区间q-Bézier曲线的降阶算法

基于一类广义Bernstein基函数定义了区间q-Bézier曲线,并研究了区间q-Bézier曲线的3种降阶逼近算法,即扰动法、基于Chebyshev多项式的最佳一致逼近法和约束最佳一致逼近法,得到3种降阶逼近方法的显式误差界,并通过实例分析了3种方法的优缺点.数值实例结果表明,与扰动法相比,最佳一致逼近法所得区间q-Bézier曲线的误差最小.

基于三次Q-Bézier曲线的车灯造型设计

用一条三次Q-Bézier曲线描述了汽车车灯造型轮廓;提出首先由设计师在平面视图中绘制并编辑汽车车灯造型的二维三次Q-Bézierr曲线轮廓图,然后将其投影到汽车车身上,最后通过对曲面进行修剪获得车灯造型轮廓的方法。该方法基于三次Q-Bézier曲线生成及拼接原理,可以迅速从全局或局部调整车灯轮廓线条,获得光顺的曲线效果,从而快速获得多个车灯轮廓的造型方案。

有理曲线的区间Bzier曲线的逼近

论文利用曲线摄动的思想给出了用区间Bzier曲线逼近有理曲线的一种方法 .由于采用恰当的范数 ,该方法可以对摄动曲线赋予较多的限制 .实例表明 ,论文中的方法要优于传统的Hermite插值方法及文献 [3]中提出的杂交曲线逼近算法 .

区间Bézier曲线的边界

本文证明了ｎ次区间Ｂéｚｉｅｒ曲线的边界必由分段ｎ次Ｂéｚｉｅｒ曲线与平行于坐标轴的直线段构成，并具体给出了２次和３次区间Ｂéｚｉｅｒ曲线的边界表示．

有理Bézier曲线的区间近似合并

为压缩几何信息的数据量,将区间曲线分解成中心曲线和误差曲线的形式,从而得到能够包含2条相邻有理Bézier曲线的区间近似合并曲线.该算法利用摄动误差最小化,通过求解一个线性方程组得到作为中心曲线的近似合并曲线;再利用中间结果直接得到区间宽度相等的误差曲线,或者通过二次规划得到逼近效果更佳但是等区间宽度不等的误差曲线;如果令端点处的区间宽度为0,还能得到端点插值的区间近似合并曲线;最后通过实例验证了文中算法的有效性.

区间Bézier曲线和曲面的升阶

把Bézier曲线、曲面的升阶公式推广到区间Bézier曲线、曲面,证明了在不断升阶的过程中,区间控制顶点的并集收敛到原区间Bézier曲线、曲面.这里的升阶公式可用于将低次的区间Bézier曲线、曲面转换成高次形式,并且升阶可以增加控制顶点的数目,便于更加灵活地对这些区间曲线、曲面作形状控制.由升阶公式和升阶的收敛性可得到一种简洁有效的区间Bézier曲线、曲面的几何作图方法.

区间Bézier曲线的离散

把Bézier曲线的离散公式推广到区间Bézier曲线,并提出区间控制多边形的概念,证明了离散不断进行时,区间控制多边形收敛到原区间Bézier曲线.这里的离散公式可以增加控制顶点的数目,便于更加灵活地对这些区间曲线作形状控制.由离散公式和离散的收敛性可得到一种简洁有效的区间Bézier曲线的几何作图方法.

与给定多边形相切的四次Q-Bézier闭曲线

文章构造了一类与给定切线多边形相切的组合四次Q-Bézier闭曲线;所生成的曲线满足C2连续,且对切线多边形是保形的;曲线段的所有控制顶点均由给定的切线多边形顶点直接计算产生;通过调整形状参数的取值,可以灵活控制组合曲线的形状。数值实例表明该文方法简单、灵活、有效,更能够适合计算机辅助几何设计(computer aided geometric design,CAGD)系统的造型要求。

圆域q-Bézier曲线的降阶

圆域q-Bézier曲线是参数曲线的一种特殊表示形式,这种表示形式在很大程度上解决了CAD系统中浮点运算带来的不稳定性问题.为了用低阶圆域q-Bézier曲线逼近圆域q-Bézier曲线,提出圆域q-Bézier曲线的降阶算法.首先利用最佳一致逼近法构造原圆域q-Bézier曲线的中心曲线的降阶逼近,得到降阶后圆域q-Bézier曲线的中心曲线;然后用扰动法计算降阶后圆域q-Bézier曲线的半径;最后分析了降阶算法的边界误差.数值实例结果表明,该方法是有效的.

区间有理Bézier曲线的降多阶逼近

通过分析有理多项式的约束不等式,把区间有理Bézier曲线的降阶转化为多项式的保上界降阶逼近问题,得到两种降阶算法:拟线性规划法和拟最优逼近法。前者可一次降多阶,后者可一次降一阶或降二阶且具有显式的计算公式。给出了两种算法降一阶时的误差上界估计。数值实例验证了两种算法的有效性。

一种基于区间Bézier曲线的Offset逼近曲线

Offset曲线结构比较复杂,给其在工业应用中的有效处理带来比较大的困难。具有带状区域的区间Bézier曲线,其边界结构相对简单。为此,提出了一种基于区间Bézier曲线的等距逼近曲线算法,将区间Bézier曲线控制顶点的布置由矩形改为正多边形,并逐渐逼近圆,使整个包络区域边界更加逼近Offset曲线。通过实例验证了算法的可行性。

Lupa?q-Bézier曲线的显式递归生成

为了得到具有更好性质的Lupa?q-Bézier曲线的递归求值算法,通过应用Pascal-type关系和重新参数化,构造具有显式矩阵表示的de Casteljau算法,并得到具有对称性质的Lupa?q-Bézier曲线.首先,利用Pascal-type关系构造具有显式矩阵表示的de Casteljau算法,该算法具有经典Bézier曲线的de Casteljau算法的3个性质;然后,通过重新参数化调整Lupa?q-Bézier曲线上点的分布,得到具有对称性质的Lupa?q-Bernstein基函数和Lupa?q-Bézier曲线,给出重新参数化后Lupa?q-Bézier曲线的一种矩阵累乘的递归生成方法.另外,从应用角度给出了用一条Lupa?q-Bézier曲线逼近2条光滑拼接的Bézier曲线的数值实例,进而验证了文中算法的有效性.

曲率单调的组合二次Phillips q-Bézier曲线

Phillips q-Bézier曲线是一类包含q-整数的广义Bézier曲线。针对二次Phillips q-Bézier曲线的曲率单调条件,从代数和几何两方面进行了研究,构造出曲率单调的二次Phillips q-Bézier曲线及曲率单调递减的组合二次Phillipsq-Bézier曲线。首先,通过曲线曲率的坐标表示,探究代数形式的曲率单调条件,定义曲率单调包围圆,给出二次Phillips q-Bézier曲线具有单调曲率的几何充要条件。当形状参数q=1时,Phillips q-Bézier曲线退化为经典的Bézier曲线,因此上述曲率单调条件包含经典二次Bézier曲线的结果。其次,讨论二次Phillips q-Bézier曲线间的G^(2)光滑拼接条件及条件中的各个参数对拼接曲线的影响。再次,对于给定首末控制顶点的曲线,选择合适的中间控制顶点,求得使其具有单调曲率时形状参数的取值范围,构造出曲率单调的单条二次Phillips q-Bézier曲线。进而,构造出同时满足G^(2)拼接与曲率单调递减的组合二次Phillips q-Bézier曲线。最后,利用曲率单调递减的组合二次Phillipsq-Bézier曲线,构造出具有包含关系的两圆之间的缓和曲线。数值实例显示了组合二次Phillips q-Bézier曲线的造型优势和灵活性。

Bézier曲线合并的区间逼近

从区域逼近的全新角度来研究几何逼近的核心问题之一:曲线的近似合并.给出了将两条或多条平面Bézier曲线合并为一条尽量细窄的区间Bézier曲线的两种方法:一是基于求已知Bézier样条曲线的上下边界直接得到区间控制顶点的值,从而诱导出一条区间合并Bézier曲线;二是基于最小二乘法求出原多段Bézier曲线合并结果的最佳一致逼近曲线作为区间Bézier曲线的中心曲线,再取区间Bézier点为常值域或变值域来得出两种误差曲线.给出大量实例来展示上述算法的逼近效果,并进行分析与比较.结果表明,算法在实现外形信息的几何逼近及数据转换方面有明显的应用前景,并可推广于空间Bézier曲线、圆域Bézier曲线、有理Bézier曲线的合并.

Lupaş q-Bézier曲线的几何求值算法及其应用

Lupaşq-Bézier曲线是一种以q-整数作为形状参数的广义Bézier曲线。本文构造了Lupaş q-Bézier曲线的一种新型几何求值算法,该算法倒数第二层2个节点的仿射组合与曲线相切。利用算法的相切性质得到Lupaş q-Bézier曲线导矢的一种新表示,并实现了Lupaş q-Bézier曲线的细分。特别地,二次Lupaş q-Bézier曲线分割得到的2条子曲线的形状参数的乘积等于原曲线的形状参数。进一步,得到了加权Lupaş q-Bézier曲线的一种新型几何求值算法,该算法具有显式矩阵表示。

拟三次Bézier曲线曲面的拼接技术

针对工程中复杂自由曲线曲面难以用单一曲线曲面来表示的问题,研究了一种带形状参数的拟三次Bézier(三次Q-Bézier)曲线曲面的拼接技术.在对三次Q-Bézier曲线基函数及其端点性质分析的基础上,给出了两相邻三次Q-Bézier曲线间G1、G2和C1、C2拼接的充要条件,运用张量积的方法给出了双三次Q-Bézier曲面的几何模型,同时分析了两相邻双三次Q-Bézier曲面片间G1光滑拼接的几何条件,并通过合理地选取形状参数,进一步简化了该曲面的G1拼接条件,给出了三次Q-Bézier曲线曲面光滑拼接的几何造型实例.实例结果表明,所提方法简单、直观、易实现,有效地增强了三次Q-Bézier方法表达复杂曲线曲面的能力,可广泛地应用于工程复杂曲线曲面的造型系统中.

拟三次Bézier曲线的形状调整

对于Bézier曲线的形状调整问题,给出了一组含有2个参数的四次多项式基函数,它是三次Bernstein基函数的扩展.基于该组基函数定义的带形状参数的曲线,称为三次拟Bézier(三次Q-Bézier)曲线,其优点是在保持控制多边形不变的情况下,可以通过改变形状参数来调整曲线形状.研究基于几何约束的形状调整,通过改变形状参数来满足给定的约束条件,得到形状参数简洁的计算公式,具有明显的几何意义.计算实例表明,该方法是有效的,可以广泛地应用于计算机辅助设计中对曲线形状调整.

几何区间裁剪算法收敛性分析和比较

为了寻求简单、快速、稳定的求交算法来加速光线跟踪渲染三维场景,对一种快速计算2条平面曲线交点的方法——几何区间裁剪(GeoClip)算法进行了深入研究.严格证明了GeoClip算法在计算多项式的根以及计算2条平面曲线的交点中都具有三阶收敛性,该结果从理论上保证了GeoClip算法优于经典的曲线求交算法——Bézier Clipping算法;最后对GeoClip与二次裁剪(QuadClip)算法进行了比较,结果表明,虽然都是三阶收敛,但是GeoClip算法比QuadClip算法快30%左右.