对NURBS曲线曲面进行形状调整的研究

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作为CAD系统国际工业标准之一的NURBS曲线曲面在计算机辅助几何设计(CAGD),计算机图形学(CG)和几何造型(GM)等应用领域中都具有非常重要的作用.随着这种几何模型的广泛应用,尤其是在交互式设计中,对NURBS曲线曲面形状进行调整是一个十分重要的环节,本文研究了以往对NURBS曲线曲面进行形状调整的方法,同时提出了一种新的调整方法——导矢叉乘法.本文首先对NURBS的发展和一些基本概念作了比较简短的概括性介绍,指出了对NURBS曲线曲面进行形状调整的可行性和必要性.接下来,本文实现了一种对NURBS曲线进行形状调整的新方法——导矢叉乘法.新方法用新旧曲线上对应点的两个导矢叉乘平方的积分定义目标函数,通过极小化目标函数使新曲线偏离原曲线的程度最小,从而求出控制点的变化量,进而得到所求的NURBS曲线.这一方法的主要工作包括:1)约束条件的定义:根据NURBS曲线的定义,以及调整曲线上某点或者多点处的及和性质,这些几何性质转化成相应的数学表示,形成一个或多个约束条件.2)目标函数的确定:用调整后曲线同原曲线同一参数对应点处的导矢叉乘平方的积分来定义此函数,并且极小化此目标函数,再加上前边定义的约束条件,共同形成一个线性方程组.3)目标方程的解法:经过一系列的推导,得到此线性方程组的解,从而求得控制定点的变化量.最后通过实际的例子对此方法和以往三个有代表性的方法:min-length法、折弯能量法、拉伸能量法产生的结果和误差进行了比较,结果证明了这种方法的有效性和实用性,即新方法生成的新曲线偏离原曲线的程度最小,从而更具有原曲线所定义的形状.
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