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AHT Bézier曲线 及 NUAHT B样条曲线

AHT Bézier Curves and NUAHT B-Spline Curves

  • 摘要: 曲线曲面造型是计算机图形学的重要课题。有理Bézier曲线 及 NUAHT B样条曲线模型和有理B样条(NURBS)模型虽然已成为CAGD(计算机辅助几何设计)系统中曲线曲面的标准表示形式. 但它们仍存在一些不足, 例如, 求导和求积运算比较复杂, 更重要的是, 它们无法精确表示CAD/CAM系统中经常用到的一些特殊的曲线曲面, 如悬链线、螺旋线, 极小曲面等. 为克服这些缺点, 人们相继在其他的函数空间中建立曲线曲面模型。 但现有的混合形式模型只能表示一类圆锥曲线,无法实现圆锥曲线的统一表示,这就给几何造型带来了不便。张纪文等利用三角函数和双曲函数的内在联系, 实现了圆锥曲线和多项式曲线的统一表示. 但在此模型中, 三角函数和双曲函数不能同时出现, 这就限制了它的曲线造型能力. 为了构造出一种相对完美的曲线曲面模型, 本文在空间spancost,sint,sinht,cosht,1,t,t^2,???,t^k-5中构造了拟Bézier基和拟非均匀B样条基. 在拟非均匀B样条基的构造过程中, 由于节点情况比较复杂, 本文巧妙地利用行列式把所有的节点情况统一到一个表达式中. 然后, 本文以这两组基为基础构造了相应的曲线曲面模型, 称之为代数双曲三角Bézier 曲线曲面及非均匀代数双曲三角B样条曲线曲面. 此类曲线曲面具有与多项式空间中的Bézier 曲线曲面及非均匀B样条曲线面完全类似的性质. 它们除了可以表示通常的多项式曲线曲面外,还可以精确表示所有的圆锥曲线曲面和一些超越曲线, 如螺旋线, 悬链线, 以及一些特殊的极小曲面,并且不需要有理形式,同时,求导和求积运算也非常方便,这非常有利于分析曲线曲面的性质。为了突出新模型的实用价值, 本文还利用该模型给出了圆、螺旋线、悬链线、正螺面、悬链面以及两类极小曲面的几何构造方法, 从而为把以上的特殊曲线曲面模型引入CAD造型系统提供了一个有力工具. 因此, 本文提出的新模型不仅具有重要的理论价值, 而且在工程实践中也有重要的应用价值, 有望成为CAD系统中新的曲线曲面标准表示形式。

     

    Abstract: In this paper, we present two new unified mathematics models of conics and polynomialcurves, called \it algebraic hyperbolic trigonometric (\it AHT)\it B\'ezier curves and \it non-uniform algebraic hyperbolictrigonometric (NUAHT) B-spline curves of order n, which aregenerated over the space \rm span\\sin t,\cos t,\sinh t,\cosht,1,t,\ldots,t^n-5\, n\ge 5. The two kinds of curvesshare most of the properties as those of the B\'ezier curves andB-spline curves in polynomial space. In particular, they canrepresent exactly some remarkable transcendental curves such as thehelix, the cycloid and the catenary. The subdivision formulae ofthese new kinds of curves are also given. The generations of thetensor product surfaces are straightforward. Using the newmathematics models, we present the control mesh representations oftwo classes of minimal surfaces.

     

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