三角域上的调和B-B曲面

利用方向导数研究了三角域上的调和B—B曲面的性质，给出了三角域上的B—B曲面为调和曲面的充要条件，并且证明了任何一个三角域上的调和B—B曲面的控制网格均由它的第1层和第2层控制顶点完全决定．最后对极小曲面在建筑设计中的应用进行了初步探讨．     

等温参数多项式极小曲面

该文讨论参数多项式极小曲面，证明了只存在一类三次等温数极小曲面，并研究了这类曲面的一些基本性质，完整地描述了其不自交区域，该文还对四次参数多项式曲面进行了讨论，给出了几类四次等温参数曲面。     

推广Dirichlet 方法用于B 样条极小曲面设计

为弥补当前NURBS系统无法有效设计工程所急需的B样条极小曲面的缺陷,将构造Bézier极小曲面的Dirichlet方法成功地推广到了B样条极小曲面设计.提出了插值控制网格边界的B样条曲面模型,运用B样条基函数的求导公式及求值割角算法,将计算极小曲面内部控制顶点的问题转化为一个线性方程组的求解,从而避免了强非线性问题所导致的困惑,极大地提高了运算效率.最后,用大量实例对理论和算法进行了验证.     

过测地线的调和Bézier曲面设计

极小曲面和测地线是建筑几何领域中2类重要的几何元素,而调和曲面常作为极小曲面的一种线性近似.文中将测地线和调和曲面结合起来,提出一种过给定测地线的调和Bézier曲面设计方法.首先给出了一种构造调和Bézier曲面的新方法,证明了调和Bézier曲面的形状由第一层和第二层的控制顶点完全决定;然后根据测地线的性质,证明了过给定测地线的调和Bézier曲面的形状由该测地线和第二层的首末2个控制顶点完全决定.最后通过若干实例验证了该方法的有效性.文中方法充分利用了测地线和调和曲面的特殊几何性质,对张拉膜建筑结构的几何设计具有一定的实用价值.     

插值边界的四边网格离散极小曲面建模方法

如何实现极小曲面的快速三维建模,是几何设计与计算领域中的难点和热点问题.给定一条封闭的边界离散折线,本文研究如何构造以其为边界的四边网格离散极小曲面.首先从曲面的内蕴微分几何度量出发,给出了离散四边网格极小曲面的数学定义;然后利用保长度边界投影、四边网格生成、径向基函数插值映射和非线性优化技术,提出了由给定边界离散折线快速构造离散四边网格极小曲面的一般技术框架.最后通过若干建模实例验证了本文方法的有效性.该方法可实现四边网格极小曲面的高质量建模,在建筑几何领域具有一定的应用价值.     

一类极小曲面的几何设计

极小曲面是变分学意义下具有极小面积的曲面。它能量最小、结构稳定的优点。形如马鞍的负高斯曲率的极小曲面可作为房顶曲面的设计模型。由负高斯曲率的极小曲面设计得到房顶曲面不但外形美观,而且牢固经济。该文提出一种几何构造法,得到了一类三次多项式形式的负高斯曲率极小曲面,将其表示为三次Ｂ－Ｂ曲面,进而高次Ｂ－Ｂ曲面表示出负高斯曲率极小曲面的裁剪曲面以增加设计的灵活性。算法给出一个可变参数,通过调整该参数可改     

B-样条函数极小曲面造型

极小曲面在建筑、航空、轮船制造等领域有着重要应用,但由于极小曲面表示复杂,给实际应用带来了很大的困难.研究了具有给定边界的极小曲面的B-样条函数曲面逼近.基于非线性约束优化方法和有限单元方法,求极小曲面方程的近似解.在算法中使用数值延拓方法,使非线性问题的初值选择问题自动化,同时,使用一个简单的线性化策略对非线性问题进行线性化.给出了几个数值结果.     

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。     

插值边界曲线的NURBS 近似极小曲面设计

探索性地设计了一个插值给定边界曲线的NURBS 近似极小曲面算法,弥补了当前NURBS 系统无法有效地设计工程所急需的一般NURBS 极小曲面的缺陷.运用NURBS 曲面的节点插入、Hybrid 多项式逼近等多种技术,将NURBS 曲面转化为相对简单的分片Bézier 曲面求解,并运用各子曲面片的控制顶点优化、整体曲面不断更新的迭代方法,成功地得到高精度的近似分片Bézier 极小曲面.最后,可以按用户的各种要求选择运用相应不同的迭代逼近算法,求取插值给定边界曲线的近似NURBS 极小曲面.     

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。     

Construction of minimal subdivision surface with a given boundary

The fascinating characters of minimal surface make it to be widely used in shape design. While the flexibility and high quality of subdivision surface make it a powerful mathematical tool for shape representation. In this paper, we construct minimal subdivision surfaces with given boundaries using the mean curvature flow, a second order geometric partial differential equation. This equation is solved by a finite element method where the finite element space is spanned by the limit functions of an extended Loop’s subdivision scheme proposed by Biermann et al. Using this extended Loop’s subdivision scheme we can treat a surface with boundary, thereby construct the perfect minimal subdivision surfaces with any topology of the control mesh and any shaped boundaries.     

插值曲率线的直纹面可展设计

目的 曲率线在微分几何中起着非常重要的作用,它在曲面分析中是一个很有用的工具。可展曲面是曲面造型中最简单也最常用的一类曲面,目前大部分工作都是研究在给定曲面上寻找或者计算曲率线,而其反问题研究工作较少,为此,提出一种插值曲率线的可展曲面构造方法,并进一步将它应用到曲面造型中。方法 利用Frenet标架表示直纹面的母线,根据曲线为曲面曲率线以及曲面可展的充要条件,得到直纹面的母线需要满足的关系式。并引入控制函数控制曲面的形状。结果 给出了以给定曲线为曲率线的直纹面可展的具体表达式,根据可展曲面分类分析了设计曲面为柱面、锥面和空间曲线切线面的充要条件,并给出了两个代表性的实例验证该方法的有效性,实例结果表明,该方法不仅适用于一般参数曲线,对分段参数曲线也是有效的。结论 利用构造性的方法给出了插值曲率线的可展曲面的具体表达形式,并通过具体实例验证了该方法的有效性。     

Quasi-developable surface modeling of contours with curved triangular patches

Skinning, also called lofting, is a powerful and popular method for modeling complex shapes. A surface modeled by the current skinning techniques nevertheless may be far from being developable, which is an important property desired in the manufacturing industry such as ship-hull, wing and body of aircraft, garment, etc. In this paper, a novel approach to skinning surface modeling is proposed. The proposed method interpolates the given curves with a collection of G¹ continuous self-defined triangular patches, and these patches are assembled together by globally minimizing the integral Gaussian curvature, i.e., the degree of developability. The proposed algorithm has been tested on a set of examples and the test results have demonstrated its promising use in a variety of applications.     

Generating subdivision surfaces from profile curves

The construction of freeform models has always been a challenging task. A popular approach is to edit a primitive object such that its projections conform to a set of given planar curves. This process is tedious and relies very much on the skill and experience of the designer in editing 3D shapes. This paper describes an intuitive approach for the modeling of freeform objects based on planar profile curves. A freeform surface defined by a set of orthogonal planar curves is created by blending a corresponding set of sweep surfaces. Each of the sweep surfaces is obtained by sweeping a planar curve about a computed axis. A Catmull-Clark subdivision surface interpolating a set of data points on the object surface is then constructed. Since the curve points lying on the computed axis of the sweep will become extraordinary vertices of the subdivision surface, a mesh refinement process is applied to adjust the mesh topology of the surface around the axis points. In order to maintain characteristic features of the surface defined with the planar curves, sharp features on the surface are located and are retained in the mesh refinement process. This provides an intuitive approach for constructing freeform objects with regular mesh topology using planar profile curves.     

基于凸四边形曲率的三角剖分优化准则

由3D散乱点集构造三角剖分在曲面造型中有着十分重要的作用，而剖分所采用的优化准则决定了最终的剖分结构。从曲率这一曲面内在特性入手，提出了一种空间凸四边形的曲率估计算法，据此还提出了一种新的基于该曲率的优化准则，即一种曲率最小优化准则，并通过一个例子详细地将这一新的优化准则与几种常用的优化准则做了比较，实验结果的分析表明，运用该优化准则得到的三角剖分具有较好的几何特性，在曲面重构和曲面设计等方面有很好的实用价值。     

Approximate methods for simulation and verification of numerically controlled machining programs

Algorithms for simulation and verification of Numerically Controlled (NC) machining programs are presented. Compared to NC simulation based on conventional solid modeling systems, these models are designed to give approximate results, but with a substantial decrease in computer time. The surfaces of the part are discretized into a Surface Point Set (SPS) with a point spacing dependent on cutting tool size and shape local surface curvature and the desired accuracy of the approximate simulation. The surface-surface intersection calculations of the solid modeling approach are replaced by the intersection of the surface of the tool movement envelope with straight lines emanating from the surface points. The methods are applicable to both 3 and 5 axis machining. Samples test cases are presented, and implementation and efficiency issues are discussed.