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第章 曲线 曲面及其绘制.ppt

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第6章 曲线、 曲面及其绘制 6.1 概述 6.1 规则曲线的绘制 6.1 拟合曲线 6.3 Bézier曲线 6.4 B样条曲线 6.6 拟合曲面 6.1 概 述 1.曲线、 曲面的分类 规则曲线:具有确定描述函数的曲线, 如圆锥曲线、 正弦曲线、 渐开线等。 拟合曲线:由离散的特征点(或称为型值点)构造函数来描述的曲线。 也称自由曲线。 2.插值与逼近 按照曲线(或曲面)与特征点的位置关系划分, 拟合曲线(或曲面)可分为插值曲线(或曲面)与逼近曲线(或曲面)。 若由特征点构造的曲线(或曲面)通过所有的特征点, 则称其为插值曲线(或曲面)。 若由特征点构造的曲线(或曲面)不通过或部分通过特征点, 并在整体上接近这些特征点, 则称其为逼近曲线(或曲面)。 3.曲线、 曲面的光顺 由特征点构造的曲线、 曲面应尽量满足光顺的要求, 这样才能达到美观的效果。 曲线、 曲面的光顺分为平面曲线光顺、 空间曲线光顺以及曲面光顺。 平面曲线光顺的准则有三条: 曲线C2(即二阶导数)连续、 没有多余拐点(凹凸)、 曲率变化较均匀(鼓瘪)。 4.样条曲线与曲面 样条曲线是由若干个n次曲线段连接而成的拟合曲线, 且在连接处达到n-1阶导数连续(通常取n=3)。 样条曲面是由若干张n次曲面片连接而成的拟合曲面, 且在连接处达到n-1阶导数连续(通常取n=3)。 5.几何连续性 为了达到整条曲线或整张曲面光顺的要求, 在连接点处应满足拼接条件, 我们称之为几何连续性。 (1) 位置连续, 用G0表示。 即两段曲线在连接点处不存在间断点。 (2) 斜率连续, 用G1表示。 即两段曲线在连接处的切线方向相同。 (3) 曲率连续, 用G2表示。 即两段曲线在连接处曲率应连续变化, 不能出现跳跃。 对于曲面, 几何连续性包括: (1) 位置连续, 用G0表示。 即两曲面片在连接处的边界应一致。 (2) 斜率连续, 用G1表示。 即在连接处, 两曲面片的切平面方向应保持一致。 6、曲线、曲面的矢量参数表示形式 采用矢量参数表示曲线、曲面的缘由: (1)用坐标分量形式(无论显函数还是隐函数)描述曲线、 曲面需要用二至三个方程, 而用矢量形式描述只需一个方程; (2)用坐标分量形式描述,有时曲线范围不好确定,特别当X取相等的间隔来计算点时,这些点沿曲线长度并不均匀,会影响图形输出的质量和准确性; (3)用坐标分量形式描述当曲线沿某坐标轴斜率无限大时,会造成计算机处理上的困难。 采用参数形式表示曲线、曲面优点: 1、曲线、曲面方程与坐标系选择无关,可以不依赖坐标系研究图形的几何性质,这一点称为几何不变性; 2、曲线曲面上的点计算方便,边界容易确定。(因为是参数的显函数) 在计算机绘图中,绝大部分的拟合曲线和曲面都采用参数形式表示。 图6.1.1 曲线的矢量参数表示 由于曲面是一个二元函数,通常是用两簇相交的网格线表示,即将曲线的矢量参数表示法作一拓广就得到曲面的矢量参数表示法, 即 ?p=p(u, w) 0≤u, w≤1 拟合曲线、曲面是一类很重要的曲线曲面, 常用于表示实验、 测量或计算得来的数据。 插值性曲线:抛物线调配曲线、圆弧样条曲线、三次参数样条曲线、三次B样条插值曲线、三次Bézier 插值曲线等。 逼近性曲线: Bézier曲线、B样条曲线、有理B样条曲线、最小二乘法拟合曲线等。 三次参数样条曲线 1.三次参数曲线段的矢量方程 已知pi、pi+1为两个相邻的型值点, 现假设两点处的切矢量p′i、 p′i+1也已知, 如图6.2.1 所示, 要求构造一个三次参数曲线段。 图6.2.1 三次参数曲线段 设该段的矢量参数方程为 ? pi(t)
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