B-spline surface fitting by iterative geometric interpolation_approximation algorithms
文章目录
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。
2. 迭代几何插值拟合
2.1 算法流程
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
最小化目标函数:
定义Lagrange函数:
令,
得到:
从而有:
3. 迭代几何逼近拟合
3.1 分析过程
3.2 算法流程
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.]。