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用偏微分方程(PDE)构造曲面是一种新兴的曲面造型方法。它由英国Leeds大学的M.I.JBloor和J.Wilson于上世纪80年代末将之引入到CAGD领域,其思想源于将过渡面的构造问题看作一偏微分方程的边值问题。
与传统的曲面造型方法,如:Coons曲面片构造方法、Bézier方法以及B样条方法、NURBS方法等(它们都是通过控制内点来达到控制曲面的目的)不同,PDE方法却是通过参数、边界条件或者右端项来控制曲面。PDE方法生成的曲面光滑,而且求解偏微分方程也有许多成熟的方法,实现起来相对比较容易。
本文首先总结了国内外一些经典的由散乱数据实现曲面重建的算法,对PDE曲面造型的原理和应用进行了概述。接着,重点描述了一种根据偏微分方程曲面造型的特点,利用PDE方法进行散乱数据曲面重构的方法。
作为最具普遍性的曲面重建问题,散乱数据曲面重建无论在理论上还是在实用上都有重要意义。散乱数据可以包括点,线,甚至曲面片。本文应用PDE方法进行散乱数据曲面重构方面的研究和数值实验。首先对散乱数据进行三角剖分,计算各三角网格中每一顶点的法矢,然后计算各空间三角网格上的边界条件。最后,根据确定的这些边界条件构造满足这些边界条件的偏微分方程,其解便是满足边界条件并插值于三角形三个顶点的三角曲面片。整个过程中,关键是边界条件的确定(方程的求解已有差分、有限元等方法).作者采用三次Bézier曲线构造边界,避免了由于采用二次Bézier曲线而产生的尖点,并利用顶点法矢构造边界上的跨界导矢。最后,对重建方法的后续工作进行了展望。