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Matlab中使用水平集方法计算曲面曲率的代码-肥皂泡示例

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简介:
本代码利用MATLAB实现水平集方法来计算三维空间中曲面(如肥皂泡)的曲率,适用于表面重建和图像处理等领域。 该项目使用Matlab编程语言来模拟两个矩形网格之间的肥皂膜运动,并基于DLChopp在1992年发表的一篇论文中的方法实现这一目标。该研究提出了一种利用水平集技术计算最小曲面的方法。 项目算法如下: 1. 在三维空间中设定两个矩形网格。 2. 设定一个初始表面,包含这两个网格。 3. 创建这个表面的窄带(即管状邻域)。 4. 定义有符号距离函数。该函数在表面上为零,在内部区域取正值,外部则为负值。 5. 计算窄带内每个点上的曲率流,并更新这些位置处的距离函数值。 6. 找出新的水平集(即新函数的零等高线)。 重复步骤3至步骤6直到距离函数收敛。在Matlab R2015a版本中,该项目运行良好。 为了测试项目的有效性,针对不同情况进行了多次迭代:每个案例执行了大约500次迭代。以下是几个示例结果: - 案例一: 宽度为2单位、高度同样为2单位且两个网格之间的距离也为2。 - 案例二: 同样宽度和高度,但两矩形的距离变为3个单位。 - 情况三:与案例二相似的设置,不过这里将间距调整至5个单位。 参考文献: DLChopp, 计算最小曲面的水平集方法中的曲率流, 计算物理学杂志106(1993), 77。

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    本代码利用MATLAB实现水平集方法来计算三维空间中曲面(如肥皂泡)的曲率,适用于表面重建和图像处理等领域。 该项目使用Matlab编程语言来模拟两个矩形网格之间的肥皂膜运动,并基于DLChopp在1992年发表的一篇论文中的方法实现这一目标。该研究提出了一种利用水平集技术计算最小曲面的方法。 项目算法如下: 1. 在三维空间中设定两个矩形网格。 2. 设定一个初始表面,包含这两个网格。 3. 创建这个表面的窄带(即管状邻域)。 4. 定义有符号距离函数。该函数在表面上为零,在内部区域取正值,外部则为负值。 5. 计算窄带内每个点上的曲率流,并更新这些位置处的距离函数值。 6. 找出新的水平集(即新函数的零等高线)。 重复步骤3至步骤6直到距离函数收敛。在Matlab R2015a版本中,该项目运行良好。 为了测试项目的有效性,针对不同情况进行了多次迭代:每个案例执行了大约500次迭代。以下是几个示例结果: - 案例一: 宽度为2单位、高度同样为2单位且两个网格之间的距离也为2。 - 案例二: 同样宽度和高度,但两矩形的距离变为3个单位。 - 情况三:与案例二相似的设置,不过这里将间距调整至5个单位。 参考文献: DLChopp, 计算最小曲面的水平集方法中的曲率流, 计算物理学杂志106(1993), 77。
  • MATLAB二次拟合点云高斯向量
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    本研究采用MATLAB进行二次曲面拟合,精确计算点云数据的高斯曲率和平均曲率,并提取其法向量信息,为三维模型分析提供有力工具。 点云二次曲面拟合法计算点云高斯、平均曲率与法向量的MATLAB代码实现。计算原理:方程喜,隋立春,朱海雄.用于公路勘测设计的LiDAR点云抽稀算法[J].测绘通报,2017(10):58-61+88.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0316。
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  • 关于
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    本项目探讨并实现了一系列用于曲线和曲面曲率计算的算法及其实用Python代码,适用于计算机图形学、机器人路径规划等领域。 求曲率的方法包括计算最大最小曲率、高斯曲率和平均曲率的代码实现。这些方法通常用于分析三维空间中的曲线或表面特征,在几何处理与计算机图形学中具有重要应用价值。重写这段话,确保不包含任何联系信息或其他网址: 要求出给定物体在不同点上的最大最小曲率、高斯曲率和平均曲率,可以编写相应的代码实现这些计算过程。这类算法对于理解三维空间中的曲线或表面特性非常关键,在几何处理及计算机图形学领域有着广泛应用。
  • 及动态隐式
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    简介:水平集方法是一种追踪物体边界演变的强大工具,尤其擅长处理拓扑变化问题。动态隐式曲面通过该方法得以高效生成与操作,在计算机图形学、图像处理等领域发挥重要作用。 《Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces》是一本专注于计算机图形学领域的书籍,深入探讨了水平集方法(Level Set Methods)与动态隐式曲面技术的概念及其应用。 水平集方法是一种数学工具,用于追踪及模拟复杂的几何形态和界面变化,在计算机图形学、视觉计算、流体力学以及材料科学等多个领域中得到广泛应用。其核心思想是通过将复杂形状表示为一个函数的零点集合来简化问题处理过程,从而便于解决诸如液体动态模拟、材质形变分析等难题。 动态隐式曲面技术则是水平集方法的一种扩展形式,它专注于追踪和描绘几何形态随时间变化的过程,在许多实际场景中发挥着重要作用。例如在流体动力学研究、材料变形预测以及生物系统建模等领域均有广泛的应用前景。 本书作者Stanley Osher与Ronald Fedkiw详细介绍了这两种技术的理论基础、具体算法实现方式及其应用实例,涵盖了许多实践案例如液体运动模拟和生物形态演化等。 书籍的主要章节包括: - 水平集方法的基础数学知识 - 动态隐式曲面的技术原理 - 两种技术的具体实施步骤与策略 - 在计算机图形学、视觉计算等多个领域的实际应用情况 该书旨在为从事相关领域研究的学生和专业人士提供宝贵的学习资源。
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    本工具利用MATLAB提供了一种高效算法,用于快速准确地计算给定表面S=f(x,y)的高斯曲率和平均曲率,适用于科研及工程应用。 [K,H] = CURVATURE(S) 计算由 S = f(x,y) 定义的表面 S 的高斯曲率和平均曲率,其中 (x,y) 是在其上定义 f 的矩形网格。 示例:在矩形网格上定义一个高斯分布,并计算其曲率: ```matlab f = @(mu1,mu2,s1,s2,x,y) exp(-(x-mu1).^2/(s1.^2)-(y-mu2).^2/(s2.^2)); [X,Y] = meshgrid(linspace(-5,5,200)); S = f(-2,0,2,2,X,Y) - f(2,0,2,2,X,Y); figure; mesh(S); [K,H] = curvature(S); figure; mesh(K); title(高斯曲率, FontSize, 20); figure; mesh(H); title(平均曲率, FontSize, 20); ```
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    本项目提供了一种计算三角网格模型中每个顶点及其相邻面片主曲率、高斯曲率和平均曲率的方法,采用MATLAB实现。适用于计算机图形学与几何处理研究。 此函数用于计算三角网格上的主曲率方向及值。首先将数据旋转以使得当前法线顶点变为[-1, 0, 0]的方向,从而可以用XY坐标来描述数据而不是XYZ坐标系。接下来,在局部顶点的邻域内拟合一个最小二乘二次补丁,公式为“f(x,y) = ax^2 + by^2 + cxy + dx + ey + f”。然后使用海森矩阵(Hessian matrix)计算主曲率、平均曲率和高斯曲率。函数输出包括:Cmean表示平均曲率;Cgaussian代表高斯曲率;Dir1为第一主要成分的XYZ方向向量;Dir2是第二主要成分的XYZ方向向量;Lambda1则给出第一个主要成分的具体值。 输入参数: - FV: 三角网格数据。 - usethird:布尔值,指定是否使用三阶邻居顶点来拟合曲率以获得更平滑但可能不那么局部的结果,默认为假。