利用点列折线的保凸插值

为了克服现有保凸插值方法的弊端,提出一种基于点列内在属性的保凸插值方法.该方法引入广义点列凸性的概念,对于给定平面上的广义凸(凹)点列,根据点列所连成折线的运动方向在每两点间直接插入Bézier曲线的控制顶点;控制顶点由其凸性与所给点列凸性一致,以及相邻Bézier曲线光滑连接两条件获得;每段Bézier曲线的控制顶点由4个邻近的顶点确定,故曲线形状局部可调.实例结果表明,文中方法是有效的,也佐证了理论推导的正确性.     

保广义凸的曲线插值方法

为了寻求简易有效的保凸曲线插值,提出一种用分段Bézier曲线拼接的方法,可以构造一条光滑的插值曲线.对于给定的平面有序点列,根据有序点列所连成的折线的运动方向,确定曲线在每个插值点处的切向量;进而利用点列广义凸的概念,在每2个相邻点之间按设计的算法直接插入2个三次Bézier曲线的控制顶点,该4点确定一条三次Bézier曲线;从而得到通过这组点列的分段光滑Bézier插值曲线,整条曲线G1连续.每段曲线的中间2个控制顶点由4个相邻的顶点确定.该方法适用于一般有序点列的插值,并具有保凸性,曲线局部形状可调,算法简单和计算量少的特点.最后通过实例说明了文中方法的有效性及正确性.     

双参数四点细分法及其性质

在经典4点插值细分法的基础上，提出一类既能造型光滑插值曲线，又能造型光滑逼近曲线的双参数4点细分法．采用生成多项式等方法对细分法的一致收敛性、C^k连续性及保凸性进行了分析，给出并证明了极限曲线存在、C^k连续及均匀控制顶点情形下保凸的充分条件．在给定初始数据的条件下，可通过对形状参数的适当选择来实现对极限曲线的形状调整和控制．     

曲线插值的一种具有还圆性的细分方法

传统的线性四点插值细分方法不能表示圆等非多项式曲线,为了解决这种 问题,基于几何特性提出了一种带有一个参数的四点插值型曲线细分方法。细分过程中,过 相邻三插值点作圆,过相邻二插值点的圆弧有两个中点,将其加权平均得到新插值点,文中 给出了插值公式和算法描述。所给方法具有还圆性,可以实现保凸性。实例分析对比了本方 法与多种细分方法的差异,说明本方法是有效的,当参数取值较小时,曲线靠近控制多边形。     

基于双参数的几何细分法

提出一种基于两个参数的几何细分方法。首先,借助于标准型的二次有理Bézier 曲 线公式,以相邻的两个初始控制点及其切向量所在直线的交点作为该二次有理Bézier 曲线的控制 顶点;同时,选取分点参数值t  0.5,并以该曲线的权因子作为控制顶点的参数λ,计算新增控 制顶点。其次,定义每个顶点的临时切向量,以每点及其相邻两点确定该点的圆切向;引入切向 量的控制参数,从而确定该顶点新切向量的计算公式。然后,从理论上证明了该方法的保凸性 与收敛性。取定切向量参数=0,重新定义每步的权因子参数λ,其极限曲线是C1连续的分段二 次有理Bézier 曲线;令=1,在每一步骤中采用不同的权因子参数λ 求新增点,具有保圆性。最 后,通过一些实例说明了该方法的有效性。     

基于圆平均的带参数非线性细分法

为了使细分法具有更多可控性,提出一种基于圆平均带参数的非线性细分法.首先介绍一种基于2点及其法向量对的非线性加权平均,即圆平均;然后将线性细分法改写为线性平均的重复binary细分,并用圆平均替代线性平均,得到了新的带参数非线性4点插值细分法和3点逼近细分法;最后分析了新细分法的收敛性、保圆性、C1连续性.数值例子表明,当初始控制多边形的长度变化较大时,利用该细分法产生的极限曲线可以避免自交;同时,参数和初始法向量的选取可有效地控制极限曲线的形状,由曲率变化图可知,该细分法产生的极限曲线比线性4点插值细分法更加光顺.     

三次Catmull-Rom样条保广义凸插值的充要条件

对于任意给定的有序点列,利用三次Catmull-Rom样条基函数构造通过该点列的曲线,导出三次Catmull-Rom样条曲线保凸插值的充要条件;进而利用广义凸的概念,导出三次Catmull-Rom样条参数曲线保广义凸插值的充要条件.当所给点列满足保广义凸插值的充要条件时,三次Catmull-Rom样条参数曲线是自动保广义凸的且是1G连续的.采用自行构造的实例佐证了方法的有效性和理论的正确性.     

满足数据点切向约束的二次B样条插值曲线

给出一种二次B样条曲线插值方法.利用数据点的参数化和节点向量的自由度,构造在各数据点满足切向约束的二次B样条插值曲线,直观地控制插值曲线达到预期形状.用文中方法构造插值曲线是一个递推过程,不必预先确定数据点参数值和节点向量、不必解线性方程组,而是在插值过程中根据数据点及其切向的约束条件递推地确定数据点的参数值、节点和控制顶点.该文方法允许插值曲线各段的连接点与数据点不一致,以使得二次B样条插值曲线的形状更自然.而且在满足数据点切向约束的条件下,还可利用节点进一步调控插值曲线的形状.另外,用文中方法构造的二次B样条插值曲线对于数据点的改变具有较好的局部性质.文中最后给出一些例子将该文方法与其它一些插值方法进行比较,实验结果表明,该文方法是有效的.     

基于顶点法向量约束的Catmull-Clark细分插值方法

提出一种基于顶点法向量约束实现插值的两步Catmull-Clark细分方法.第一步,通过改造型Catmull-Clark细分生成新网格.第二步,通过顶点法向量约束对新网格进行调整.两步细分分别运用渐进迭代方法和拉格朗日乘子法,使得极限曲面插值于初始控制顶点和法向量.实验结果证明了该方法可同时实现插值初始控制顶点和法向量,极限曲面具有较好的造型效果.     

用细分螺线插值容许G2Hermite 数据

为使几何细分方法生成的平面螺线段插值平面容许G2Hermite 数据,基于 平面双圆弧插值理论提出了该方法首末端点处新的细分规则。理论分析表明,修改后的细分 方法所得极限曲线是曲率单调、不变号的螺线段,且插值首末端点处的点、切向、曲率。数 值算例表明,修改后的细分方法收敛速度较快,极限曲线具有较好的形状。     

开圆弧样条的保形插值算法

提出一种G1圆弧样条插值算法.该算法选取部分满足条件的型值点构造初始圆,然后过剩下的型值点分别构造相邻初始圆的公切圆.在此过程中,让所有型值点均为相应圆弧的内点,且每段圆弧尽量通过2个型值点.在型值点列满足较弱的条件下,曲线具有在事先给定首末切向的情况下圆弧总段数比型值点个数少且保形的特点.     

A Recursive Subdivision Algorithm for Piecewise Circular Spline

We present an algorithm for generating a piecewise G ¹ circular spline curve from an arbitrary given control polygon. For every corner, a circular biarc is generated with each piece being parameterized by its arc length. This is the first subdivision scheme that produces a piecewise biarc curve that can interpolate an arbitrary set of points. It is easily adopted in a recursive subdivision surface scheme to generate surfaces with circular boundaries with pieces parameterized by arc length, a property not previously available. As an application, a modified version of Doo–Sabin subdivision algorithm is outlined making it possible to blend a subdivision surface with other surfaces having circular boundaries such as cylinders.     

The generation of circular arcs and conics by subdivision via averaging normal vectors

We propose a nonlinear interpolatory curve subdivision based on averaging normal vectors, which can reproduce circular arcs when straight edges exist in the original control polygon and generate conics when initial control points are sampled uniformly. Corresponding proofs and examples are also given for verifying the correctness of this scheme.     

圆渐开线平面插值样条及其应用

利用拼接的圆渐开线实现对平面上的数据点及其切向的插值,通过解决两点及其切向的圆渐开线插值,以及在各种不同情况下的插值处理方法,提供了圆渐开线平面插值样条的生成算法,由于圆渐开线为凸曲线,其曲率与弧长成反比,因此其样条曲线对插值曲线的形状控制是有利的,并可作为圆弧样条插值方法的一种扩展。     

带法向约束的圆平均非线性细分曲线设计

目的 对采样设备获取的测量数据进行拟合,可实现原模型的重建及功能恢复。但有些情况下,获取的数据点不仅包含位置信息,还包含法向量信息。针对这一问题,本文提出了基于圆平均的双参数4点binary非线性细分法与单参数3点ternary插值非线性细分法。方法 首先将线性细分法改写为点的重复binary线性平均,然后用圆平均代替相应的线性平均,最后用加权测地线平均计算的法向量作为新插入顶点的法向量。基于圆平均的双参数4点binary细分法的每一次细分过程可分为偏移步与张力步。基于圆平均的单参数3点ternary细分法的每一次细分过程可分为左插步、插值步与右插步。结果 对于本文方法的收敛性与C¹连续性条件给出了理论证明;数值实验表明,与相应的线性细分相比,本文方法生成的曲线更光滑且具有圆的再生力,可以较好地实现3个封闭曲线重建。结论 本文方法可以在带法向量的初始控制顶点较少的情况下,较好地实现带法向约束的离散点集的曲线重建问题。     

Generating planar spiral by geometry driven subdivision scheme

Spirals are curves with one-signed, monotone increasing or decreasing curvature. They are commonly useful in a variety of applications, either for aesthetic or for engineering requirements. In this paper we propose a new iterative subdivision scheme for generating planar spiral segments from two points and their tangent vectors. The subdivision process consists of two main steps, computing new points and adjusting tangent vectors adaptively for each iteration. We categorize this iterative scheme as geometry...     

二次均匀B样条曲线的双圆弧逼近方法*

提出了一种用双圆弧对二次均匀B样条曲线的分段逼近方法。首先,对一条具有n 1个控制顶点的二次均匀B样条曲线按照相邻两节点界定的区间分成n-1段只有三个控制顶点的二次均匀B样条曲线段;然后对每一曲线段构造一条双圆弧进行逼近。所构造的双圆弧满足端点及端点切向量条件,即双圆弧的两个端点分别是所逼近的曲线段的端点,而且双圆弧在两个端点处的切向量是所逼近的曲线段在端点处的单位切向量。同时,双圆弧的连接点是双圆弧连接点轨迹圆与其所逼近的曲线段的交点。这些新构造出来的双圆弧连接在一起构成了一条圆弧样条曲线,即二次均匀B样条曲线的逼近曲线。另外给出了逼近误差分析和实例说明。     

基于遗传算法的以线段和圆弧为基元的曲线拟合

采用线段和圆弧作逼近基元是数字曲线拟合中的一个难点。文中给出一种基于改进遗传算法的拟合方法。通过对点列进行二进制编码，以拟合段数较少和拟合误差较小为优化目标，变异概率和交叉概率自适应生成，并根据相关知识控制分界点间隙，所得最优解中值为1的基因对应数字曲线的分界点，对线段与圆弧相交和相切以及具有噪声等多种情况进行检测，可同时提取尖点和切点，还可得到逼近基元及其之间关系。较好地解决了用线段和圆弧拟合曲线问题。     

Approaches for constrained parametric curve interpolation

The construction of a GCx cubic interpolating curve that lies on the same side of a given straight line as the data points is studied. The main task is to choose appropriate approaches to modify tangent vectors at the data points for the desired curve. Three types of approaches for changing the magnitudes of the tangent vectors axe presented. The first-type approach modifies the tangent vectors by applying a constraint to the curve segment. The second one does the work by optimization techniques. The third one is a modification of the existing method. Three criteria are presented to compare the three types of approaches with the existing method. The experiments that test the effectiveness of the approaches are included.