CAD中PH曲线的几何理论及其应用研究

In this project, we are proposed to study the theory of PH curves geometrically, finding their geometrical characteristics and making them apply to CAD field...PH curves have been used widely for their strong advantage. Until now only 3 types of PH curves have been studied well on their geometrical theories, which are cubic, quartic and original quintic PH curves. Therefore, some limitations exist when we want to use analogous effective geometrical approach for PH-curves as what we did frequently for Bézier curves. We will overcome these bottlenecks and strengthen the geometrical approach suitable for PH curves...Basically, the study of geometrical characteristics for PH curves is troublesome, no one has found any effective breakthrough of it. However, as an original research work, we have found a approach to describe the essential attributes of PH curves using the edge length and angle of their control polygons. This approach can deduce many essential geometrical results intuitively. Based on these results, we can design and operate PH curves interactively, just as flexible as the Bézier curves...Furthermore, we will make further research on OR curves and corresponding geometrical theory of the splines they generated.

本项目研究PH等曲线的几何理论，发掘它们特有的几何特征，并应用于CAD领域。.PH曲线优点突出，应用广泛。但目前仅三次、四次和五次本原这三种PH曲线的几何特征为人所知。换言之，在应用中，只有这三种曲线的几何手段得到充分发挥；除此以外，对Bezier曲线行之有效的几何手段在PH曲线的范围内都受到限制，满足不了实际需要。本项目要改变此局面，使受限制的几何手段对PH曲线同样起作用。.PH曲线的几何理论是CAGD的难题，长期以来未找到解决方法。近年，有了突破。本项目是原创性研究，要创造新的研究方法，发现上述三种以外的PH曲线的本质属性在控制多边形上的反映，以边长与角度刻画之。从而建立起直观性强、操作方便、表示简洁的几何理论，使得运用几何手段可以对PH曲线作判别，可以在PH曲线范围内作交互设计，像使用Bezier曲线一样方便、灵活、有效。再深入地研究OR曲线以及它们生成的样条等曲线的几何理论。

本项目围绕PH曲线和OR曲线的几何理论及在CAD中的应用问题进行了深入而广泛的研究， 在原有非常有限的几何理论上进行了大力扩充，提出了解决问题的新方法。.•在PH曲线研究方面， 我们原创性地提出了获取任意次数PH曲线边角分离几何结构描述的特有方法。 这种方法不仅适用于已有的三次和四次PH曲线，而且可用于任意高阶PH曲线。我们聚焦探讨了六次与七次PH曲线，得到与之对应的边角分离的几何充要条件表述。演绎出判别具有不同顶点的控制多边形的Bezier曲线是否为PH曲线的几何判别算法。 只要验证控制多边形的一组边长关系和一组角度关系， 就能作出明确的判断结果。与传统代数方法相比，更为简洁、直观、明了。 同时，将产生的PH曲线的几何理论付诸于解决实际问题。 具体包含： 有关PH曲线曲率单调性的充分条件研究，而所获结论可很好地处理过渡曲线的构造问题； 基于六次PH曲线的C1插值构造；基于七次PH曲线的G3、C3插值构造；基于PH曲线或PH样条曲线的圆锥曲线逼近和螺旋曲线逼近。 本项目的研究成果很好地落实了PH曲线的内在性，体现了直观性，实现了分离性，增强了交互性，推广了应用性。.•在OR曲线研究方面， 由于OR曲线长期以来侧重于代数结构的研究，而几何结构方面的研究成果严重缺乏，这表明OR曲线的几何理论研究同样遇到很大的困难，成了长期未解决的难题。经过本课题的研究，突破了长期以来由于方法上的困扰所带来壁垒，取得较大成果。具体包含：解决了一类三次OR曲线的几何特征描述。 这些特征条件仅用控制多边形的边长和内角就能直观表述, 并以此进行G1插值；解决了五次OR曲线的构造，并用于实践。.•本项目除了在以PH曲线和OR曲线为核心问题的研究取得很大成果以外， 还扩展了与之相关的研究。 此外，在极小曲面造型、曲线插值、特殊基函数等研究方面都取得不少成果。