Bézier-Kurven, Modellierung von Freiformkurven und flächen. Prof. U. Rüde - Algorithmik kontinuierlicher Systeme

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1 Algorhmk kouerlcher Syeme Bézer-Kurve Modellerug vo Freformkurve ud fläche Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

2 Modellerug vo Freformkurve Regelgeomere: D : Le Kre-boge D : Ebee Kugel Kegel Zylder Freformgeomere: alle adere Bepele: Karoereele Tragfläche Telefohörer D Kurve D Fläche Regel Freform Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

3 Modellerug vo Freformkurve Freformkurve werde me paramerch bechrebe: : [ab] à R d d 3 b a a b Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 3

4 Modellerug vo Freformkurve : [ab] à R d d 3 Kokree Bepele: : [π] à R [ co ] : [] à R [ ] Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 4

5 Kokree Bepele: : [ab] à R d d 3 3 : [.5] à R 3 [ /4 3 ] 4 : [4π] à R 3 4 [ e co e ] Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

6 Modellerug vo Freformkurve Aforderuge: Iuve Beuzerchelle Korollerbarke: Beuzer mapuler gewe Parameer der Kurve/ Fläche. vorheragbarer ud korollerbarer Effek auf de Geal der Kurve. Polyome p a a a a oder ückwee Polyome Sple: à efache Verarbeug m Recher ugüg: Dreke Egabe der a Koeffzee der Moom-Ba beer: Egabe eger Kurvepuke da Ierpolao à de Kurve verläuf mmer durch dee Puke. och beer: Korollpuke Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 6

7 Modellerug vo Freformkurve Lokalä: Ee lokale Veräderug der Egabedae z.b. ee Süzwere darf möglch ur lokale Auwrkuge habe dealerwee äder ch de Kurvegeal ur eem klee Berech um de Süzpuk. chlech: B-Sple-Ierpolao beer: amull-rom ückwee Bézer De wchge Aäze d: Bézer-Kurve Grudlage werde beproche B-Sple m Korollpuke vorauchlch ch deem Semeer NURBS No-Uform Raoal B-Sple h. Vorleug über Geomerche Modellerug Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 7

8 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme De Bere-Polyome vom Grad blde e Ba der Polyome vom Grad De Bomal-Koeffzee Rekurve Defo Pacalche Dreeck Bomche Formel 8 Bere-Polyome!!! b a b a... B

9 Bere-Polyome Bere-Polyome vom Grad B B ; Sommeremeer 6 Prof. G. Greer Algorhmk kouerlcher Syeme Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

10 Bere-Polyome Bere-Polyome vom Grad quadrache Bere-Polyome B B B ; Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

11 Bere-Polyome Bere-Polyome vom Grad 3 kubche Bere-Polyome B B 3 B 3 B3 3 ; Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

12 Bere-Polyome Bere-Polyome vom Grad 9 B B... B ; Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

13 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme E gl 3 Egechafe der Bere-Polyome... B B B B B für [] ha ee -fache Nullelle ha ee --fache Nullelle für alle

14 Bezerkurve au Berepolyome Serge Naaovch Bere rucher Mahemaker Perre Éee Bézer frazöcher Igeeur Reaul Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 4

15 Gegebe d og. Korollpuke auch Bézer-Puke De Kurve m R d b b b - b R d b B m heß Bézer-Kurve vom Grad [] Verbde ma de Bézer-Puke durch ee Polygozug erhäl ma da Korollpolygo der Bézer-Kurve. Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

16 Bézer-Kurve - Bepele D-Kurve 3D-Kurve Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 6

17 Formegechafe vo Bézer-Kurve Geomere de Korollpolygo pegel grob de Geomere der Kurve wder Formegechafe. Ierpolao der Edpuke. I de Edpuke ageal a da Korollpolygo 3. Bézer-Kurve leg der kovexe Hülle der Korollpuke 4. affe Ivaraz 5. Varaoreduzered Koequez: Modfkao der Korollpuke führ zu vorherehbarer uver Äderug der Bézer-Kurve. Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 7

18 Formegechafe vo Bézer-Kurve Edpuk-Ierpolao b B b b B b Tageebedgug ' B b ' B B ' dabe ' B ' > folglch ' b B ' b b ' b B ' b b Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 8

19 Formegechafe vo Bézer-Kurve Bézer-Kurve leg der kovexe Hülle der Korollpuke M kovex: ab M & << -ab M Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 9

20 Formegechafe vo Bézer-Kurve x Bézer-Kurve leg der kovexe Hülle der Korollpuke x M kovex: ab M & << -ab M x x x x x x Kovexe Hülle eer Mege A de klee kovexe Obermege vo A Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

21 Kovexe Hülle: Bézer-Kurve leg kovexer Hülle hrer Korollpuke Bepele Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

22 Formegechafe vo Bézer-Kurve affe Ivaraz Affe Abbldug: Φx A x b Tralao ud leare Abbldug z.b. Roao Spegelug Skalerug Scherug. Soll ee Bézerkurve aff raformer werde da müe ur de Korollpuke aff raformer werde Φ b B da Φ b B Adere Schwee: De raformere Korollpuke erzeuge de raformere Bézer-Kurve! Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

23 Formegechafe vo Bézer-Kurve Affe Ivaraz: Bepel - Drehug um M [] Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 3

24 Formegechafe vo Bézer-Kurve Affe Ivaraz: Bepel Drehug um Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 4

25 Formegechafe vo Bézer-Kurve Varaoreduko achaulch: De Kurve varer chwak höche o ark we da Korollpolygo exak: Für jede Gerade g gl: #Schpuke vo g m Kurve #Schpuke vo g m Korollpolygo Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

26 Formegechafe vo Bézer-Kurve. Ierpolao der Edpuke. I de Edpuke ageal a da Koroll-Polygo 3. Bézer-Kurve leg der kovexe Hülle 4. affe Ivaraz 5. Varaoreduzered Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 6

27 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Rekurve Auwerug der Bere Polyome: euer oder durch Horer-Bézer: effze 7 Auwerug vo Bézer-Kurve B b b b b b b b b b b ~ ~... ~ ~ ~ ~... ~ ~ o fall B B B B r r r

28 Auwerug vo Bézer-Kurve Oder durch forgeeze leare Ierpolao: der Algorhmu vo de aeljau abl Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 8

29 Auwerug vo Bézer-Kurve Oder durch forgeeze leare Ierpolao: der Algorhmu vo de aeljau abl Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 9

30 Auwerug vo Bézer-Kurve der Algorhmu vo de aeljau geomerch b 3 3 / 3 Algorhmu vo de aeljau für / 3 ud 3 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 3

31 Auwerug vo Bézer-Kurve Algorhmu vo de aeljau: e Bepel: kubche Bézer-Kurve m folgede Korollpuke: 9 8 b b b b3 9 8 augewere /3. Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 3

32 Auwerug vo Bézer-Kurve Algorhmu vo de aeljau: Peudoode # Ialerug for.. b b ; # deaeljau Pyramde/Dreeck for k.. for k.. b k -*b k- - *b k- reur b # Kurvepuk Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 3

33 Auwerug vo Bézer-Kurve Algorhmu vo de aeljau m Überchrebe der Were pecher-effzeer: # deaeljau Pyramde for k.. for..-k b -*b *b reur b ; # Kurvepuk Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 33

34 Ierakve Modellerug vo Kurve Der Beuzer mapuler de Korollpuke erakv Verchebe vo Puke Efüge/Löche vo Korollpuke Erhöhug/Verrgerug de Grade Beache: ur Afag- ud Edpuk lege auf der Kurve. Deal erforder uu vele Korollpuke M eer Bézer-Kurve à hoher Polyomgrad abl Beer: mehrere Bézer-Kurve m jewel moderaem Grad aeader füge à Bézer-Sple wchg dabe: e eger of e glaer Übergag zwche de Segmee Segke wr errech durch lezer Korollpuk erer Korollpuk Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 34

35 Ierakve Modellerug vo Kurve Glaer Übergag zwche beachbare Bézer-Kurve c B b B ud D Segke fall b c folg au Edpukerpolao! De Tagee m Puk b c d gegebe durch ' b b folg au Tageebedgug D ' c c à e glaer Übergag fall de dre Korollpuke { b b c c } a der Nahelle kollear e. c b - b c b - c Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 35

36 Ierakve Modellerug vo Kurve Noch glaerer Übergag: De Glahe m Se der Paramererug vo ud D erforder zuäzlche Bedguge a de Korollpuke. -Segke ehe obe. Durch zuäzlche Bedguge a de Korollpuke am Ede bzw. Afag köe och ärkere Glaheegechafe erzel werde: -Segke: Da d auch de Krümmuge eg. Für zwe Polyomegmee -e Grade ka maxmal - -Segke errech werde o gleche Polyom De führ lezedlch auf Splefukoe B-Sple-Kurve Vorleug Geomerche Modellerug Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 36

37 Zeche vo Bézerkurve Fak: Graphk-Hardware ka Le ehr effze zeche: Zel: Approxmere Bézer-Kurve durch Polygozug Mehode: Subdvo E gl: De Kae de deaeljau- Dreeck d de Koroll- polygoe der Telkurve [] ud [] Melpuk ud rekurv weer mache mdpo Subdvo Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 37

38 Zeche vo Bézer-Kurve Rekurve mdpo-ubdvo koverger ehr chell P k co 4 k Bezer curve mdpo ubdvo level 3 4 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 38

39 mdpo ubdvo level 4 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 39

40 Vo Kurve zu Fläche Teorprodukaaz rafe Ierpolao oo-pach Sommeremeer 6 Prof. G. Greer Algorhmk kouerlcher Syeme Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme

41 Ererug: Bleare Ierpolao Überrchee Fläche be der Bewegug vo P ud P auf geradem Weg ach P 3 bzw. P 4 uer Mführug der jewelge Verbdugrecke. Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 4

42 Ererug: Bleare Ierpolao Bleare Ierpola ka mplemeer werde al zuer leare Ierpolao da leare Ierpolao zuer leare Ierpolao da leare Ierpolao oder drek : -- P - P - P 3 P 4 Achaulch: Kurve: eparamerge Schar vo Puke Fläche: eparamerge Schar vo Kurve Teorprodukaaz: Für jede Parameer F leare Kurve. De Koeffzee deer Kurve häge lear vo ab oder umgekehr! Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 4

43 Blear Teorproduk Ver Eckpuke P P P P P P3 P P4 der Ierpola F Kokree Bepel: P P P P P P P j jb B j P P P 3 P P P 3 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 43

44 Teor-Produk-Bézer-Fläche Allgemee Teor-Produk Bézer-Fläche vom Grad ud m : F m k m b B B für [] b k De Korollpuke pae jez e Korollez auf Bepel für Grad 3 m 3 bkubch k k IR 3 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 44

45 Teor-Produk-Bézer-Fläche Bepel: Uah-Teapo Mar Newell 974 beeh au 8 bkubche Bézer-Fläche hp:// Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 45

46 Teor-Produk-Bézer-Fläche Allgemee Teor-Produk Bézer-Fläche vom Grad ud m : m m m m F b k B Bk bk Bk B k k Für jede Parameer F ee Bézer-Kurve vom Grad d.h. eparamerge Schar vo Bézer-Kurve De Korollpuke deer Kurve d häge vo ab: d m k bk Bk Kurve m co d Bézer-Kurve : F b m c B k m ck k k k B Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 46

47 Teor-Produk-Bézer-Fläche Allgemee Teor-Produk Bézer-Fläche vom Grad ud m : F m k b k B B m k für [] b k IR 3 Formegechafe der Bézer-Kurve überrage ch auf Bézer-Fläche. Eckpukerpolao. Tagealebee de 4 Eckpuke 3. Affe Ivaraz 4. Kovexe Hülle 5. Jedoch ch: Varaoreduko De 4 Radkurve eer Bézer-Fläche d Bézer- Kurve. De jewelge Korollpuke lege am Rad de Korolleze. Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 47

48 Teor-Produk-Bézer-Fläche Algorhme für Teorproduk-Fläche Allgemee Vorgehe: Zwe Schre: Kurve-Algorhmu -Rchug Kurve-Algorhmu -Rchug oder umgekehr Bepel: Auwerug m deaeljau Auf jede Spale vo Korollpuke de Kurve-deaeljau -Rchug Auf de erhalee Puke ee Kurve-deaeljau -Rchug Weere Bepel: mdpo ubdvo Auf jede Spale vo Korollpuke mdpo ubdvo Auf jede Zele de erhalee Array mdpo ubdvo Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 48

49 Teor-Produk-Bézer-Fläche Bepel: Teorproduk-deaeljau Allgemee Teor-Produk Bezer-Fläche vom Grad ud m m : m 3 F k b k B B [] Teor-Produk Aaz: D Vero bede Rchuge Zuer edmeoal erer Rchug m de aeljau Da edmeoal zweer Rchug m de aeljau k für b k IR Adere Schwee Zuer de Auwerug m deaeljau für jede Zele a der Selle. Für de o erhalee Were de Auwerug ach deaeljau a der Selle. b k F m b k k b B k B m k Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 49

50 Flächemodellerug / Freformfläche Zel: Verallgemeerug der bleare Ierpolao: Ver kompable Radkurve S O N W Iere foreze verblede W N W N N O W S S O S O Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

51 Flächemodellerug / Freformfläche Verallgemeerug der bleare Ierpolao: dabe ware de Radkurve leare Srecke Verbde korrepodereder Puke durch leare Srecke Trafe Ierpolao eer Rchug Regelfläche: Kurve vo P ach P ud vo P 3 ach P 4 Da defere wr de Regelfläche F - Lear eer Rchug kurvg der adere Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

52 Flächemodellerug / Freformfläche Trafe Ierpolao eer Rchug m Regelfläche: gegeüber legede Kurvepaar W ud O lear verbde Da ergb de Regelfläche F - W O W N S O Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 5

53 Flächemodellerug / Freformfläche Trafe Ierpolao de adere Rchug : gegeüber legede Kurvepaar S ud N lear verbde Da ergb de Regelfläche F - S N W N S O Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 53

54 Flächemodellerug / Freformfläche We ka ma u de bede jewel eege rafe Ierpolae kombere? De Summe F F ehäl am Rad gerade de leare Aele zu vel. Löug: da oo-pach : Subrahere vo der Summe de bleare Ierpolae der Eckpuke P W S P O S P 3 N W P 4 N O F -- P - P - P 3 P 4 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 54

55 Flächemodellerug: Leare oo-pach Da oo-pach machmal auch al rafe Ierpolao bezeche: F F F - F wobe F der bleare Ierpola zu de ver Radpuke Da oo-pach mm am Rad exak m de ver Radkurve übere Da Flächeere wrd dabe m Hlfe mehrfacher learer Ierpolao defer De ka och weer verallgemeer werde: z.b. kubche oo-pach Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 55

56 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel: Bemme da oo-pach zu folgede Radkurve: 56 Flächemodellerug: oo-pach W N O S W y x O N S z

57 Flächemodellerug: oo-pach Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 57

58 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel co d 58 Flächemodellerug: oo-pach W N O S F N S F O W F O W O W

59 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel co d 59 Flächemodellerug: oo-pach W N O S F F F F F F P

60 Flächemodellerug: oo-pach Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 6

61 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel: Bemme da oo-pach zu folgede Radkurve: 6 Flächemodellerug: oo-pach W N O S W y x O N S z

62 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel co d 6 Flächemodellerug: oo-pach F N S F O W F O W O W W N O S

63 Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme Bepel co d 63 Flächemodellerug: oo-pach F F F W N O S F F F P

64 Flächemodellerug: oo-pach Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 64

65 Dreeckge Bezér-Fläche Für de Flächemodellerug d der Regel zuäzlch dreeckge Fläche erforderlch Ma paramerer dee Flächeücke über eem dreeckge Parameergebe Ud verwede dazu bepelwee Berepolyome baryzerche Koordae Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 65

66 Zuammefaug Regelgeomere v. Freformgeomere Polyomkurve Moom-Ba ugeege Lagrage-Ba beer Ierpolaopuke Bere-Ba vel beer Bézer-Kurve Vorele der Bézer-Kurve Formegechafe Auwerug m deaeljau aalych ud geomerch mdpo-ubdvo Zeche m Hlfe vo Bézer-Kurve Darellug vo Freform-Fläche Teorprodukaaz: blear ud allgemeer TP-Bézer Trafe Ierpolao: Leare oo-pach Prof. U. Rüde - Algorhmk kouerlcher Syeme 66

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