计算机图形学 曲线曲面参数表示的基础知识
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(4条消息)曲线曲面基本理论一、曲线曲面基本理论计算机图形学三大块内容:光栅图形显示、几何造型技术、真实感图形显示。
光栅图形学是图形学的基础,有大量的思想和算法。
几何造型技术是一项研究在计算机中,如何表达物体模型形状的技术。
描述物体的三维模型有三种 :线框模型、曲面模型和实体模型线框模型用顶点和棱边来表示物体曲面模型只描述物体的表面和表面的连接关系,不描述物体内部的点的属性实体模型不但有物体的外观而且也有物体内点的描述。
二、曲线曲面基础1 、显示、隐式和参数表示曲线和曲面的表示方程有参数表示和非参数表示之分,非参数表示又分为显式表示和隐式表示。
对于一个平面曲线,显式表示一般形式是:y = f(x)。
在此方程中,一个x值与一个y值对应,所以显式方程不能表示封闭或多值曲线。
如果一个平面曲线方程,表示成 f(x,y)= 0 的形式,称之为隐式表示。
隐式表示的优点是易于判断一个点是否在曲线上。
2、显式或隐式表示存在的问题(1)与坐标轴相关(2)用隐函数表示不直观,作图不方便(3)用显函数表示存在多值性(4)会出现斜率为无穷大的情形3、参数方程为了克服以上问题,曲线曲面方程通常表示成参数的形式,假定用t表示参数,平面曲线上任一点P可表示为:p ( t ) = [ x ( t ), y ( t ) ]空间曲线上任一三维点P可表示为:p ( t ) = [ x ( t ) , y ( t ) , z ( t ) ]它等价于笛卡儿分量表示:p ( t ) = x ( t ) i + y ( t ) j + z ( t ) k这样,给定一个t值,就得到曲线上一点的坐标。
假设曲线段对应的参数区间为[a,b],即a≤t≤b。
为方便期间,可以将区间[ a,b ]规范化成[ 0,1 ],参数变换为:该形式把曲线上表示一个点的位置矢量的各个分量合写在一起当成一个整体,考虑的是曲线上点之间的相对位置关系而不是它们与所取坐标系之间的相对位置关系。
曲面与曲线知识点总结一、曲线与曲面的基本概念曲线是在平面上的点按照特定的规则所组成的图形,而曲面则是在三维空间内的点按照特定的规则所组成的图形。
在数学上,我们可以用函数来描述曲线和曲面,从而研究它们的性质和特点。
1.1 曲线的性质曲线可以是直线、圆、椭圆、抛物线、双曲线等不同类型的图形。
我们可以通过曲线的方程以及参数方程来描述它的形状和位置。
曲线的长短、曲率、切线、法线等性质对于描述曲线的形态和特点至关重要。
1.2 曲面的性质曲面可以是球面、圆柱面、圆锥面、双曲面、抛物面等不同类型的图形。
我们可以用二元函数或者参数方程来描述曲面的形状和位置。
曲面的曲率、切线、法线等性质是研究曲面形态的重要工具。
1.3 直角坐标系和参数方程在研究曲线和曲面的性质时,我们可以使用直角坐标系、参数方程和极坐标系等不同的数学工具来描述它们的形态和位置关系。
不同的描述方法可以帮助我们更好地理解曲线和曲面的性质。
二、曲线的方程与性质曲线方程是研究曲线性质的重要工具,通过曲线方程我们可以得到曲线的形状、位置、长度、曲率等重要信息。
2.1 一元曲线的方程一元曲线的方程可以用直角坐标系的方程或者参数方程来表示。
常见的一元曲线包括直线、圆和椭圆、抛物线、双曲线等。
这些曲线都有各自的特点和性质,通过曲线方程我们可以了解它们的形状和位置关系。
2.2 二元曲线的方程二元曲线的方程可以用参数方程或者隐式方程来表示。
常见的二元曲线包括螺线、双曲线、阿基米德螺线等。
通过曲线方程我们可以了解二元曲线的性质和特点。
2.3 曲线的性质曲线的性质包括长度、曲率、切线、法线等重要内容。
通过曲线方程和导数的求解,我们可以求得曲线的长度、曲率和切线、法线等相关信息,从而了解曲线的形态和特点。
三、曲面的方程与性质曲面方程是研究曲面性质的重要工具,通过曲面方程我们可以得到曲面的形状、位置、曲率等重要信息。
3.1 一元曲面的方程一元曲面的方程可以用隐式方程或者参数方程来表示。
第三讲 曲线曲面基本理论1概述(a) 飞机 (b) 船舶 (c) 汽车图 1-1 曲线曲面造型应用曲线曲面造型(Surface Modeling)是计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design, CAGD)和计算机图形学的一项重要内容,主要研究在计算机系统中如何用曲线曲面表示、设计、显示和分析物体模型。
它在航空航天、船舶、飞机、汽车等行业得到广泛应用(如图1-1所示)。
由Coons 、Bezier 等大师于二十世纪六十年代奠定其理论基础,经过三十多年的发展,曲线曲面造型现在已形成了以有理B 样条曲线曲面(Rational B-spline Surface)参数化特征设计和隐式代数曲线曲面(Implicit Algebraic Surface)表示为主体的两类方法,且以插值(Interpolation)、逼近(Approximation)手段为几何理论体系。
1.1曲线曲面表示曲线曲面可以用三种形式进行表示,即显式、隐式和参数表示,三种形式表示如下。
显式表示:形如),(y x f z =的表达式。
对于一个平面曲线而言,显式表达式可写为)(x f y =。
在平面曲线方程中,一个x 值与一个y 值对应,所以显式方程不能表示封闭或多值曲线,例如,不能用显式方程表示一个圆。
隐式表示:形如0),,(=z y x f 的表达式。
如一个平面曲线方程,隐式表达式可写为0),(=y x f 。
隐式表示的优点是易于判断函数),(y x f 是否大于、小于或等于零,也就易于判断点是落在所表示曲线上或在曲线的哪一侧。
参数表示:形如)(t f x =,)(t f y =,)(t f z =的表达式,其中t 为参数。
即曲线上任一点的坐标均表示成给定参数的函数。
如平面曲线上任一点P 可表示为)](),([)(t y t x t P =,如图1-2(a)所示;空间曲线上任一三维点P 可表示为)](),(),([)(t z t y t x t P =,如图1-2(b)所示。