离散点拟合曲线,Bezier,B样条.ppt

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1、第三章离散点绘制平面曲线§1概述§2贝塞尔(Bezier)曲线§3B样条曲线§4抛物线调配曲线§5三次参数样条曲线本章小结一、规则曲线与不规则曲线平面曲线一般分规则和不规则曲线两类。规则曲线是指可以用一个方程或描述的曲线，即曲线的方程已知。这类曲线的绘制方法：以足够小的步长取曲线上足够多的点，然后利用曲线方程求出这些点的坐标，最后用直线连接相邻的点即可绘出曲线。曲线的绘制精度取决于曲线上取点的密度，密度越大，精度就越高，曲线就越光滑。§1概述不规则曲线（拟合曲线）：指已知平面一些离散点的坐标，但曲线方程未知，需要人为设计曲线方程对

2、这些点进行拟合形成的曲线。对于这类曲线的绘制，首先要找出一种合理的拟合方法来设计曲线方程。拟合方法包括：贝塞尔曲线法、B样条曲线法、抛物线调配曲线法、三次参数样条曲线法，最小二乘法等。拟合方法不同→曲线拟合方程不同→绘制的曲线形状也不同。但是，一旦拟合方法确定并得到相应的曲线拟合方程，不规则曲线也就变成了规则曲线。本章的内容就是介绍：如何根据离散点的坐标，利用拟合方法建立曲线拟合方程，绘制不规则曲线。§1概述在用拟合方法建立曲线拟合方程时，通常把不规则曲线分为两类：1.“点点通过”式当已知离散点的位置较精确时，拟合的曲线通过所有的

3、已知点。曲线方程确定后→规则曲线→以足够小的步长获取相邻离散点之间若干个数据点（插值点）的坐标，并用直线连接它们。当步长极小时，所绘出的直线连线在视觉上便是一条光滑的曲线。求相邻离散点之间若干数据点的问题称为插值问题。二、不规则曲线（拟合曲线）的分类§1概述2.“平均通过”式当已知数据点有一定误差时，所拟合的曲线不通过所有已知点，曲线代表的是这些数据点的变化趋势。1000-2000-3000-4000-102030402.02.22.4深度/m总孔隙度（%）密度要求：设计的曲线方程与所有已知点的“距离”总和最小。即：曲线方程是对所

4、有已知点的“逼近”。典型例子：地层孔隙度－深度变化曲线。“点点通过”式也称为插值曲线，“平均通过”式也称为逼近曲线。§1概述一般可分为直角坐标方程和参数方程两类。例如：对于圆心坐标为(x0,y0)，半径为r的圆，其直角坐标方程为：(x-x0)2+(y-y0)2=r2参数方程为：在计算机绘图时，使用参数方程要比直角坐标方程方便。参数方程还有另外一种形式。三、曲线的方程分类x=x0+rcos(t)y=y0+rsin(t)（0≤t≤2π）§1概述例如：对于二次抛物线曲线，其参数方程可表示为设上述参数方程可写为：方程②称为曲线的参数矢量方

5、程。在构建曲线方程时，通常采用方程②的矢量形式；在绘制曲线时，通常采用方程①的分量形式。①②§1概述当平面上已知数据点较多时，针对所有点拟合曲线方程有时非常困难，或者得到的曲线方程非常复杂、不实用。可分别针对部分点进行分段拟合，分段拟合得到的曲线段会涉及到曲线段的连接问题。例如：若已知3个平面离散点，用1条抛物线段对其拟合；若有5个点，可用2条抛物线段进行分段拟合。两条曲线段在连接点P3处，并非光滑，需对该点进行光滑处理。在光滑处理时，达到什么标准为“光滑”呢？给出2个一般标准：四、曲线段的光滑连接§1概述1.C1连续在连接点pj

6、处，若两曲线段的切线斜率相等（相同的切线），或者说一阶导数连续，即称两曲线段在连接点pj处的光滑连接达到C1连续。2.C2连续在连接点pj处，不仅两曲线段的切线斜率相同，而且切线斜率的变化率也相同，即称两曲线段在连接点pj处的光滑连接达到C2连续。显然C2连续比C1连续要求更高，曲线的连接更光滑。另外还有更高的连续标准，但对一般绘图，曲线段的连接满足C1或C2连续，其光滑已足够。。pj及可以设计一个光滑的曲线段去逼近这个特征多边形。贝塞尔曲线就属于这类曲线。该曲线由法国汽车工程师Bezier首先提出，最初用于汽车零件外形的设计。目

7、前广泛应用于与计算机绘图相关的各个领域。§2贝塞尔曲线一、Bezier曲线1.特征多边形特征多边形是用直线段依次连接平面上离散点所形成的折线多边形。它反映了所要设计曲线的大致轮廓。P0P1P2P4P3P52.Bezier曲线的参数方程已知三个平面离散点P0、P1、P2，那么由这三点可以定义二次抛物线段，其参数矢量方程可表示为：其中§2贝塞尔曲线P0P1P2经过推导（详见教材P58），可求出A0、A1、A2：⑴t=0时，抛物线经过P0，并与P0P1相切。⑵t=1时，抛物线经过P2，并与P1P2相切。设上述抛物曲线满足下列条件：§2贝

8、塞尔曲线因此，该抛物线段的参数矢量方程为：或用矩阵形式表示：该方程描述的曲线称为二次贝塞尔曲线。其分量形式为：§2贝塞尔曲线绘制方法：将参数t的区间[0,1]划分为n等份，依次取t=1/n,2/n,3/n,…，利用曲线参数方程计算对应的各点坐标，并