CAGD中带形状参数的曲线曲面理论及其应用研究

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带形状参数的Bezier曲线和B样条曲线的扩展目前为计算机辅助几何设计中研究的热点问题。这一问题研究的主要原因在于:随着几何造型工业的快速发展,原有的Bezier方法、B样条方法、有理Bezier方法、NURBS方法等已越来越难以满足曲线几何造型中的日益需求,曲线造型对曲线的灵活性、形状可调性、逼近性和描述能力提出了更高的要求,通过引入形状控制参数,对已有的方法进行扩展可以有效地改变曲线的形状或位置,增加曲线的灵活性、形状可调性、逼近性和描述能力等。前人提出的三次扩展Bezier曲线—CE-Bezier曲线,不仅具有三次Bezier曲线类似的性质,而且具有优良的形状可调性和更好的逼近性,可灵活实现更多种逼近方式。C-B样条理论一方面能够准确地描述二次曲线,另一方面继承了许多B样条方法的优点,适用于构造包含有二次曲线曲面的工程曲面。本文在前人的基础上,对CE-Bezier曲线理论进行了进一步的完善并运用张量积方法将CE-Bezier曲线的构造方法推广到曲面上,重点研究了曲面的拼接技术。对C-B样条曲线造型理论及基于约束优化的形状修改问题作了进一步研究。首先,研究了参数曲线曲面造型中的拼接技术,给出一种新的曲线造型方法,通过C-B样条曲线与有理三次Bezier曲线拼接,将两种曲线优点相结合,解决了C-B样条造型中半圆弧及半椭圆弧的精确表示问题。其次,研究了CE-Bezier曲线曲面理论。包括介绍了两类CE-Bezier曲线及其基函数的性质,形状参数的几何意义,重点讨论了第一类CE-Bezier曲线的G1、G2光滑拼接条件,第一、第二类CE-Bezier曲面的创建与G1光滑拼接条件,以及两类CE-Bezier曲线在曲线曲面造型中的应用。最后运用约束优化方法,修改C-B样条曲线的多个控制顶点,使得C-B样条曲线通过调整的控制顶点,使修改前后曲线的距离范数达到最小。同时给出了单目标点约束的C-B样条曲面的形状修改问题,并在上述理论的基础上给出了相应实例。
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