一、Bezier曲线历史
1962年贝塞尔提出新的曲线表达方式:用向量和多项式结合,表达曲线、曲面
1971年,贝塞尔发表一种由控制多边形定义曲线的方法,并作为UNISURF CAD系统的理论存在。
法国雪铁龙(Citroen)汽车公司的de Casteljau于1959年发明也独立研究发展了同样的方法,但结果从未公开
二、Bezier曲线定义
1. Bezier曲线的定义
空间给定n+1个点的位置矢量P0、P1…Pn,则n次Bezier曲线上各点坐标的拟合公式为:
其中伯恩斯坦(Bernstein)基函数 的定义为;
公式中,假设:
2. 伯恩斯坦基函数性质
1)非负性
2)端点性质
3)归一性
4)对称性
5)递推性
3. Bezier曲线推导
1)一次Bezier曲线
一次Bezier曲线为两点确定的直线:
2)二次Bezier曲线
二次Bezier曲线为抛物线:
3)三次Bezier曲线
三次Bezier曲线形式:
三、Bezier曲线的性质
1. 端点位置:经过起点和终点
2. 端点切矢量:与控制多边形的始边、终边相切
3. 对称性
保持控制多边形顶点的位置不变,但顺序颠倒,所得新Bezier曲线形状不变,参数变化的方向相反
4. 凸包性
Bezier曲线位于其控制多边形的凸包之中。
证明依据—伯恩斯坦基函数的非负性、归一性
5. 几何不变性
Beizer曲线的形状不随坐标变换而变化的特性。Beizer曲线的形状只与各控制顶点的相对位置有关
6. 变差缩减性
若Bezier曲线的特征多边形P0P1...Pn是一个平面图形,则平面内任意直线与P(t)的交点个数不多于该直线与其特征多边形的交点个数。
该性质反映了Bezier曲线比其特征多边形的波动小,也就是说Bezier曲线比特征多边形的折线更光顺
四、Bezier曲线的连续性
设两段三次Bezier曲线S1和S2的控制点分别为P0、P1、P2、P3和Q0、Q1、Q2、Q3, S1和S2连续的条件:
1. C0连续:P3和Q0为同一点
2. G1连续:如何确定两条曲线的顶点位置关系?
五、Bezier曲线的绘制