Implicit Surfaces (一)

写在最前面:

本文只是对“Level Set Method and Dynamic implict Surfaces”这个文章的翻译,和添加自己的一点点的理解

正文开始:

第一部分:模糊表面(implicit surfaces

接下来我们将对 implicit surfaces进行介绍,然后对一系列的参数进行讲解,当然这些参数将会在后续的过程中被使用到。(要是不会用到,也不会那么傻乎乎的去提,对不对,嘻嘻~~~)

1. 模糊函数

1.1 Points(一维边界为点)

在下面图中所画的那样子(请注意改图并没有y轴),我们先看X轴,当x取-1和1时,我们把X轴分成了三部分:(负无穷,-1), (-1, 1), (1, 正无穷)。

我们将Implicit Surfaces (一)称为内部区域,

Implicit Surfaces (一)称为外部区域

把{-1, 1}称为边界(interface)(请注意,这里为花括号)

其中,边界的维度总是会比整个区域的维度低一个等级。比如,只看x轴的话,整个区域算是一个一维空间, 那么此时的边界就是零维度的。

Implicit Surfaces (一)

边界又可以分析确定边界和模糊边界。

比如:在上述列子中所提到的,可以用具体数值描述的{-1, 1}就属于确定边界

模糊边界,则使用某些函数的等高线(函数图像)来表示。如上图所示:Implicit Surfaces (一)。可以通过确定不同的值域来得到相应的定义域,因为这个值域的选择时随机的,所以称之为模糊边界

1.2 曲线(二维边界为线)

当在二维空间时,我们的边界时一维的。这时的边界是一条曲线。并且我们提前做好约束,在我们讨论的所有曲线中都要求时封闭的。

如下图所示(请注意这里的图是有y轴的),曲线Implicit Surfaces (一)将整个区域分成了两部分,在曲线内的称为内部,曲线外部称为外部。(此时值域时取了0的)

Implicit Surfaces (一)

在二维空间中,确定边界要求能够准确描述曲线上所包含的所有点。但是这个确定变的定义或者说时表述方式并不简单。以下为具体方法: 用一个向量函数Implicit Surfaces (一)来描述边界曲线,对参数s进行离散化:Implicit Surfaces (一), 其中每个区间之间的大小可以不相等。其中我们用Implicit Surfaces (一)来表示曲线相应的二维的位置。

在二维空间中,模糊边界也是利用离散话的方式,但是与上面所说的不同,我们使用的时对有界子区域(不再是线)Implicit Surfaces (一)来完成离散化。

其中用Implicit Surfaces (一)来无限接近模糊函数Implicit Surfaces (一)。在选择(x, y )的时候会有一点点小技巧

我们不是取边界线内部区域所有的点,而是去选择靠近确定边界曲线的点。

interpolation(插值)概念的引入:正如上述所描述的那样,对于确定边界的区间和模糊边界的区域我们都进行了离散化。但是你有没有想过,我们的区间(或者区域)其实只能包含对应的那一部分区间(区域),仍旧有一部分的并没有被具体描述的。因此针对这个情况,引入了interpolation的概念。for example: 分段多项插值就可以用来确定数据点之间的边界形状。

grid(网格)概念的引入: 将定义模糊函数的数据点集我们称之为网格。我们常用的网格叫做:Cartesian grid(笛卡尔网格)

笛卡尔网格的定义如下:Implicit Surfaces (一)

其中,要求满足Implicit Surfaces (一)

Implicit Surfaces (一)

还需要满足,xi之间和yi之间的间距时相等的。

由以上描述可知,笛卡尔网格是一个矩形区域:Implicit Surfaces (一)

当然,也不是说D内所有的点都是有用的。只要靠近确定边界附近的点,才具有存在的意义。这一点不要忘了哈。

1.3 面(三维边界为面)

当在3D空间时,我们的边界时二维的。这时的边界是一个曲面。并且我们提前做好约束,在我们讨论的所有曲线中都要求时封闭的。

我们取边界函数为:Implicit Surfaces (一)。当值域取0时,我们就可以得到一个半径为1的球面。球面以内为内部,球面以外为外部。

模糊曲面最好的属性之一是不需要为离散化确定相关性。

笛卡尔网格的Implicit Surfaces (一)

可以与来自两个空间维度的技术的直接概括一起使用。