B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

1. 主要思想

根据点面的距离多次迭代更新控制顶点:

设置迭代开始的控制顶点,然后求已知点和初始曲面最近的一点的差值来更新控制顶点,多次重复这个过程,直到求得满意的曲面。

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

2. 迭代几何插值拟合

2.1 算法流程

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

2.2 加速方法

(1)最近点的固定

迭代几何算法最耗时的过程是最近点的计算,但在几次迭代后最近点的参数值,几乎没有变化,因此在几次迭代后可以将最近点固定下来。

(2)控制点的最优重定位

基于迭代几何算法的B样条曲面插值技术,通过简单的点-面距离计算,然后沿误差矢量平移控制点,从而全局更新控制点。然而,由误差向量的大小决定的平移长度可能不是最优的,可以通过寻找平移向量的最佳长度来加快计算速度。

推导过程如下:

T代表目标点
B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms
最小化目标函数:

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

定义Lagrange函数:

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

令,

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

得到:
B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms
B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms
从而有:
B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms
B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

3. 迭代几何逼近拟合

3.1 分析过程

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithmsB-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

3.2 算法流程

B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms

4. 标准方法与迭代几何方法的对比

4.1 优点

  • 算法很快达到一个粗略的拟合,可以通过执行更多的迭代来逐步获得更精细的拟合。
  • 由于算法在每次迭代中通过平行于误差向量(与曲面正交)移动每个控制点以间接方式进行参数校正,因此即使不进行平滑处理,得到的曲面质量通常也很好。
  • 实现比标准拟合方法简单得多。
  • 能够很简单地实现局部控制。

4.2 缺点

插值:

当数据点稀疏时,标准拟合方法速度较快。然而,随着数据密度的增加,迭代几何方法变得更快。

逼近:

对于高度不均匀的点云,很难拟合出高质量的表面。

5. 改进

  • 曲面逼近方法的加速
  • 将曲面插值方法拓展为点-切线-曲率曲面插值法
  • 尝试其他的参数化方法,如floyer和Reimers提出的“无网格参数化”方法。
    [Floater MS, Reimers M. Meshless parameterization and surface reconstruction.Computer Aided Geometric Design 2001;18(2):77–92.]。