一类T-Bézier三角曲面渐渐迭代算法

渐进迭代逼近在散乱点数据的拟合及逆向工程中有重要应用,研究了一类T-Bézier三角曲面的渐进迭代算法;提出了T-Bézier三角曲面渐进迭代算法,并分析了算法的收敛性;基于2-范数给出了渐进迭代算法的逼近误差。最后,举例说明了该算法的有效性及应用。     

张量积Bézier曲面降多阶逼近

给出了一种基于最小二乘范数下的Bézier曲面降多阶逼近误差的矩阵计算公式。根据带角点高阶插值条件下原张量积Bézier曲面与降多阶张量积Bézier曲面的误差函数在[0,1]x[0,1]上取极小值,得到降多阶张量积Bézier曲面的控制顶点的矩阵表达式。通过数值例子显示采用该方法所得的降多阶曲面对原曲面有较好的逼近效果。将Bézier曲线降阶逼近的迭代方法推广到曲面,得到曲面降阶逼近的迭代方法,并给出了相应的数值实例。     

有理Bézier三角曲面片低阶导矢界的估计

基于Bézier三角曲面的de Casteljau算法,同时运用一些恒等式和基本不等式,给出了两类有理Bézier三角曲面片低阶导矢的上界.第一类上界是用控制顶点凸包直径表示的,在一阶偏导的情况下,它是对已有上界的改进;在二阶偏导情况下,当最大权因子与最小权因子比值大于2时,它也是对已有上界的改进.第二类上界是用相邻控制顶点间距离的最大值来表示的.     

Bézier曲线降阶的迭代算法

为提高Bézier曲线降阶的稳定性,提出以基于L_2范数的逼近误差为指导的一种迭代算法. 该算法从一条初始Bézier曲线开始逐渐地对其控制顶点进行偏移,得到具有误差最小的逼近曲线; 同时,应用线性搜索方法来优化控制顶点的偏移,使得在每次迭代后逼近误差可以达到局部最小. 实例结果表明了该算法的快速收敛性.     

低次非均匀三角Bézier曲面的最小二乘渐进迭代逼近性

渐进迭代逼近(简称PIA)是一种直观有效的数据拟合方法.经典的PIA方法要求曲面控制顶点的个数等于拟合数据点的个数,并不适用于大量数据的拟合.为了改造经典PIA方法,特别研究了使用最频繁的三角曲面用PIA来生成的算法,并重点考虑实际中最常用的低次情形.证明了低次(n=2,3,4)非均匀三角Bézier曲面具有最小二乘渐进迭代逼近(简称LSPIA)性质,并且迭代得到的三角Bézier曲面序列的极限就是数据点的最小二乘拟合.同时,还提供了如何选择合适的权值使得迭代拥有最快收敛速度的方法.实例验证了最小二乘PIA方法的有效性.     

Bézier曲面的函数复合及其应用

目前有两种常用的Bézier曲面片,分别称为三角和四边Bézier曲面片,它们分别用不同的基函数表示.本文通过移位算子和函数复合的方法,得到了两个关于这两种Bézier曲面片的结果.一个是四边Bézier曲面片与一次三角Bézier函数的复合,另一个是三角Bézier曲面片与双线性四边Bézier函数的复合.在每一种情况中,复合所得到的Bézier曲面片的控制顶点是原来Bézier曲面片的控制顶点的线性组合.移位算子的应用使得相应的推导过程变得简洁和直观.这两个结果的应用包括：两种Bézier面片间的转化     

张量积Bézier曲面降多阶逼近的方法

提出根据原张量积B啨ｚｉｅｒ曲面Ｐｎ ,m(u ,v)与降多阶张量积B啨ｚｉｅｒ曲面Ｑｎ1 ,m1 (u ,v) (n1≤n - 1,m1≤m -1)在最小二乘范数下的距离函数在单位正方形 [0 ,1]× [0 ,1]上取最小值 ,得到张量积B啨ｚｉｅｒ曲面降多阶逼近的方法 ,以及用矩阵表示的降多阶张量积B啨ｚｉｅｒ曲面Ｑｎ1 ,m1 (u ,v)的控制顶点 { qij} n1 ,m1 i=0 ,j=0 的显式表示式 在降多阶过程中 ,分别考虑了带角点高阶插值条件和不带角点插值条件的情形 数值例子显示 ,采用文中方法所得降多阶曲面比已有的方法所得降多阶曲面对原曲面的逼近效果更好     

三次T-Bézier曲线的光顺延拓

将曲线的最小物理变形能量作为目标函数,提出了一种三次T-Bézier曲线曲面的光顺延拓算法.利用G2连续性作为约束条件,则延拓的曲线具有两个自由度,并取其中的一个自由度为零;基于延拓曲线的最小物理变形能量确定第二个自由度及延拓曲线的控制点,进而确定延拓曲线,重新参数化所延拓的曲线可以与原曲线在拼接点处C3连续拼接;此外,将该方法应用于双三次T-Bézier曲面的延拓.实例表明,该方法构造的曲线曲面具有较好的光顺性.     

曲线曲面局部最小二乘渐进迭代逼近

作为一种有效的大数据拟合方法，曲线曲面最小二乘渐进迭代逼近方法(LSPIA)吸引了众多研究者的关注，并获得了广泛的应用。针对LSPIA算法拟合局部数据点效果较差的问题，提出了一种局部的LSPIA算法，称为LOCAL-LSPIA。首先，给定初始曲线(曲面)并从给定的数据点中选择部分数据点；然后在初始曲线(曲面)上选择需要调整的控制点；最后，LOCAL-LSPIA通过迭代调整这一部分控制点来生成一系列局部变化的拟合曲线(曲面),并且保证生成的曲线(曲面)的极限是在仅调整这部分控制点的情况下拟合部分数据点的最小二乘结果。在多个曲线曲面拟合上的实验结果表明，为达到相同的拟合精度，LOCAL-LSPIA算法比LSPIA算法需要的步骤和运算时间更少。因此，LOCAL-LSPIA是有效的，而且在拟合局部数据的情况下比LSPIA算法的收敛速度更快。     

三角域上拟二次Bézier曲面片的构造及其应用

针对计算机辅助几何设计中三角曲面片造型方法进行了研究。在非多项式空间中构造了一组基函数,分析了该基函数的性质;利用七个控制顶点定义了相应的三角曲面片,由于该三角曲面片具有类似于三角域上二次Bézier曲面片的性质,故称其为拟二次Bézier三角曲面片;举例说明了拟二次Bézier三角曲面片不仅边界可以精确表示圆弧和椭圆弧,而且可以通过多引入的一个控制顶点实现在边界保持不变的情况下对曲面形状进行调节,同时,该曲面片可作为过渡曲面在三通管造型接口处实现光滑过渡。总之,拟二次Bézier三角曲面片在曲面造型与曲面设计中有较好的应用,可作为现有造型方法的有效补充。     

Progressive iterative approximation for triangular Bézier surfaces

Recently, for the sake of fitting scattered data points, an important method based on the PIA (progressive iterative approximation) property of the univariate NTP (normalized totally positive) bases has been effectively adopted. We extend this property to the bivariate Bernstein basis over a triangle domain for constructing triangular Bézier surfaces, and prove that this good property is satisfied with the triangular Bernstein basis in the case of uniform parameters. Due to the particular advantages of triangular Bézier surfaces or rational triangular Bézier surfaces in CAD (computer aided design), it has wide application prospects in reverse engineering.     

T-Bézier曲线能量法的光顺计算

针对T-Bézier曲线的光顺要求,提出了用能量法对T-Bézier曲线进行光顺。首先通过能量法对T-Bézier曲线修改一个控制顶点使之达到光顺,同时给出了扰动因子α对曲线的影响,由此得到欲移动T-Bézier曲线的一个控制顶点达到光顺,可先确定α,再确定新的控制顶点,就可得到光顺后的新的T-Bézier曲线。对整条曲线进行光顺时先确定扰动因子{α_i}_i=1ⁿ,然后求解一个系数矩阵为实对称三对角矩阵的方程组,再依次确定新的控制点列{P_i}_i=0ⁿ,最后由控制顶点确定光顺后的三次T-Bézier插值曲线,从而使T-Bézier曲线不仅达到整体光顺而且在数据点实现C²连续。最后,给出了3个实例,说明该算法是简单、实用和有效的。     

Geometric algorithm for point projection and inversion onto Bézier surfaces

This paper presents an accurate and efficient method for the computation of both point projection and inversion onto Bézier surfaces. First, these two problems are formulated in terms of solution of a polynomial equation with u and v variables expressed in the Bernstein basis. Then, based on subdivision of the Bézier surface and the recursive quadtree decomposition, a novel solution method is proposed. The computation of point projection is shown to be equivalent to the geometrically intuitive intersection of a surface with the u-v plane. Finally, by comparing the distances between the test point and the candidate points, the closest point is found. Examples illustrate the feasibility of this method.     

插值给定对角曲线的能量极小Bézier曲面造型

目的 曲面造型是计算机辅助几何设计中的重要研究内容,张量积类型曲面的对角曲线是衡量曲面性质的重要度量,与曲面的几何形状密切相关。基于输入对角曲线的曲面设计方法在实际应用中具有一定的价值,因此提出一种插值给定对角曲线的能量极小Bézier曲面造型的方法。方法 给定一条对角曲线时,修正用户输入的对角曲线及边界曲线的几何信息,然后运用拉格朗日乘数法,结合曲面内部能量函数,求解待定的内部控制顶点,构造曲面。给定两条对角曲线时,在上述内容基础上加入了两条对角曲线必有交点的考量,增加对对角曲线控制顶点的修正。结果 增加了对角曲线这一约束条件,从对比实验曲线图可以看出,随着横坐标曲面阶数升高,纵坐标修正曲线和用户曲线间的差值越来越小,结果表明曲面阶数越高,修正曲线与用户曲线偏差越小,造型效果越好。结论 该曲面造型方法简单,基于修正后的对角曲线和边界曲线构造的曲面具有极小内部能量,可满足曲面造型方面的相关需求。     

On the convexity of parametric Bézier triangular surfaces

In this paper, we discuss the convexity of parametric Bézier triangular patches, give some sufficient conditions of it to be convex, which only depend on the edge vectors and twist vectors. All the conditions we obtained can be served as the extension of the convexity preserving conditions of functional Bézier triangular patches.     

A Subdivision Scheme for Rational Triangular Bézier Surfaces

An explicit formula is developed to decompose a rational triangular Bezier patch into three non-degenerate rational rectangular Bezier patches of the same degree.This formula yields a stable algorithm to compute the control vertices of those three rectangular subpatches.Some properties of the subdivision are discussed and the formula is illustrated with an example.     

Multi-degree reduction of triangular Bézier surfaces with boundary constraints

Given a triangular Bézier surface of degree n, the problem of multi-degree reduction by a triangular Bézier surface of degree m with boundary constraints is investigated. This paper considers the continuity of triangular Bézier surfaces at the three corners, so that the boundary curves preserve endpoints continuity of any order . The l₂- and L₂-norm combined with the constrained least-squares method are used to get the matrix representations for the control points of the degree reduced surfaces. Both methods can be applied to piecewise continuous triangular patches or to only a triangular patch with the combination of surface subdivision. And the resulting piecewise approximating patches are globally C⁰ continuous. Finally, error estimation is given and numerical examples demonstrate the effectiveness of our methods.     

A simple algorithm for designing developable Bézier surfaces

An algorithm is presented that generates developable Bézier surfaces through a Bézier curve of arbitrary degree and shape. The algorithm has two important advantages. No (nonlinear) characterizing equations have to be solved and the control of singular points is guaranteed. Further interpolation conditions can be met.     

Improved bounds on partial derivatives of rational triangular Bézier surfaces

This paper applies inequality skill, degree elevation of triangular Bézier surfaces and difference operators to deduce the bounds on first and second partial derivatives of rational triangular Bézier surfaces. Further more, we prove that the new bounds are tighter and more effective than the known ones. All the results are obviously helpful for further optimization of geometric design systems.     

三角域上Said-Ball基的推广渐近迭代逼近

目的：如果一组基函数是规范全正（Normalized Totally Positive, abbr. NTP）的,并且对应的配置矩阵是非奇异的,那么由它所生成的参数曲线或张量积曲面具有渐近迭代逼近（progressive iteration approximation, abbr. PIA）性质。为了进一步推广渐近迭代逼近性质的适用范围,本文提出对于一组基函数,如果其对应的配置矩阵不是全正的,那么该基函数也可能具有渐近迭代逼近性质。方法：提出的定理是以基函数具有渐近迭代逼近性质时其对应的配置矩阵所需满足的条件作为理论基础,建立了配置矩阵为严格对角占优或者广义严格对角占优矩阵与基函数具有渐近迭代逼近性质之间的联系。结果：配置矩阵为严格对角占优或者广义严格对角占优矩阵,则相应的三角曲面具有PIA性质或带权PIA性质,即广义PIA性质。数值试验验证了上述理论,并细致地分析了三角域上的低次Said-Ball基,指出了它们具有相应的广义PIA性质。结论：本文将渐近迭代逼近的适用范围推广到三角域上的一般混合基函数。类似三角域上Said-Ball基,本文算法亦可用于研究三角域上的其他各类广义Ball基的PIA性质。