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一、B样条曲线的历史

1946年,schoenbeg( 舍恩伯格 )提出样条的概念

1972年, de Boor和Cox分别提出了B样条的计算方法

1974年,Gordon和Riesenfeld将B样条理论用于形状描述,提出了B样条曲线和曲面

二、B样条曲线的定义


B样条曲线分类(依据节点矢量中节点分布情况):

均匀B样条曲线(Uniform B-Spline Curve)- 节点均与分布

准均匀B样条曲线(Quasi-uniform B-Spline Curve)- 两端节点重复度k+1

分段Bezier曲线(Piecewise Bezier Curve)- 两端节点重复度k+1,内节点重复度k

非均匀B样条曲线(Non-uniform B-Spline Curve)- 节点非递减,两端节点重复度≤k+1,内节点重复度≤k

均匀B样条定义:

若给定m+n+1个控制顶点Ph(h=0,1,2,…,m+n) ,则第i段(i=0,1, …,m,共m+1段)、n次等距分割的B样条曲线函数为


Fl,n(t)为第i段,n次B样条基函数(B样条分段混合函数)


Pi+l为定义第i段曲线的特征多边形的n+1个顶点(l=0,1,2,…n)。

说明:

B样条曲线是分段定义的。如果给定 m+n+1 个顶点 Ph ,则可定义 m+1 段 n 次的参数曲线

B样条曲线是分段构成的,所以控制多边形对曲线的控制灵活直观。若给定m+n+1个控制点,可以构造一条n次B样条曲线,它是由m+1段n次曲线首尾相接而成,而每段曲线则由n+1个顶点所构造。

三、B样条曲线的推导

1. 一次B样条曲线


2. 二次B样条曲线


二次B样条曲线为抛物线:


二次B样条曲线的性质:

1)端点的位置:起点在P0P1的中点;  终点在P1P2的中点


2)端点的切实量:起点处的切矢量为P0P1 ; 终点处的切矢量为P1P2


3)局部性:每一段二次B样条曲线受三个控制点的影响,修改一个控制点的位置只影响三条曲线的形状。


4)自动连续性:

自动保持光滑连接:每在控制点序列中添加一个点都会多生成一段B样条曲线,且与原曲线保持C1连续

5)凸包性

6)几何不变性

3. 三次B样条曲线


三次B样条曲线表示的曲线:


三次B样条曲线的性质:

1)端点的位置:起点在  的1/3处;  终点在 的1/3处



2)端点的切实量:

   起点处的切线矢量平行于P0P2,长度为其一半;   终点处的切线矢量平行于P1P3,长度为其一半


3)局部性

每一段三次B样条曲线受四个控制点的影响,修改一个控制点的位置只影响四条曲线的形状。


4)自动连续性

5)凸包性

6)几何不变性

四、B样条曲线的绘制