三次参数样条曲线PPT课件.ppt

1,.,三次参数样条曲线,2,.,问题提出,有空间的n个点,p1,p2,p3，,pn要用一条曲线光滑连接,p1,p2,p3,pn,p4,3,.,解决问题的思路,插值三次样条曲线三次参数样条曲线,4,.,三次样条曲线-定义,对于给定的n个型值点Pi(xi,yi),且hi=xi+1-xi0,i=1,2,n，若y=S(x)满足下列条件：(1)在Pi(xi,yi)点上有yi=S(xi)；(2)S(x)在x1,xn上二阶连续可导；(3)在每个子区间xi,xi+1上，S(x)是x的三次多项式；则称S(x)为过型值点的三次样条函数，由三次样条函数构成的曲线称为三次样条曲线。,.,5,三次样函数的形式推导,由定义可知在xi,xi+1上，Si(x)可写成：Si(x)=ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3ai,bi,ci,di为待定系数(1)由于yi=Si(xi),Si(xi+1)=Si+1(xi+1)=yi+1，有yi=aiai+bihi+cihi2+dihi3=yi+1（用于求bi）(2)由Si(x)=bi+2ci(x-xi)+3di(x-xi)2有Si(xi)=bi由Si(x)=2ci+6di(x-xi)有Si(xi)=2ci,.,6,三次样函数的形式推导,(3)要求曲线在二阶连续可导，则有Si(xi+1)=Si+1(xi+1)Si(xi+1)=Si+1(xi+1)从而有bi+2cihi+3dihi2=bi+12ci+6dihi=2ci+1(求di)(4)令Mi=2ci;则有：ai=yici=Mi/2di=(Mi+1-Mi)/6hibi=(yi+1-yi)/hi-hi(Mi/3+Mi+1/6),.,7,三次样函数的形式推导,从而有：ai-1=yi-1ci-1=Mi-1/2di-1=(Mi-Mi-1)/6hi-1bi-1=(yi-yi-1)/hi-1-hi-1(Mi-1/3+Mi/6)(5)由Si-1(xi)=Si(xi)有bi-1+2ci-1hi-1+3di-1hi-12=bi令：i=hi-1/(hi-1+hi),i=hi/(hi-1+hi)Di=6/(hi-1+hi)*(yi+1-yi)/hi-(yi-yi-1)/hi-1可得：iMi-1+2Mi+iMi+1=Di，其中：i+i=1，i=2,3,n-1,.,8,三次样函数的端点条件,(1)夹持端：端点处一阶导数已知，即S1(x1)=y1亦即y1=b1=(y2-y1)/h1-h1(M1/3+M2/6)2M1+M2=6(y2-y1)/h1-y1/h1Sn-1(xn)=yn亦即yn-1=bn-1=(yn-yn-1)/hn-1-hn-1(Mn-1/3+Mn/6)Mn-1+2Mn=6yn-(yn-yn-1)/hn-1/hn-1得方程组为：2M1+M2=6(y2-y1)/h1-y1/h1;iMi-1+2Mi+iMi+1=Di，i=2,3,n-1;Mn-1+2Mn=6yn-(yn-yn-1)/hn-1/hn-1;,.,9,三次样函数的端点条件,(2)自由端：端点处曲线二阶导数为零即S1(x1)=y1=0,Sn-1(xn)=yn=0亦即S1(x1)=2c1=0；=M1=0Sn-1(xn)=2cn-1+6dn-1hn-1=0；=Mn=0得方程组：M1=0;iMi-1+2Mi+iMi+1=Di，i=2,3,n-1;Mn=0;,.,10,三次样函数的端点条件,(3)抛物端：曲线的首尾两段S1(x)和Sn-1(x)为抛物线。即曲线在首尾两段曲线上二阶导数为常数。y1=y2，yn-1=ynS1(x1)=2c1=S2(x2)=2c2=M1=M2Sn-2(xn-1)=2cn-2+6dn-2hn-2=Sn-1(xn)=2cn-1+6dn-1hn-1=Mn-1=Mn得方程组：M1-M2=0;iMi-1+2Mi+iMi+1=Di，i=2,3,n-1;Mn-1-Mn=0;,11,.,三次样条曲线-程序,程序演示,12,.,三次参数样条曲线,有空间的n个点,p1,p2,p3，,pn要用一条三次参数样条曲线插值,p1,p2,p3,pn,p4,13,.,三次参数样条曲线定义,三次参数样条曲线的表达式p(t)=B1+B2t+B3t2+B4t30=t=tm在两点p1,p2之间定义一条该曲线（参数形式）令p1t=0;p2t=t2;已知：p1，p2代入方程可得方程系数B1B2B3B4,p1,p2,14,.,三次参数样条曲线推导,15,.,三次参数样条曲线推导,16,.,连续的三次参数样条曲线,17,.,连续的三次参数样条曲线,式中：pi第i点的切矢量为未知数，(i=1,，n)求解n个未知数，要n个方程,18,.,连续的三次参数样条曲线端点条件,19,.,三次参数样条曲线端点条件,20,.,三次参数样条曲线,求三次参数样条曲线的表达式p(t)=B1+