从曲线的曲率图的直观理解
看上去光滑的曲线,放大后发现是凹凹凸凸的(右)
Fairing Design is Important!
• Shoe sole
• Cam profile
• Ship hull:船的表面光顺可以减小水的阻力。
• Car profile
• Plane profile
• …
光顺的定义
为什么光顺难以定义
光顺是一种微观的性质,很难描述
是否光顺取决于人的主观和经验
没有明确的数学定义
没有客观的测量方法
光顺的参考定义
- [Su and Liu 1978]
- C2 continuous
- curvature plot is free of any unnecessary variation
例如: the distribution of curvature must be as uniform as possible.
- [Farin and Sapidis, 1989]
- curvature plot consists of relatively few 单调段(monotone pieces)
- [Farin 2002]
- curvature plot is continuous
- curvature plot consists of only a few monotone pieces.
- [Roulier and Rando, 1994]
- C2 continuous
- minimizes the integral of the squared curvature with respect to arc length
∫ck2ds=MIN
这是用整条曲线的能量来定义,是全局面定义法。
Observations of Fairness
- Neither a global problem nor a local problem, but a large local problem
• Not an energy minimization problem - Need not C2 continuous
• Circular spline - Intimately related to uniform distribution of curvature
• Curvature is a “magnifier” of the curve fairness
不能用∫K2=MIN 来定义,有可能k不大,但频繁挠 动,仍不算光顺。
Example 1
y=sinx,x∈[0,6π]
The curve is C∞,但并不光顺
原因:拐点(vibration)数太多
拐点即 from convex to concave or from concave to convex
Example 2
y=1+δ0x2+sinx,x∈[0,6π],δ>0
y″=1+δ−sinx>0
The curve is C∞且一直在递增无拐点,但仍不光顺
原因:y″有太多振荡。
Example 3
The curvature function y″(x)不满足G2连续。
k1与k2变化不大时光顺。
原因:y″(x) has large amplitude at discontinuity point.
不满足C2连续,但光顺,因此C2不是必须的。
曲线的光顺的“新定义”
一条曲线是光顺的,如果
(1)它是Cl+1(l>0)连续的;
(2)它的曲线本身拐点较少;
(3)它的曲率图的拐点较少;
(4)它的曲率图变化的振幅相对小。
说明 1: 条件(1)中的 C1+l 是要求曲线为 C1 连续而不必C2,但C1的导数满足有界变差。条件 (4) 则要求曲线在曲安非连续点处的跳跃要尺尽可能小。
说明 2: 满足 (2)和(3)描述的曲线的它的曲率图含有的单调段都会相对少。这与前面所述的判 别准则 1-4 一致。
💡 光顺很难定义,为什么一定要给它一个定义?因为定义代表了一个明确的标准,在同一个标准下讨论问题才有意义。
Remarks
震荡数 Vibration:Change from convex to concave or change from concave to convex
一阶震荡数 First vibration number R:Vibration number of y(x)
二阶震荡数 Second vibration number S:Vibration number of curvature function
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