本说明书详述了基于MATLAB开发的BSpline工具包GUI程序使用方法。内容涵盖程序安装、操作界面介绍及BSpline曲线与曲面的基本绘制技巧,旨在帮助用户快速上手进行图形交互设计和数据分析。
B 样条(B-Spline)曲线是计算机图形学、几何建模及工程计算领域中的重要工具之一。由Carl de Boor在1972年提出,这种技术通过一组控制点定义平滑的曲线,并具有良好的局部调整性质。其数学表达式为:\[ B(t) = \sum_{i=0}^{n} N_{i,p}(t)P_i \]这里\( P_i \)表示第 \( i \) 个控制点的位置坐标,\( p \) 是曲线的阶数(degree),而 \( k=p+1 \),代表曲线的阶次(order)。其中\( N_{i,p}(t) \)是基函数,可以通过递归定义或de Boor算法来计算得出。
关于节点值\( u_i \),有两种常见的设置方式:当这些值等间距分布时,会生成均匀周期性B样条;而按照公式\[ u_i = i\cdot\Delta u, \quad i=0,1,\ldots,n+p \]定义的节点,则形成非周期性的均匀B样条曲线。这款MATLAB图形用户界面程序允许使用者在这两种设定方式之间切换,并支持自定义节点向量。
该GUI程序利用了MATLAB的GUIDE工具开发,提供了一个直观的操作环境。它包含两个绘图区域、13个按钮、3个动态文本显示区和7个静态文本标签,以及三个复选框选项:
- **绘制B样条曲线**:用户可以指定曲线阶数(默认为2),点击“Create”按钮,在左上角的绘图区域内添加最多至多10个控制点。完成后右键结束操作,程序将自动显示控制多边形和所生成的B样条曲线,并在右侧区域展示基函数。
- **动态调整**:用户能够通过拖动来即时修改任意一个或多个控制点的位置,从而实时观察到曲线形状的变化。若遇到无法直接移动的情况,请点击“Drag control point”按钮进行辅助操作。
- **切换节点选择方式**:提供两个选项以改变节点向量的类型:“浮动均匀节点向量”(Floating uniform knot vector)用于设置周期性模式;而“修改开放型均匀节点向量”(Modified open uniform knot vector)则恢复至非周期状态。
- **自定义调整**:右侧绘图区中的红色标记点可以被拖动,以改变其位置并影响曲线的形态。
- **更改阶数**:用户可以通过界面选择不同的次数来修改B样条曲线,并观察到自动更新的结果。
- **删除控制点**:选中要移除的目标后点击“Delete a control point”,再单击该特定节点即可执行删除操作,程序将重新绘制新的曲线。
这些功能为使用者提供了一个直观的平台,用于探索和理解B样条的各种特性,包括其局部调整能力、形状变化以及参数自由度。这是一款非常适合学习与研究用途的实用工具。