《计算机辅助几何造型技术》1
《计算机辅助几何造型技术》4-2

U = [u0 , u1 , " , u n + p ]
V = [v0 , v1 , " , vm + q ]
p×q阶B样条曲面定义如下
P (u , v) =
i =0 j =0
∑ ∑ Pij N i, p (u ) N j , q (v)
《计算机辅助几何造型技术》 14
10
对于最常用的端点插值B样条曲线,其第一段曲 线c0对应的矩阵可以化简为:
1 a 0, 2 ⎡k − 1 ⎢ k−2 3 ⎢ ⎢ % ⎢ A(0) = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 0 ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ % u +1 ⎥ 1 ⎥ k − u − 1 (u + 1)∑ % # ⎥ i =1 i % % a k − 3,k −1 ⎥ k −1 ⎥ 1 1 (k − 1)∑ ⎥ i =1 i ⎥ ⎦ a 0,3 a1,3 % " " a 0,k −1 a1,k −1 #
4.2.10.2 整条B样条曲线的降阶逼近: 对于一条有m个控制点的k阶非均匀B样条曲线(m>k),设其 节点矢量为
t = (0 ,0 ," ,0,1,2", n − k , n − k +1 , n − k + 1," , n− k + 1)
c kj (u )曲线可降阶的充要条件为: 线 降阶 充 条件
对曲线的控制顶点Vi选取适当的扰动εi,使得扰动后的曲线
ˆ kj (u ) = 1 u " u k −1 c
[
]
满足退化条件:
⎡ Vj + ε j ⎤ ⎢ V +ε ⎥ j + 1 j + 1 k ⎥ , u ∈ [0,1) M ( j + k − 1) ⎢ ⎢ ⎥ # ⎥ ⎢ + V ε ⎢ j + k −1 ⎥ ⎣ j + k −1 ⎦
计算机辅助几何造型

题号:409
《计算机辅助几何造型》
考试大纲
一、考试内容
1.向量代数基本知识:常矢量、变矢量、矢量运算;直线、平面的矢量方程。
2.曲线曲面基本知识:曲线曲面的矢量方程和参数方程;矢函数数及其应用;等距线、等距面;自然参数方程;曲线论基本公式;直纹面可可展曲面。
3.样条曲线:拟合、插值、逼近的基本概念;三次样条曲线的背景、曲线方程的构造求解;三次样条的局限性;参数样条曲线的概念、优点、特点、构造方法;佛格森(Ferguson)曲线。
4.孔斯(Coons)曲面:基本概念,构造方法;定义曲面的方式。
5.贝齐埃(Bezier)曲线曲面:基本概念;曲线曲面定义形式、基函数性质、几何性质;曲线几何作图法;曲线曲面的合成。
6.B样条曲线曲面:均匀B样条曲线表示形式、基函数特点;曲线曲面几何性质;B样条的正算、反算;三次参数曲线段的三种等价表示;非均匀B样条曲线的构造方式、基函数性质;重顶点的影响;重节点的影响;三次B样条的表达形式、双三次B样条曲面的表示形式
7.非均匀有理B样条(NURBS)曲线曲面:NURBS的特点;NURBS曲线曲面的定义形式、几何性质;权因子对曲线形状的影响;圆锥曲线的NURBS表示;常用曲面的NURBS表示。
二、参考书目
1.西北工业大学1002教研室,《计算机辅助几何造型技术》,西北工业大学内部教材,1997
2.施法中,《计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条》,北京航空航天大学出版社,1994。
计算机辅助几何设计专业介绍

计算机辅助几何设计专业介绍计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design,简写为CAGD)主要研究曲面造型的数学基础理论与方法。
1974年在美国的Utah大学举行了名为CAGD的学术会议,这次会议标志着CAGD作为计算数学的一个分支学科正式建立。
上世纪八十年代初,中国科学技术大学数学系的常庚哲教授和冯玉瑜教授分别在美国Utah大学、Brown大学和Wisconsin大学系统学习CAGD、样条函数和函数逼近论等最新进展。
随后两人相继回到中国科大,于1982年招收了第一批硕士研究生。
他们的归国与合作,标志着数学系CAGD研究小组的正式建立。
初期,CAGD研究小组在曲面的保形与逼近、三角域上的Bernstein-Bézier 曲面、样条函数等方面取得了一系列令国内外同行所关注的成果,曾获得中科院自然科技成果二等奖。
常庚哲教授于1984年到2000年一直担任国际刊物《Computer Aided Geometric Design》的编委,并于2007年在第三届全国几何设计与计算学术会议上获得由中国工业与应用数学学会几何设计与计算专业委员会颁发的首届“中国几何设计与计算贡献奖”。
研究小组与美国和欧洲等地的学者建立了广泛的国际联系。
近十年来,随着常庚哲教授和冯玉瑜教授相继退休,本研究小组队伍大大年轻化,形成了以陈发来、邓建松教授为主的年轻学术梯队,其中陈发来教授2002年获得国家杰出青年基金,并担任国际著名期刊《The Visual Computer》以及多个国内期刊的编委,多次担任国际会议的程序委员。
本小组继承了常庚哲、冯玉瑜教授开创的传统,在以计算代数几何为工具进行几何造型方面做了有特色的工作。
近几年来在以下几方面做了较为系统的研究:(1)分片代数曲面造型:通过系统学习计算代数几何的理论,提出了各种应用计算代数几何理论构造分片代数曲面的算法框架。
最近又基于优化的理论,提出了隐式曲面重构的新型算法,解决了以往方法中剖分难以构造等困难。
一本计算机辅助几何造型技术的新书

一本计算机辅助几何造型技术的新书
佚名
【期刊名称】《食品科学技术学报》
【年(卷),期】1991(000)001
【摘要】十年来,我国在以经济建设为中心的改革开放政策的指引下,高科技产业得到迅猛地发展.电子计算机的日益普及和广泛应用,使许多生产设计部门的面貌得以改观.尤其是几何造型技术的推广将在提高产品外观质量,加速产品的更新换代,增强企业和设计部门的经济效益等方面起积极的作用.在此技术背景下,我们翻译了[美]1985年出版的M.E.MORTENSON教授著"GtOME-TRIC MODELING"一书,这是最新、最系统地介绍计算机辅助几何造型的专著,它是从航空、造船、汽车工业中描述自由型曲面理论,以及在近二十多年的CAD/CAM基础上发展的新学科.【总页数】1页(P104-104)
【正文语种】中文
【中图分类】TS
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4.一本全面介绍中小学信息技术教学理论的专著——评学科教育新书《信息技术教学论》 [J], 南国农;杨改学
5.介绍一本先进制造技术与传统工艺相融合的新书——《日用玻璃制造技术》 [J], 卢琪
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《计算机辅助几何设计》课件共166页

计 计算机辅助几何设计开始以一门独立的学科出现。
xmu
计
算
1971年英国的福里斯特(Forrest)曾给出了含
机 义与CAGD大致相同的另一名称——计算几何
辅 (Computational Geometry),定义为形状信息的计
助 算机表示、分析与综合。但是由于“计算几何”
几 同时也用于另外一门介绍关于几何搜索、凸包、
厦门大学 曾晓明 教授
助教 杨军
1. 课程简介
计
算 机 辅 助 几 何 设
计算机辅助几何设计 (Computer Aided Geometric Design,简称CAGD)这一术语1974年由巴恩希尔 (Barnhill)与里森费尔德(Riesenfeld)在美国犹他(Utah) 大学的一次国际会议上提出,以描述计算机辅助设 计(CAD)的更多的数学方面,为此加上“几何”的 修饰词,在当时,其含义包括曲线、曲面和实体的 表示,及其在实时显示条件下的设计,也扩展到其 他方面,例如四维曲面的表示与显示。自此以后,
何 近似、相交等算法的学科,因此为避免“计算几
设 何”这一名称的二义性,这里沿用计算机辅助几 计 何设计这一学科名称。
xmu
1.1 CAGD的研究对象与核心问题
计
算
本学科是随着航空、汽车等现代工业的发展与
机 辅 助 几 何 设
计算机的出现而产生与发展起来的一门新兴学科。 其 主要研究对象是工业产品的几何形状。一类仅由 初等解析曲面(例如平面、圆柱面、圆锥面、球面、 圆环面等)组成,大多数机械零件属于这一类;第 二类由以复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓自由 型曲线曲面组成,例如飞机、汽车、船舶的外形零 件,而这一类形状单纯用画法几何与机械制图是不
计算机辅助几何造型技术作业答案

−a u
P26页第 题 页第16题 页第
解:
将 方 程 写 成 参 数 形 式:
γ ( θ , α ) = [ cos θ sin α
则:
sin θ sin α
cos α ] 0]
任 意 一 点 M 为 : γ( θ 0 , α 0) 0
γ α ( θ , α ) = [ cos θ cos α
//
对于一般参数方程曲率 k= r (t)×r (t)
/ // / 3
r (t)
1/ p =
( t / p +1)
2 2
3
p2 =
(ห้องสมุดไป่ตู้ + p )
2
2 3/2
因为Z=0,为平面曲线,所以挠率 K=0 ,为平面曲线, 因为
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南昌航空大学航制学院
2
P26页第 题 页第8题 页第
习题
r (u ) = u 2 u3
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0 2 i
γ ( u ) = 1
u ∈ [0, 2 ]
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u
u2
南昌航空大学航制学院
P44页第 题 页第1题 页第
(2)已 知 m 0 = m 2 = 1 / 2 由已知三个点的坐标值可知: h i = 1, λ i = 1 / 2, µ i = 1 / 2, ci = 0 根 据 m关 系 式 : λ1 m 0 + 2 m1 + µ 1 m 2 = c1 ⇒ m1 = − 1 / 4 所以该三次样条表达式为: 1 0 u3 −3 2 0 0 3 −2 0 1 −2 1 0 2 0 2 − 1 1 / 2 1 −1 / 4
计算机辅助几何造型技术课程设计

计算机辅助几何造型技术课程设计引言计算机辅助几何造型技术是一种计算机辅助设计技术,旨在通过计算机的帮助完成几何造型设计。
在当今这个高科技时代,计算机辅助几何造型技术已成为各个领域不可或缺的一部分,例如建筑、汽车工业、航空航天甚至艺术设计等等。
本课程设计旨在通过讲解计算机辅助几何造型技术的基本知识、软件操作技巧以及实际应用案例,提升学生对于计算机辅助几何造型技术的理解和掌握能力,为学生未来的职业发展奠定基础。
课程设计课程目标本课程旨在培养学生以下能力:•理解计算机辅助几何造型技术的基本概念和原理•掌握计算机辅助几何造型技术的常用软件操作技巧•运用计算机辅助几何造型技术进行实际应用案例分析与解决问题的能力•接触并了解计算机辅助几何造型技术在各个领域的应用情况课程内容第一章:计算机辅助几何造型技术基础概念•计算机辅助几何造型技术概述•建模基础•CAD软件概述及种类介绍第二章:计算机辅助几何造型技术常用软件学习•AutoCAD基础操作及绘图原理实战讲解•3DMAX建模原理与实例操作•UG NX 10操作实践•建筑信息模型(BIM)概述及基础操作第三章:计算机辅助几何造型技术应用案例研究•汽车设计应用案例研究•建筑设计应用案例研究•航空航天设计应用案例研究•金属加工应用案例研究课程考核•平时成绩:包括出勤率、课堂表现、作业成果和实验报告等方面•期末考核:笔试或证书考试实践操作本课程将通过以下途径进行实践操作:•课程中的实例及案例操作•个人或小组任务设计及实现•学生提供实际案例或问题,进行辅导及解决教材及参考书目•《计算机辅助几何造型技术基础》•《AutoCAD 2018入门与精通》•《3DMAX2019建模实战技术》•《UG NX 10多轴加工实例训练》•《建筑信息模型BIM基础与实践》结语计算机辅助几何造型技术的应用已经深入到各个领域,随着技术的进步和应用的推广,未来相关行业的需求也会越来越大。
本课程设计旨在为学生提供一种计算机辅助几何造型技术的培训方式,帮助学生更好地掌握该技术,为未来的职业发展打下坚实的基础。
[高等教育]计算机辅助几何造型技术-第2章
![[高等教育]计算机辅助几何造型技术-第2章](https://img.taocdn.com/s3/m/e55083ddf705cc17552709a6.png)
则曲线段方程为
y(u) y0 F0 (u) y1F1 (u) y0 ' G0 (u) y1 ' G1 (u)
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第二章 三次样条曲线与参数样条曲线
F0 (u), F1 (u), G0 (u), G1 (u) 称为埃尔米特基函数或三次混合函数
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第二章 三次样条曲线与参数样条曲线
四个混合函数的图形
F0 1 F1 1
o G0 1
1
u G1 1
o
1
u
o
1
u
o
1
u
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南昌航空大学航机学院
第二章 三次样条曲线与参数样条曲线
现在解决在任意区间 xi 1 , xi 上带一阶导数的插值问题
( j , k 0,1, , n)
yk 1 yk L1 ( x) yk ( x xk ) xk 1 xk
(点斜式),
xk 1 x x xk L1 ( x) yk yk 1 (两点式), xk 1 xk xk 1 xk
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设对应于区间两端的函数值与一阶导数值分别为:
yi1, yi, mi 1, mi
进行变量转换
x xi 1 x xi 1 u xi xi 1 hi
dx yu ' yx ' y x ' hi du
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第二章 三次样条曲线与参数样条曲线
i 1 , 2....n
y(x)在整个区间上二次连续可导 在每一个子区间上,y(x)是的三次多项式 则称y(x)是关于已知插值条件的三次样条函数, 由样条函数构成的曲线称为样条曲线。
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计算机辅助几何造型技术主讲教师:秦开怀教授、博导qkh-dcs@所在单位:清华大学计算机科学与技术系 时间:2007年9月~2008年1月Textbooks/ReferencesJ. Hoschek& D. Lasser, Fundamentals of Computer Aided Geometric Design A K Peters Computer Aided Geometric Design, A K Peters, Ltd, Massachusetts, 1993.David F Rogers Introduction to NURBS Morgan David F Rogers,Introduction to NURBS, Morgan Kaufmann,2001.L Piegl&W Tiller The NURBS Book(2L. Piegl & W. Tiller, The NURBS Book (2nd Edition), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, NewYork, 1997.York1997Carl deBoor, A Practical Guide to Splines, New York, Springer Verlag, 1978.York Springer-Verlag1978(Continued)M. E. Mortenson, Geometric Modeling , J h W l &S I 1985John Waley & Sons, Inc., 1985. G. Farin, Curves and Surfaces for ,Computer Aided Geometric Design (5th Edition), Elsevier Inc., 2002.(李双喜译,),,(CAGD 曲线曲面,科学出版社,2006)E J Stollnitz T DeRose &D H Salesin E. J. Stollnitz, T. DeRose & D. H. Salesin, Wavelets for Computer Graphics, Theory & Morgan Kaufmann PublishersApplications , Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco, 1996.(Continued)Denis Zorin & Peter Schroder, Subdivision for M d li d A i ti SIGGRAPH 2000Modeling and Animation , SIGGRAPH 2000 Course Notes #23, 2000. R. Barzel, Physically-Based Modeling for Computer Graphics, A Structured Approach,Academic Press, Inc., San Diego, 1992.D. N. Metaxas, Physic-Based Deformable ,yModels, Applications to Computer Vision, Graphics & Medical Imaging , Kluwer Academicp g g ,Publishers, Massachusetts, 1997.(Continued)Donald Hearn & M.Pauline Baker, C t G hi ith O GL (Thi d Computer Graphics with OpenGL (Third Edition), Pearson Education, 2004 (中译本赫恩等著本:赫恩等著, 蔡士杰等译,《计算机图形学(第三版)》, 电子工业出版社, 200506)2005-06.) J. D. Foley, et al, Computer Graphics: y,,p pPrinciples & Practice (2nd Edition in C),Addison-Wesley, Reading, MA, 1996.y,g,,G di P li Grading PolicyThree assignments 30%Discussions/learning in classroom 5% One project substituting for the final p j g examination 65%R kRemarksThe three assignment is to be completed individually on yourself, but discussions among fellow students areyourself but discussions among fellow students areallowed.The project substitutes for the final examination Two The project substitutes for the final examination. Twostudents can work together as a group.Absolutely no sharing or copying of any code for both Absolutely no sharing or copying of any code for boththe assignments and the project! Offenders will be givena failure grade and the case will be reported to theg pdepartment.You are welcome to turn off your mobile phone before You are welcome to turn off your mobile phone beforeattending lectures.This course concentrates on seven main issues:i iNURBS curves and surfaces (including Bezier, B-spline curves and surfaces)gTriangular surfacesGordon-Coons surfacesSubdivision surfaces of arbitrary topologySubdivision surfaces of arbitrary topologyThe 2nd generation wavelets for multi-resolution modelingmodelingSolid modelingNew technology for geometric modelingContents of This Course1.Introduction2.∆Mathematic BasicsAffine mapsAffine mapsDivided differenceFunction spaceGeometric basics from curves and surfaces 3.∆Interpolatory Polynomial SplinesHermite interpolationHermite interpolationContents of This Course Contents of This Course (Continued)Quadric polynomial spline curvesCubic polynomial spline curvesSolving a linear system of equations with a g y q tridiagonal coefficient matrix Cubic parametric spline curves Cubic parametric spline curves4.*Bezier Curves and Surfaces Bezier curves defined by edge vectorsBernstein-Bezier curvesProperties of Bernstein-Bezier curves(Continued)De Casteljau algorithmDi t ti f B iDiscrete generation of Bezier curvesDegree elevation of Bezier curvesD d i f B iDegree reduction of Bezier curvesBezier spline curvesBezier interpolation curvesMatrix formula of Bezier curvesRational Bezier curvesProduct & inner product of Bezier curves Bezier surfaces(Continued)5.*B-spline Curves and SurfacesB-spline basis functions and their p ppropertiesB-spline curvesOpen curves and knot vectorsOpen curves and knot vectorsUniform B-spline curvesEndpoint interpolating B spline curves Endpoint interpolating B-spline curvesClosed B-spline curves(Continued)Chaikin algorithmDe Boor algorithmInserting knots in B-spline curves Inserting knots in B spline curvesBoehm algorithmOlso algorithmGeneral knot insertion for B-spline curvesDegree elevation of B-spline curves Degree elevation of B-spline curvesMarsden identity and recursive degree elevationPrautzsch algorithm(Continued)Arbitrarily high degree elevation for B-spline curvesDegree reduction of B-spline curvesB-spline surfacesInterpolating B-spline curves and p g p surfaces Matrix formulas of B-spline curves and Matrix formulas of B spline curves and surfaces(Continued)Matrix formula of uniform B_spline curvesMatrix formula of non-uniform B_splines Inner product of B-spline curvesGeneralized Marsden identityB-spline curve productInner product of B-spline basis functionsInner product of B-spline curves6.*NURBS Curves and SurfacesNURBS curvesNURBS curvesRepresenting conics using NURBS(Continued)Parameterization of curvesfNURBS surfacesRepresenting quadrics using NURBS surfacesfInterpolating NURBS curves and surfaces 7.Blossoming PrincipleLooking at de Casteljau algorithm from a Looking at de Casteljau algorithm from a blossoming point of viewKnot insertion from a blossoming point of Knot insertion from a blossoming point of view(Continued)Generating de Boor points based on the blossoming principleblossoming principleDegree raising of B-spline curves by blossoming8.* Triangular SurfacesBarycentric coordinatesgTriangular Bezier surfacesContinuity conditions for triangular Bezier ppatchesRational Triangular surfaces(Continued)9.*Gordon-Coons SurfacesCoons surfacesGordon-Coons surfaces on rectanglesGordon-Coons surfaces on triangles0Subd s o Su a s o b a y 10.*Subdivision Surfaces of ArbitraryTopologyCatmull-Clark surfacesCatmull-Clark surfacesDoo-Sabin surfacesContinuity of uniform subdivision surfaces Continuity of uniform subdivision surfacesNon-uniform subdivision surfaces(Continued)Convergence and continuity of non-uniform subdivision surfaces11.*The 2nd Generation Wavelets forMulti-resolution modelingMulti-resolution modelingB-spline wavelets for Multi-resolution modeling Endpoint interpolating B-spline wavelets Endpoint interpolating B-spline waveletsArbitrary Non-uniform B-spline waveletsB-spline wavelets with constraintsB spline wavelets with constraintsSubdivision-based Surface waveletsLoop Subdivision WaveletsCatmull-Clark Subdivision Wavelets√3-subdivision-based Bi-orthogonal Wavelets(Continued)12.∆Scattered Data Interpolation13.*Intersections of Curves and Surfaces14.Solid Modeling14*Solid Modeling15.Parameterization Modeling for ShapeDesign and Feature-based Modeling 16.New Technology for Geometric 16.*New Technology for GeometricModelingHierarchical B splinesHierarchical B-splinesPhysics-based modelingContents of This Course Contents of This Course (Continued)Modeling fractalized scenes (mountains,f lowers etc.)Particle system for modeling fires, clouds, water, forests etc.1.Introduction1. IntroductionSome Applications of CAGDRepresentation of large data setsVisualizing productsAutomatically producing sectionalAutomatically producing sectional drawingsModeling surfaces arising inModeling surfaces arising in construction of cars, ships & airplanesDesigning pipe systems, e.g. in chemical plants(continued)Drawing marine charts and city and relief i h maps in cartographyProduction and quality control, e.g. in q y ,g the sewing machine, textile and shoe industriesPlanning and controlling surgery Creating images in advertising television Creating images in advertising, television and film industries(continued)Constructing virtual environmentsDescribing robot paths and controlling their movementstheir movementsControlling milling machines used in manufacturingCurve modeling with constrained B-spline wavelets 保特征点的多分辨率曲线造型29曲线的多分辨率分段无缝表示30细分曲面带约束的样条曲面小波左图是采用经典B 样条曲面小波分片多分辨率表示的结果,右图是采用带约束B 的样条曲面小波分片多分辨率表示的结果,其中约束施加在接合线处。