Bài giảng Đồ họa máy tính - Bài: Đường cong và bề mặt I - Ma Thị Châu
Đồ họa máy tính
Đường cong và bề mặt I
1
2/17/17
Biểu diễn các đối tượng cong
• Bằng tham số
• Qua ẩn của phương trình
2
2/17/17
Tại sao lại dùng tham số?
l Các đường cong tham số rất linh hoạt.
l Chúng không cần phải là hàm
– Đường cong có thể có nhiều giá trị ứng với một tọa độ x.
l Số lượng tham số thường cho
thấy chiều của vật thể
(x(u,v), y(u,v), z(u,v))
3
2/17/17
Mô tả một đường cong và bề mặt
l Mô hình hóa đối tượng một cách chính
xác với một sai số cho phép
l Mô hình theo kiểu phác thảo gần đúng
4
2/17/17
Bài toán xấp xỉ tổng quát
l Hàm g là một xấp xỉ tốt với các tính chất sau:
1. Hàm g rất gần f theo một tính chất nào đó
2. Các hệ số ci là duy nhất
5
2/17/17
Bài toán xấp xỉ tổng quát
l Cho một tập cố định các hàm φ1, φ2, …, φk,
tìm các hệ số ci sao cho:
k
g(x) = cj (x)
å
i i
i=1
là một phép tính xấp xỉ đối với một hàm f(x)
nào đó. Hàm φi thường được gọi là các
hàm cơ sở (basic function)
6
2/17/17
Xấp xỉ bình phương tối thiểu
l Hàm g(x, c1, c2, …, ck) mà tối thiểu
s
2
(
)
(
)
E c ,c ,...,c = f (x )- g(x ;c ,c ,...,c )
å
1
2
k
j
j
1
2
k
j=1
được gọi là xấp xỉ bình phương tối thiểu
(least squares approximation) của hàm f(x)
7
2/17/17
Một số ràng buộc
1. Những ràng buộc nội suy:
g(xj) = f(xj) với một số điểm xj cố định.
2. Kết hợp điều kiện (1) với những điều kiện
về độ trơn, ví dụ như điều kiện về đạo hàm của
g và f đồng nhất tại điểm xj.
3. Các ràng buộc về tính trực giao
(f - g) • φi = 0 với mọi i.
4. Những ràng buộc về hình dạng trực quan,
ví dụ như độ cong của đường cong và bề mặt.
8
2/17/17
Đường cong tham số
p :[a,b] ® Rm , p(u) = (p1(u), p2 (u),..., pm (u))
với các hàm thành phần pi của p là các
hàm giá trị thực thông thường với một
biến thực.
9
2/17/17
Mô tả một đường cong
l Điểm điều khiển:
– Là tập các điểm ảnh hưởng đến hình dạng
của đường cong.
l Knots:
– Các điểm nằm trên đường cong.
l Đường cong nội suy (Interpolating
spline):
– Các đoạn cong đi qua điểm điều khiển.
l Đường cong xấp xỉ (Approximating
spline):
– Các điểm điều khiển ảnh hưởng đến hình
dáng của đoạn
10
2/17/17
Phép nội suy Lagrange
l Bài toán:cho các điểm (x0, y0), (x1, y1), …, và (xn, yn),
tìm một đa thức p(x), để p(xi) = yi với i = 0, 1, …, n.
l Đa thức Lagrange:
n
x - xj
Li,n
(
x
)
=Li,n
(
x; x0 , x1,..., xn
)
= P
j=0, j¹i
xi - xj
n
p
(
x
)
= y L
( )
x
å
i i,n
i=0
11
2/17/17
Phép nội suy Lagrange
l Hạn chế
- Bậc lớn nếu n lớn
- Tạo vết gợn không mong muốn
12
2/17/17
Các đoạn cong
Chúng ta có thể biểu diễn một đường cong với độ dài bất kỳ
bằng một chuỗi các đoạn cong nối với nhau.
Chúng ta quan tâm đến các đoạn này nối với nhau như thế nào
…
13
2/17/17
Đường cong tham số bậc 3 (Parametric
Cubic Curves)
l Để đảm bảo tính liên tục C2 các hàm của chúng ta phải có bậc
ít nhất là 3.
l Đường cong cubic có 4 bậc tự do và thay đổi 4 thứ.
l Sử dụng thức: x(t) có bậc n là một hàm của t. - y(t) và z(t) cũng
tương tự và được xử lý độc lập.
l Có nghĩa là:
n
x(t) = a x
å
i i
i=0
14
2/17/17
Đường cong Hermite
l 4 bậc tự do, 2 để điều khiển tính liên tục C0
và C1 tại mỗi đầu.
l Sử dụng đa thức để biểu diễn đường cong.
/
l Xác định: x = X(t) theo các giá trị x0, x0 , x1,
/
x1
Bây giờ:
X(t) = a3t3 + a2t2 + a1t + a0
và X/(t) = 3a3t2 + 2a2t + a1
15
2/17/17
Tìm các hệ số Hermite
Thay t vào hai đầu:
/
x0 = X(0) = a0
x0 = X/(0) = a1
/
x1 = X(1) = a3 + a2 + a1 + a0
x1 = X/(1) = 3a3 + 2a2+ a1
Và lời giải là:
/
a0 = x0
a1 = x0
/
/
/
/
a2 = -3x0 – 2x0 + 3x1 – x1
a3 = 2x0 + x0 - 2x1 + x1
16
2/17/17
Ma trận Hermite: MH
Đa thức kết quả có thể được biểu diễn qua dạng ma trận:
X(t) = tTMHq
( q là véc-tơ điều khiển)
x
ùé ù
0
2 1 - 2 1
é
ê
/
ê ú
ú
x0
-3 - 2 3 -1
3
2
ê ú
ê
ê
ê
ë
ú
[
]
X (t) = t t t 1
ê ú
ú
x1
0 1 0 0
úê ú
1 0 0 0 x1/
û
ë û
Bây giờ chúng ta có thể định nghĩa đa giác tham số cho các
tọa độ một cách độc lập X(t), Y(t) và Z(t)
17
2/17/17
Các hàm Hermite cơ bản
F (x) = (x -1)2 (2x +1)
1
F2 (x) = x2 (3- 2x)
F3 (x) = (x -1)2 x
F4 (x) = x2 (x -1)
18
2/17/17
Các hàm Hermite cơ bản
Đồ thị cho thấy hình dạng của bốn
hàm cơ bản (hay còn gọi là
x0
x1
blending functions).
Chúng được gán nhãn với thành
phần trọng số của nó.
/
x0
/
x1
19
2/17/17
Bài toán nội suy ghép đoạn Hermite
Cho các bộ ba (x0, y0, m0), (x1, y1, m1), ..., và (xn, yn,
mn), tìm các đa thức bậc ba pi(x), i = 0, 1, ..., n-1, để
pi(xi) = y
i
,
p
i
’(xi) = mi,
pi(xi+1) = yi+1, và
pi’(xi+1) = mi+1
20
2/17/17
20 trang
18960
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Đồ họa máy tính - Bài: Đường cong và bề mặt I - Ma Thị Châu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_do_hoa_may_tinh_chuong_duong_cong_va_be_mat_i_ma_t.pdf
