三次PH曲线偶的C^1 Hermite插值

对计算机图形中一类特殊的多项式曲线—— Pythagorean hodograph(PH )曲线的 C1 Herm ite插值问题进行研究 .PH曲线具有诸如有精确的有理 Offset、弧长函数可由多项式函数表示以及几何解释优美等一系列优良性质 .基于复分析方法 ,避免了实分析讨论中出现的复杂表示及繁琐计算 ,构造了满足给定 C1 Hermite插值条件且以C1拼接连续的三次 PH曲线偶 .该曲线偶可灵活处理拐点 ,从而克服了一般三次 PH曲线因恒凸而无法处理拐点的缺陷 .相应的两条 Bézier曲线表示及其控制顶点的计算简单方便 .所得 4条插值曲线中 ,通常有 1条曲线具有很好的几何形状特征 .结果可直接应用于各工业产品设计及加工领域中 .

球面有理PH曲线C^1 Hermite插值

基于球极投影保持PH性质不变的特性,利用球极投影把球面上C1Hermite插值数据投影到xy-平面,对投影到xy-平面上的插值数据构造待定结点的PH曲线和缺省数据的PH曲线,然后逆投影到球面上得到相应的球面有理插值PH曲线,数值实例表明该方案是有效的。

一类Hermite插值算子的C^1—范数界

本文给出一类以(1-X^2)U_n(X)(U_n(X)是第二类 Chebyshev 多项式)的零点为节点的 Hermite 插值算子的 C^1—范数的上下界,得到(2/π)|(1/n+1)sin(π/(4(n+1)))+(-1)~n cos(π/4(n+1))|1n(2n+1)-1-(1/2(n+1))tg(π4(n+1))≤‖H_(2n+3)‖≤(175/3)

基于Hermite插值法的GM(1,1)模型在软基地表沉降预测中的应用

地表沉降量作为判定地基卸载时间的直接技术指标,其计算的准确性已成为各类工程技术人员面临的难题之一。为研究某软基施工过程中加固效果的动态变化情况,采用Hermite插值法将现场地表沉降实测数据转化为等时间间隔,并基于转化结果建立了GM(1,1)模型和对应的时间响应函数,以预测不同时间下的地表沉降量。分析计算结果表明:GM(1,1)模型的计算精度等级为1级,对不同时间下的地表沉降量能进行较好的预测;同时,为今后解决类似复杂沉降预测问题提供了借鉴和指导。

带参数的C^3连续分段七次Hermite插值样条

针对分段三次Hermite插值样条在形状调控与连续性方面的不足,提出带2个参数的C^3连续分段七次Hermite插值样条.首先构造一组带2个参数的七次Hermite基函数;然后基于该组基函数定义分段七次Hermite参数样条曲线,并讨论样条曲线所带参数的选取方案;最后研究对应的分段七次Hermite样条插值函数,并给出其插值余项及最佳插值函数的确定方法.实例结果表明,当插值条件保持不变时,分段七次Hermite参数样条曲线不仅达到C^3连续,而且还可利用所带的参数实现对曲线形状的调控;通过确定所带参数的最佳取值,可使得分段七次Hermite样条插值函数获得较好的插值效果.

基于三次有理PH曲线的G^2 Hermite插值

文章在满足G^1 Hermite插值条件的三次有理PH曲线的基础上,通过简单的方法构造了一个满足G^2 Hermite插值条件的三次有理Bézier曲线。该方法只需根据始末端点的曲率来确定曲线的权重进而得到插值曲线,具有很好的几何意义,数值实例表明了该算法的有效性。

C^1自然邻近迦辽金法在偶应力理论中的应用

以non-Sibsonian插值函数作为三次单纯形Bernstein-Bézier的基坐标,构建了C1自然邻近插值函数,该函数具有二次完备性以及对结点函数值和梯度值的插值特性等性质.将C1插值函数应用于Toupin-Mindlin偶应力弹性理论,由于C1形函数的插值特性,偶应力理论迦辽金法可以直接施加本质边界条件,克服了其它无网格法施加本质边界条件的困难.具体算例包括单剪问题和中心圆孔无限大板单轴拉伸问题,数值解与理论解吻合得较好,表明C1自然邻近迦辽金法能够用来分析偶应力理论问题.

一种新型的C_1阶协调任意四边形薄板弯曲单元

提出一种由单元协调边界位移直接插值单元位移的特殊插值法,并用该方法构造出一种新型的12节点参数C1阶协调任意四边形薄板弯曲单元。该特殊插值法分离了薄板单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,从而才能直接构造出C1阶连续协调且完备薄板单元。理论证明该薄板单元具有完备性和C1阶连续性,数值分析表明其性能明显优于非协调单元。

C^1连续型广义有限元格式

C^1连续,即一阶导数连续. C^1连续型插值格式具有同时适用于离散PDE的弱形式与强形式的优点——即一种插值格式可以在使用PDE弱形式还是强形式之间做出选择,从而构造出更加高效的数值方法.由于单位分解广义有限元方法 (PUFEM, Babuka and Melenk (1997)),允许用户根据局部解的特征自定义任意高阶局部近似,具有精度高、程序实现与传统有限元相容性好的特点而受到广泛关注.但是,其总体近似函数的光滑性是由其所采用的单位分解函数——一般为标准有限元形函数——的光滑性所决定,因此多为C^0连续.如何在C^0连续标准有限元形函数的基础上,构造出满足C^1连续的总体近似函数,是一个仍未解决的问题.本文在作者前期研究的无额外自由度的单位分解插值格式的基础上,仅基于C^0标准有限元形函数,构造出至少C^1连续的无额外自由度单位分解格式.针对Poisson方程,讨论了该格式对PDE弱形式与强形式的离散.测试结果表明,方法可以同时用于弱形式与强形式的数值求解,而且可以在不改变网格和自由度数的前提下,获得高阶收敛.使用该插值格式的条件是:网格须是直角坐标网格(不要求均匀).该插值格式可以同时用于流体力学问题和使用欧拉背景网格求解动量方程的固体力学方法,如材料物质点法(material point method).对于强形式的欧拉网格求解,该插值格式与"差分"不同之处在于,它具有有限元一样的在任意点处进行"插值"的特点.对于弱形式的积分求解,由于该插值格式具有导数连续性,可以允许积分网格独立于插值网格.这一特点将使得弱形式的数值积分的实施更加灵活方便.

C_1阶协调矩形薄板单元的对比分析

提出了一种直接由协调单元边界位移插值单元位移的特殊插值法,用于构造对称协调和完备的12节点参数薄板矩形单元,分离单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,构造C1阶连续协调且完备的薄板单元,并构造出一种对称性更好的新型矩形协调薄板单元。该薄板单元具有完备性和真正的C1阶连续性,列式清晰,形函数表达更符合常规函数,对有限元程序不必作大的改动,只需修改挠度插值函数,即可进行常规的有限元分析,从而解决了薄板矩形单元的C1阶连续性问题。研究结果表明:矩形协调单元的计算结果比非协调单元的计算结果精确,收敛速度快,稳定性强。

一种构造C^1连续的闭NURBS曲线的方法

三次非均匀有理B样条NURBS闭曲线在曲线曲面造型中有着广泛的应用.本文给出一种构造C1连续的闭的三次NURBS插值曲线的方法.在曲线曲面造型中,可代替周期性闭曲线,实现与开曲线的统一处理,且满足几何形体设计的连续性要求,简单、实用.

在第一边界条件下的Hermite三点插指

利用Hermite插值基函数,将求解非多项式插值问题转换为求解5个派生出来的多项式插值问题,在第1边界条件下,证明了Hermite三点插指公式的存在唯一性,并用两种方法构造出Hermite三点插指公式,最后给出了一个算例。

Gregory-Qu算法与Hermite细分曲线构造法的比较

首先分别介绍了Gregory Qu算法和Hermite细分曲线构造法的细分规则 ,以及各自生成C1连续曲线的条件范围 通过对两种算法的比较得出 :定常Gregory Qu算法是定常Hermite细分算法的一个特例 Hermite细分曲线构造法不仅有更弱的C1连续性的条件 。

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bzier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bzier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bzier曲面,使Bzier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.

振荡函数的Hermite数值积分公式

本文讨论了振荡函数形如∫１－１ｆ（ｘ）ｓｉｎωｘｄｘ，∫１－１ｆ（ｘ）ｃｏｓωｘｄｘ的Ｈｅｒｍｉｔｅ积分公式，它基于ｆ（ｘ）的Ｈｅｒｍｉｔｅ插值多项式的一些结论，导出了依赖于ｘｎｊ的ａｎｊ及不依赖于ｘｎｊ的ｇ（ｋ，ｗ）的权数因子的递推关系式，并给出误差分析．

基于PH曲线插值的圆锥曲线逼近

针对采用多项式曲线逼近圆锥曲线所生成的等距线和弧长不是有理形式的问题,引入PH曲线作为逼近曲线.根据圆锥曲线端点及其单位切向量构造G1 Hermite插值的四次PH曲线及等弧长的五次PH曲线,并以此作为对圆锥曲线的逼近.通过分析控制多边形边角分离的几何条件,推导四次PH曲线退化为三次PH曲线的条件,得到三次PH曲线实为四次PH曲线的退化特例的结论.进一步采用圆锥曲线的二次有理Bézier表达式及依据Hausdorff距离误差定义,估计圆锥曲线与其插值逼近的各类PH曲线的误差.分别采用三次、四次及五次PH曲线对圆锥曲线中的椭圆和抛物线进行整段插值逼近及离散插值逼近.基于导出的误差公式,比较各类PH曲线的逼近精度.结果表明:采用PH曲线进行插值逼近,不仅可将圆锥曲线转化为兼容CAD系统的具有有理等距线的多项式曲线,还可根据实际需求灵活选取PH逼近曲线的类型,所提出的方法具有有效性和实用性.

在三角域上构造三次多项式插值曲面

为满足矿山地形的拟合、水流深度的绘制等很多特殊工程数据量大、有一定的光顺要求但又不需要曲面过于凸起饱满这一需求,提出一种C1连续的三次多项式插值曲面,同时有针对性地提出一种一阶偏导数估计算法.首先将空间散乱数据点投影到平面后进行三角划分;其次针对每个三角形,在其每条边上构造一个C1连续的三次多项式曲面片,由这3个曲面片加权平均形成该三角形的曲面片;最后将所有三角形上的曲面片拼合成整体曲面.为使生成的曲面尽可能地贴近数据点所建议的形状,在曲面求解过程中将数据点分成内部点和边界点分别估计偏导数.实验结果表明,该算法计算量小、具有良好的局部性,并给出了新曲面的效果.

一类G^1连续的空间五次PH曲线

为了构造空间五次Pythagorean-hodograph G1连续曲线,对离散数据进行G1 Hermite插值,给出一种基于空间PH曲线充分必要条件的构造方法。从曲线的导矢出发,比对四次导函数和五次Bézier曲线的四次导函数在Bernstein基下的系数,组成等式,并与五次Bézier曲线导函数在Bernstein基函数下的系数和曲线控制多边形顶点的关系组成方程组。通过求解方程组可构造出一段满足端点及其导矢方向条件且G1连续的PH曲线,并给出数值实例。此构造方法直观,有多个自由参数可对曲线进行形状控制。数值实验证明,对给定空间数据点插值效果较好。

二元五次C^2样条函数空间S_5~2(△_W)的局部基

利用Hermite插值条件,给出Wang型加密三角剖分下二元五次C2样条函数空间S52(△W)具有局部支集的11个基底表达式.

一类G^1连续的空间五次PH拟合曲线

为了构造一种空间五次Pythagorean-hodograph G^1连续拟合曲线以重建空间曲线,对已知空间采样点数据加入中间条件确定首末端点数据,对其进行G^1Hermite插值构造拟合PH曲线。根据空间PH曲线的充分必要条件,给出由四个二次多项式组成的四次导函数,比对其与空间五次Bézier曲线的导函数在Bernstein基下分别对应的向量型系数,形成向量等式,再根据Bézier曲线导函数的系数与其控制多边形顶点的关系,引入自由参数建立五次Bézier曲线导函数的系数与首末端点的等量关系,并与前述向量等式组成方程组。通过求解方程组可得一段由G^1Hermite插值构造出的满足由中间条件给出的首末端点数据且G^1连续的PH拟合曲线,并给出了数值实例。此构造方法直观,有多个自由参数可对曲线进行拟合效果的形状控制,且通过数值实验拟合效果较好。