贝塞尔曲线拟合

贝塞尔曲线拟合

最近写论文,需要对数据点进行一个拟合,想起以前图形学学的贝塞尔曲线,便整理了一下。

简介(摘自百科)

贝塞尔曲线(Bézier curve),又称贝兹曲线或贝济埃曲线,是应用于二维图形应用程序的数学曲线。一般的矢量图形软件通过它来精确画出曲线,贝兹曲线由线段与节点组成,节点是可拖动的支点,线段像可伸缩的皮筋,我们在绘图工具上看到的钢笔工具就是来做这种矢量曲线的。
贝塞尔曲线于1962,由法国工程师皮埃尔·贝塞尔(Pierre Bézier)所广泛发表,他运用贝塞尔曲线来为汽车的主体进行设计。贝塞尔曲线最初由Paul de Casteljau于1959年运用de Casteljau演算法开发,以稳定数值的方法求出贝兹曲线。

公式

线性公式

给定点P0、P1,线性贝兹曲线只是一条两点之间的直线。说白了,就是给一个t取0到1之间的值,对其进行插值,比如取t=0.3,P0(0,0),P1(1,0)这时候插值点的坐标是什么呢,显然是Pt(0.3,0),好,现在分别取t=0.1,0.2,…,0.9,那么我们就可以得到P0,P1之间的10个插值点,将插值点连起来,就是一条线,显然,t分的值越小,连起来的曲线越光滑,这条线由下式给出:
一阶公式
且其等同于线性插值。

二次方公式

二次方贝兹曲线的路径由给定点P0、P1、P2,其中P0,P2是数据点,也就是起点和终点,而P1是控制点,二次就不像一次那样直接线性插值就可以了,但是二次是怎么做的呢?
同样,取一个t值,在P0,P1上,用一次方的方法,得到一个点Pt1,在P1,P2上得到一个点Pt2。Pt1和Pt2之间,还是用t得到最终的Pt点,这就是二次方法,其公式如下:
二次公式

TrueType字型就运用了以贝兹样条组成的二次贝兹曲线。

三次方公式

P0、P1、P2、P3四个点在平面或在三维空间中定义了三次方贝兹曲线。其中取点的方式同样,只是多几次迭代而已,曲线起始于P0走向P1,并从P2的方向来到P3。一般不会经过P1或P2;这两个点只是在那里提供方向资讯。P0和P1之间的间距,决定了曲线在转而趋进P3之前,走向P2方向的“长度有多长”。
曲线的参数形式为:
三次公式
现代的成象系统,如PostScript、Asymptote和Metafont,运用了以贝兹样条组成的三次贝兹曲线,用来描绘曲线轮廓。

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