参数曲面上的插值与混合

如何表示曲面上的曲线,在处理诸如数控加工中的路径设计以及CAD/CAM等领域频繁出现的曲面裁剪问题时显得日益重要.给出了数据点的切方向(切方向及曲率向量或测地曲率值)指定而G¹连续(G²连续)插值曲面上任意点列的方法.作为曲面上曲线插值问题的特例,还讨论了曲面上曲线的混合问题.基本思想是借助于微分几何的有关结论,曲面上曲线的插值问题被转化为其参数平面上类似的曲线插值问题.该方法能够用二维隐式方程来表示曲面上的插值曲线,从而把在显示该曲线时所面对的曲面求交的几何问题转化为计算隐式曲线的代数问题.实验证明该方法是可行的,而且适用于CAD/CAM及计算机图形学等领域.     

一类二次曲面上的参数样条

在空间四个有序数据点所确定的一个二次曲面上,可以构造一类特殊的曲线。给出了四个形状控制因子的有理基函数,以及通过研究其参数间的函数关系定义函数集,构造一类样条曲线,使得通过改变控制因子能任意精确地逼近控制多边形。这类样条曲线端点处满足一定切线方向和有界曲率,容易将它们拼接成一条逼近样条曲线。利用这些样条构造出逼近样条曲面,具有更多的自由度。     

三次有理插值样条曲线曲面

利用有理三次Bézier曲线的端点插值性质,导出了构造三次插值样条曲线曲面的一种新的基函数-RB基函数.由RB基函数构造了C1有理三次插值样条曲线和有理双三次插值样条曲面.     

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。     

带多形状参数的三角多项式均匀 B样条曲线曲面

由于在进行几何外形设计时对曲线曲面的局部调控能力要求越来越高,为了给设计者们提供更丰富的方法,利用分段积分的思想构造了一类带多个形状参数的三角多项式均匀B样条曲线曲面,并讨论了这类曲线曲面所具有的重要性质.通过改变形状参数的取值来整体或局部调控曲线曲面形状,随着曲线阶数的升高扩展形状参数的取值范围;通过公式推导给出了曲...     

带形状参数三角B样条曲线曲面及其应用

针对样条曲线曲面构造及其在图像放缩中的应用问题,在三角函数空间{1,t,sint,cost,sin2 t,cos2 t}中构造一类带有形状参数的三角B样条基函数,并定义相应的三角B样条曲线和曲面,分析该曲线曲面的性质以及形状参数对曲线曲面形状的调节作用。拓宽形状参数的取值,构造了满足C2连续且可以直接插值控制顶点的三角B样条插值曲线和曲面,并将其应用于图像放缩中。实例说明了所构造的三角B样条曲线曲面在曲线曲面造型和图像放缩方面有较好应用。     

一种带形状参数的三角样条曲线

本文针对三次B样条曲线相对于其控制多边形形状固定,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样条基,基于这组基定义了一种结构类似于三次B样条曲线的带形状参数的三角样条曲线。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,而且其连续性和对控制多边形的逼近性也都优于三次B样条曲线。对于等距节点,在一般情况下该曲线整体C3连续,在特殊条件下可达C5连续。利用张量积方法,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。     

带形状参数的三次三角Hermite插值样条曲线

给出了一种带形状参数的三次三角Hermite插值样条曲线,具有标准三次Hermite插值样条曲线完全相同的性质。给定插值条件时,样条曲线的形状可通过改变形状参数的取值进行调控。在适当条件下,该样条曲线对应的Ferguson曲线可精确表示椭圆、抛物线等工程曲线。通过选择合适的形状参数,该插值样条曲线能达到[C2]连续,而且其整体逼近效果要好于标准三次Hermite插值样条曲线。     

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。     

三种形状可调三角样条曲线

构造了3种带参数的三角样条基,基于这3组基定义了3种三角样条曲线。与二次B样条曲线类似,这3种曲线的每一段都由相继的3个控制顶点生成,且这3种曲线具有许多与二次B样条曲线类似的性质。但这3种曲线的连续性都比二次B样条曲线要好。对于等距节点,在一般情况下,这3种曲线都是整体C²连续的,在特殊条件下它们都可以达到C³连续。另外,这3种曲线都具有比二次B样条曲线更好的对控制多边形的逼近性。     

A constrained guided G continuous spline curve

A method for drawing a guided G¹ continuous planar spline curve that falls within a closed boundary is presented. The curve is composed of segments of quadratic polynomials (parabolas) and rational quadratics (conics) that join with continuous unit tangent vectors. The boundary is composed of straight line segments and circular arcs.     

C3连续的单位四元数插值样条曲线

目的 构造一类C³连续的单位四元数插值样条曲线,证明它的插值性和连续性,并把它应用于刚体关键帧动画设计中。方法 利用R³空间中插值样条曲线的5次多项式调配函数的累和形式构造了S³空间中单位四元数插值样条曲线,它不仅能精确通过一系列给定的方向,而且能生成C³连续的朝向曲线。结果 与Nielson的单位四元数均匀B样条插值曲线的迭代构造方法相比,所提方法避免了为获取四元数B样条曲线控制顶点对非线性方程组迭代求解的过程,提高了运算效率;与单位四元数代数三角混合插值样条曲线的构造方法（Su方法）相比,所提方法只用到多项式基,运算速度更快。本例中创建关键帧动画所需的时间与Nielson方法和Su方法相比平均下降了73%和33%。而且,相比前两种方法,所提方法产生的四元数曲线连续性更高,由C²连续提高到C³连续,这意味着动画中刚体的朝向变化更加自然。结论 仿真结果表明,本文方法对刚体关键帧动画设计是有效的,对实时性和流畅性要求高的动画设计场合尤为适用。     

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。     

Constructing G 1 continuous curve on a free-form surface with normal projection

In this paper, we develop a new method for G ¹ continuous interpolation of an arbitrary sequence of points on an implicit or parametric surface with a specified tangent direction at every point. Based on the normal projection method, we design a G ¹ continuous curve in three-dimensional space and then project orthogonally the curves onto the given surface. With the techniques in classical differential geometry, we derive a system of differential equations characterizing the projection curve. The resulting interpolation curve is obtained by numerically solving the initial-value problems for a system of first-order ordinary differential equations in the parametric domain associated to the surface representation for a parametric case or in three-dimensional space for an implicit case. Several shape parameters are introduced into the resulting curve, which can be used in subsequent interactive modification such that the shape of the resulting curve meets our demand. The presented method is independent of the geometry and parameterization of the base surface, and numerical experiments demonstrate that it is effective and potentially useful in surface trim, robot, patterns design on surface and other industrial and research fields.     

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。     

Automatic G arc spline interpolation for closed point set

A method for generating an interpolation closed G¹ arc spline on a given closed point set is presented. For the odd case, i.e. when the number of the given points is odd, this paper disproves the traditional opinion that there is only one closed G¹ arc spline interpolating the given points. In fact, the number of the resultant closed G¹ arc splines fulfilling the interpolation condition for the odd case is exactly two. We provide an evaluation method based on the arc length as well such that the choice between those two arc splines is made automatically. For the even case, i.e. when the number of the given points is even, the points are automatically moved based on weight functions such that the interpolation condition for generating closed G¹ arc splines is satisfied, and that the adjustment is small. And then, the G¹ arc spline is constructed such that the radii of the arcs in the spline are close to each other. Examples are given to illustrate the method.     

Bivariate C cubic spline space over a nonuniform type-2 triangulation and its subspaces with boundary conditions

In this paper, we discuss the algebraic structure of bivariate C¹ cubic spline spaces over nonuniform type-2 triangulation and its subspaces with boundary conditions. The dimensions of these spaces are determined and their local support bases are constructed.     

一类代数空间逼近样条

给定空间不共面的四个有序数据点,可以形成一个四面体。在四面体内,Bernstein-Bézier（B-B）形式定义两类正则实多项式代数曲面片,一类是二次的,一类是三次的。此两类曲面片在四面体内的交集为一条正则曲线段。先固定二次曲面片,并得到其参数形式,然后约简三次曲面片所对应的Bernstein系数,使之为带有三个形状调整的形状因子,其中两个分别代表曲线段端点处的曲率,另外一个作为形状的调整。利用二次曲面的参数形式,由三次曲面片可得到曲线的隐参数约束形式,从而得到曲线的参数形式。对给定的空间点列,利用两个形状因子较容易的拼接出G²-连续的逼近曲线,突破了现行代数曲线生成方法,即空间连续曲线均是通过三角形仿射变换,由B-B形式生成的平面弧拼接而成。