曲线主要包括基本曲线、二次曲线和自由曲线。其中,基本曲线包括直线、圆弧和圆等。二次曲线包括椭圆、双曲线、抛物线、螺旋线和一般二次曲线等。自由曲线又分为Bézier(贝塞尔)曲线、B样条曲线和非均匀有理B样条曲线等。自由曲线是一般函数不能表达的曲线。现实生活中这种曲线比比皆是,如汽车发动机的气道等。基本曲线和二次曲线比较简单,不再叙述,下面主要对自由曲线进行简要的介绍。
1.Bézier(贝塞尔)曲线
Bézier曲线的每一段k阶曲线可以表示如下:
其中ui为节点值。若节点值等间隔,则对应均匀B样条曲线,否则为非均匀B样条曲线。三阶B样条曲线的形式为:
其中
Bézier曲线是曲线造型中的一个里程碑,它以逼近原理为基础,应用Bézier曲线逼近自由曲线或由设计师勾画的草图,真正起到“辅助设计”的作用。Bézier曲线在CAD/CAM领域发挥了重要的作用。(www.daowen.com)
Bézier曲线也有其缺点。首先,Bézier曲线不具备局部性,即特征多边形的每一个控制点都对曲线的形状产生影响,修改一处就会影响整条曲线的形状,故不能作局部修改;其次,当曲线的形状复杂时,需要增加特征多边形的顶点数,曲线的幂次也随之增高,从而增加了计算量;最后,当曲线的幂次较高时,Bézier曲线的形状与其定义的多边形有较大差异时,不够直观。吸收Bézier曲线的优点,去除其缺点,就产生了B样条曲线。
2.B样条曲线
B样条曲线的参数方程表示如下:
均匀B样条曲线的特点是节点等距分布,由于各节点集形成B样条函数相同,故可看作同一条B样条曲线的简单平移。一般情况下,应用均匀B样条方法可获得满意的结果,而且计算效率高。但均匀B样条曲线存在如下问题:1)不能贴切地反映控制顶点的分布特点;2)当型值点分布不均匀时,难以获得理想的插值曲线。对于这两种情况,可借助非均匀B样条曲线以获得良好的效果。此外,在自由曲线设计中经常会遇到传统的圆锥曲线,但无论是均匀B样条曲线还是非均匀B样条曲线都不能对其作精确表示。在此种情况下,需要应用均匀有理B样条曲线,即NURBS曲线。NURBS曲线可以用同一的方式表示一条由直线、圆锥曲线和自由曲线构造的复合曲线。
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