Catmull-Rom样条图像插值放大算法.通过对原图像的边缘进行几何分类,根据原图像的边缘几何类型插值目标图像中的未知像素点;若未知像素点为原图像中的边缘,则调整Catmull-Rom样条的切向方向和切向长度来计算未知像素值,得到边缘保持的目标图像.实验结果表明,应用该算法得到的目标图像边界清晰、细节模糊减少,忠实地反映了原图像的面貌.     

圆锥样条曲面拟合

为了生成给定曲面模型的逼近圆锥样条曲面表示,提出一种圆锥样条曲面的逼近算法.对于给定的曲面模型,该算法首先计算一个逼近该目标模型的近似可展曲面;然后通过聚类可展曲面局部逼近圆锥的轴线对可展曲面进行区域分割;再通过求解带圆锥约束的曲面拟合问题,找到圆锥面的圆锥参数;最后通过将优化得到的圆锥面映射到精确圆锥样条曲面空间,构造精确圆锥样条曲面.实验结果表明,该算法能够将一个曲面形状转化为一个由圆锥面的光滑拼接表示,为曲面模型的加工制造带来了新的技术手段.     

B样条曲面的光滑拼接

根据参数曲面几何连续性的定义,提出了一种在B样条曲面间实现G^0及G^1连续的方法．与以往研究工作不同,光滑拼接的实现不是去推导两邻接曲面控制顶点所应满足的条件,而是调整已有曲面的边界控制顶点．该方法不受B样条曲面的次数及拓扑结构的限制,适用性强。     

基于C-B样条的Catmull-Clark细分曲面

为了解决 Catum ull- Clark细分曲面在工程上难以推广的问题 ,给出了一种基于 C- B样条的 Catumull-Clark细分曲面的算法 .C- B样条曲线是 B样条曲线的拓广 ,但它们的形状依赖于参数 α.由于新的曲面细分方法充分利用 C- B样条能够精确表示圆、椭圆等规则形体的特性 ,因而使通过此方法生成的细分曲面 ,除了在奇异点处能保持二阶导数连续外 ,还能够像 C- B样条曲线、曲面一样 ,精确地表示圆柱等常规曲面、统一工程曲面等的造型 ;同时它仍然保持细分曲面的造型特点 ,即能够解决 NU RBS曲面难以处理的任意拓扑结构的造型问题 ,另外 ,还可依赖控制参数 α的调节作用来增加造型的自由度 ,而且当 α→ 0时 ,它们就退化成 Catm ul- Clark细分曲面 .在工程图形上的应用实例表明 ,这种算法简单、有效 .     

三次B样条插值曲面及其实现

目前在ＣＡＭ／ＣＡＭ的自由曲面构造方法中，较流行的有Ｂ样条曲面，Ｂｅｚｉｅｒ曲面、Ｂａｌｌ曲面等方法，但由这几种方法和成都是拟合曲面，而百插值曲面，常常不能满足一些工程实际中严格插值的要求，本文构造了一种自由插值曲面生成方法－Ｂ样条母线法，所生成曲面达到Ｃ＾２级光滑，适用机械，模具、汽车、造船等制造加工行业的复杂曲面设计。