JPH0944543A - B−スプライン曲線の階層化方法及び装置 - Google Patents

B−スプライン曲線の階層化方法及び装置

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JPH0944543A
JPH0944543A JP19082895A JP19082895A JPH0944543A JP H0944543 A JPH0944543 A JP H0944543A JP 19082895 A JP19082895 A JP 19082895A JP 19082895 A JP19082895 A JP 19082895A JP H0944543 A JPH0944543 A JP H0944543A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 B−スプライン曲線のパラメータ化に依ら
ず、解像度を落しても形状の崩れの少ないB−スプライ
ン曲線の階層化方法及び装置を提供する。 【解決手段】 再パラメータ化曲線生成手段101で
は、入力装置103から入力されたB−スプライン曲線
の各点において、曲線の定義式をその変数で微分して得
られる接ベクトルの長さの逆数として定義されるパラメ
ータ密度と曲率の大きさとが正の相関をもつように、曲
線の定義式の変数で指定される曲線上の点を変更する再
パラメータ化を行ない、多重解像度曲線生成手段102
は、再パラメータ化曲線生成手段101で生成されたB
−スプライン曲線を、制御点数の異なる複数の表現をも
つ曲線である多重解像度曲線に変換し、出力装置104
に渡す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CG(Compu
ter Graphics)あるいはCAD(Comp
uter Aided Design)に関し、特に、
CGあるいはCADにおいて自由曲線を加工・生成する
方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を、図7を参照して説明す
る。
【0003】以下で扱うB−スプライン曲線は次数は3
次とするが、任意の次数に対して同様の議論が成り立
つ。
【0004】まず、B−スプライン曲線について説明す
る。B−スプライン曲線は、パラメータの節点を表すノ
ットと、幾何形状を与える制御点で定義されるパラメト
リック曲線である。ノットを値の小さい順に並べたもの
をノットベクトルと言う。
【0005】ノットベクトルが式(1)で与えられたと
き、B−スプライン曲線C(t) は、制御点{Pj }を用
いて、式(2)のように表される。
【0006】
【数1】
【0007】
【数2】 ここで、Bm,j (t) は(m−1)次のB−スプライン関
数であり、式(3)(4)で定義される。
【0008】
【数3】
【0009】
【数4】 さて、多重解像度曲線の導出については、1994年、
コンピュータ・グラフィックス・プロシーディングス・
アニュアル・コンファレンス・シリーズ261頁〜26
8頁(Computer Graphics Proc
eedings,Annual Conference
Series 1994,261−268)に記載さ
れている。
【0010】即ち、まず、B−スプライン曲線が1次
元、すなわち制御点Pj がスカラー値で、B−スプライ
ン曲線は関数となる場合について説明すれば、ノットベ
クトルが式(5)で与えられたとき、このノットベクト
ル上で定義されるB−スプライン関数を{Bj (k) }と
する。
【0011】
【数5】 B−スプライン曲線C(k) (t) を式(6)で定義したと
き、C(k) (t) はC(k-1) (t) を用いて式(7)のよう
に表現できる。
【0012】
【数6】
【0013】
【数7】 ここで、ψj (k) (t) は、式(8)で定義される関数同
士の内積に関してBj (k) (t) と直交するウェーブレッ
ト関数である。
【0014】
【数8】 入力されたB−スプライン曲線がC(n) (t) であったと
き、これを、{Pj (0) },{Qj (0) },
{Qj (1) },…,{Qj (n-1) }で表現したものを多
重解像度曲線と呼び、このように分解することをウェー
ブレット分解と呼ぶ。
【0015】中間の解像度の曲線C(k) (t) は、{Pj
(0) },{Qj (0) },{Qj (1)},…,{Qj
(k-1) }から生成することができる。
【0016】図7は多重解像度曲線の解像度を変えたと
きの状態を模式的に表した図である。曲線に交差する細
い線によってノットの位置を示す。入力された曲線であ
るC(4) (t) 701から始まって、C(3) (t) 702、
(2) (t) 703、C(1) (t) 704、C(0) (t) 70
5に行くにしたがってノットの数が減り、曲線の形状は
単純になっていく。
【0017】上記のウェーブレット分解と中間の解像度
の曲線の生成は、すべて線形演算でおこなうことができ
るが、本発明とは直接関係ないので詳細は省略する。
【0018】次元が2または3のときは、制御点が2次
元または3次元のベクトルになるだけで、全く同様であ
る。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来手法では、
関数に対する多重解像度表現を機械的にパラメトリック
曲線に応用しているため、入力された曲線の幾何形状が
同一でもパラメータ化が異なる場合、多重解像度表現の
結果が異なってしまう。
【0020】また、入力された曲線のパラメータ化が、
例えば弧長パラメータ化のような幾何形状に沿ったもの
であったとしても、多重解像度表現の中間の解像度の曲
線の弧長とは直接関係がないため、形状が大きく崩れる
原因になる。
【0021】本発明の目的は、入力された曲線のパラメ
ータに左右されず、中間の解像度でも形状の大きな崩れ
のない多重解像度曲線を得るための階層化方法及び装置
を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、曲線上
の各点において、曲線の定義式をその変数で微分して得
られる接ベクトルの長さの逆数として定義されるパラメ
ータ密度と曲率の大きさとが正の相関をもつように、曲
線の定義式の変数で指定される曲線上の点を変更する再
パラメータ化を行う工程と、該再パラメータ化された曲
線を、制御点数の異なる複数の表現をもつ曲線である多
重解像度曲線に変換する工程とからなることを特徴とす
るB−スプライン曲線の階層化方法が得られる。
【0023】また、本発明によれば、前記曲線の再パラ
メータ化を行なう工程において、新たな曲線の定義式の
変数を、曲率と値とが正の相関を持つ性質と常に正の値
を取る性質をもつ関数を積分することで定めることを特
徴とするB−スプライン曲線の階層化方法が得られる。
【0024】また、本発明によれば、前記曲線の再パラ
メータ化を行なう工程において、積分する関数として曲
率の指数関数を用いることを特徴とするB−スプライン
曲線の階層化方法が得られる。
【0025】更に、本発明によれば、曲線上の各点にお
いて、曲線の定義式をその変数で微分して得られる接ベ
クトルの長さの逆数として定義されるパラメータ密度と
曲率の大きさとが正の相関をもつように、曲線の定義式
の変数で指定される曲線上の点を変更する再パラメータ
化を行なう再パラメータ化曲線生成手段と、該再パラメ
ータ化された曲線を、制御点数の異なる複数の表現をも
つ曲線である多重解像度曲線に変換する多重解像度曲線
生成手段とを有することを特徴とするB−スプライン曲
線の階層化装置が得られる。
【0026】また、本発明によれば、前記再パラメータ
化曲線生成手段は、新たな曲線の定義式の変数を、曲率
と値とが正の相関をもつ性質と常に正の値を取る性質と
をもつ関数を積分することで定めることを特徴とするB
−スプライン曲線の階層化装置が得られる。
【0027】更にまた、本発明によれば、前記再パラメ
ータ化曲線生成手段は、積分する関数として曲率の指数
関数を用いることを特徴とするB−スプライン曲線の階
層化装置が得られる。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図1、図2、
図3、図4を参照して説明する。
【0029】図1は本発明の実施例の構成図、図2はそ
の動作を表す流れ図である。
【0030】本発明の実施例は、入力されたB−スプラ
イン曲線から再パラメータ化された新たなB−スプライ
ン曲線を生成する再パラメータ化曲線生成手段101
と、再パラメータ化されたB−スプライン曲線からウェ
ーブレット変換によって多重解像度曲線を生成する多重
解像度曲線生成手段102とからなる。
【0031】本発明全体の働きは、図1に示す任意の入
力装置103から曲線を得て、この曲線から再パラメー
タ化曲線生成手段101が、図2に示すように、再パラ
メータ化された曲線を生成し(201)、生成された曲
線から図1に示す多重解像度曲線生成手段102が、図
2に示すように、ウェーフレット分解によって多重解像
度曲線を生成し(202)、曲線の平滑化や変形を行な
うシステムに出力する出力装置104(図1参照)に渡
すものである。
【0032】多重解像度曲線生成手段102は、従来の
技術で説明した階層化装置そのものであるので、ここで
は再パラメータ化曲線生成手段101の詳細を説明す
る。
【0033】図3は再パラメータ化曲線生成手段101
の内部の構成図、図4はその動作を表す流れ図である。
【0034】再パラメータ化曲線生成手段101(図1
参照)は、図3に示すように、パラメータ写像生成手段
301、曲線再標本化手段302、標本点補間手段30
3からなる。
【0035】パラメータ写像生成手段301では、図4
に示すように、入力された曲線のパラメータに対応する
新たなパラメータへの対応の値を計算する(401)。
まず、入力された曲線のパラメータ空間内で等間隔にと
った点列が写像される先を次のようにして決定する。
【0036】曲線C(t) のパラメータ範囲を[0,1]
とし、等間隔にとった点列を、[0,1/N,…,1]
とする(Nはあらかじめ与えた整数)。このとき、j/
N(j=0,1,…,N)の写像される先をsj とする
と、sj は式(9)で定まる。
【0037】
【数9】 ここで、eは自然対数の底、k(t) は曲線のパラメータ
tに対応する点での曲率、αはあらかじめ与えた正の定
数、C(t) はC(t) のパラメータtに関する微分であ
る。各sj の値は、標準的な数値積分の手法を使って求
めることができる。
【0038】ここでは、曲率の関数としてeαx を用い
たが、式(10)を満たす関数であれば、類似の効果を
もつ再パラメータ化が可能である。
【0039】
【数10】 そして、等間隔にとった点列以外の点tでは、j/N≦
t<(j+1)/Nであるjに対して、式(11)で定
める。
【0040】
【数11】 ここでは積分を用いた再パラメータ化を説明したが、曲
率の大きなところでパラメータの密度を大きくし、曲率
の小さなところではパラメータの密度を小さくすること
のできるようなパラメータ化であれば、同様の効果が期
待できる。
【0041】曲線再標本化手段302(図3参照)で
は、図4に示すように、パラメータ写像生成手段301
(図3参照)で定めた新たなパラメータ化での等間隔な
標本化を行なう(402)。
【0042】新たなパラメータ化における標本化点列の
間隔を1/2n とする。これは、多重解像度曲線生成手
段102(図1参照)での処理に合わせるためである。
すると新たなパラメータ化における各標本化点k/2n
に対応する曲線上の点は、次のようにして求められる。
【0043】まず、標本化点k/2n のパラメータ写像
生成手段で定めた写像に対する原像tk を式(12)の
ようにして求める。
【0044】
【数12】 ここで、jはsj ≦k/2n <sj+1 となる整数とす
る。
【0045】そして、このようにして求めた{tk }に
対する曲線の点{C(tk )}を計算する。さらに、両端に
おける接ベクトルC(0) ,C(1) も計算する。
【0046】標本点補間手段303(図3参照)では、
曲線再標本化手段302(図3参照)で求めた曲線上の
点と両端点における接線とから、図4に示すように、こ
れらを補間する、等間隔のノットをもつB−スプライン
曲線を生成する(403)。即ち、求めるB−スプライ
ン曲線をC(s) とするとき、式(13)(14)を満た
す制御点を計算する。
【0047】
【数13】
【0048】
【数14】 これは、通常の連立一次方程式の解法で求めることがで
きる。
【0049】上記実施例の効果を図5及び図6を参照し
て説明する。
【0050】図5及び図6において、曲線501、60
1に交差する細い線はノットの位置を示すものとする。
【0051】入力された曲線501(図5参照)に対し
て上記実施例において示した処理を行なうと、出力とし
て得られる曲線601(図6参照)は、入力された曲線
のパラメータ化に依存しないパラメータ化をもち、さら
に、曲率が大きなところではパラメータの密度が高くな
り、小さなところでは密度が小さくなる。これによっ
て、曲率の大きな部分にノットが集中し、曲率の小さな
部分にはノットが少なくなるので、曲率の解像度が切り
替えられても、形状が変わりにくくなる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のB−スプ
ライン曲線の階層化方法及び装置によれば、入力された
曲線に対して、出力として得られる曲線は、入力された
曲線のパラメータ化に依存しないパラメータ化をもち、
さらに、曲率が大きなところではパラメータの密度が高
くなり、小さなところでは密度が小さくなる。これによ
って、曲率の大きな部分にノットが集中し、曲率の小さ
な部分にはノットが少なくなるので、曲率の解像度が切
り替えられても、形状が変わりにくくなる。
【0053】従って、B−スプライン曲線のパラメータ
化に依らず、解像度を落しても形状の崩れの少ないB−
スプライン曲線の階層化方法及び装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を示す図である。
【図2】図1に示した実施例の動作を示す図である。
【図3】図1に示した実施例における再パラメータ化曲
線生成手段の内部の構成を示す図である。
【図4】図3に示した再パラメータ化曲線生成手段の内
部の動作を示す図である。
【図5】図1に示した実施例の効果を説明するための図
である。
【図6】図1に示した実施例の効果を説明するための図
である。
【図7】従来例において、多重解像度曲線の解像度を変
えたときの状態を模式的に表した図である。
【符号の説明】
101 再パラメータ化曲線生成手段 102 多重解像度曲線生成手段 103 入力装置 104 出力装置 301 パラメータ写像生成手段 302 曲線再標本化手段 303 標本点補間手段 501 曲線 601 曲線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 曲線上の各点において、曲線の定義式を
    その変数で微分して得られる接ベクトルの長さの逆数と
    して定義されるパラメータ密度と曲率の大きさとが正の
    相関をもつように、曲線の定義式の変数で指定される曲
    線上の点を変更する再パラメータ化を行う工程と、該再
    パラメータ化された曲線を、制御点数の異なる複数の表
    現をもつ曲線である多重解像度曲線に変換する工程とか
    らなることを特徴とするB−スプライン曲線の階層化方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のB−スプライン曲線の階
    層化方法において、前記曲線の再パラメータ化を行なう
    工程において、新たな曲線の定義式の変数を、曲率と値
    とが正の相関を持つ性質と常に正の値を取る性質をもつ
    関数を積分することで定めることを特徴とするB−スプ
    ライン曲線の階層化方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のB−スプライン曲線の階
    層化方法において、前記曲線の再パラメータ化を行なう
    工程において、積分する関数として曲率の指数関数を用
    いることを特徴とするB−スプライン曲線の階層化方
    法。
  4. 【請求項4】 曲線上の各点において、曲線の定義式を
    その変数で微分して得られる接ベクトルの長さの逆数と
    して定義されるパラメータ密度と曲率の大きさとが正の
    相関をもつように、曲線の定義式の変数で指定される曲
    線上の点を変更する再パラメータ化を行なう再パラメー
    タ化曲線生成手段と、該再パラメータ化された曲線を、
    制御点数の異なる複数の表現をもつ曲線である多重解像
    度曲線に変換する多重解像度曲線生成手段とを有するこ
    とを特徴とするB−スプライン曲線の階層化装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のB−スプライン曲線の階
    層化装置において、前記再パラメータ化曲線生成手段
    は、新たな曲線の定義式の変数を、曲率と値とが正の相
    関をもつ性質と常に正の値を取る性質とをもつ関数を積
    分することで定めることを特徴とするB−スプライン曲
    線の階層化装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のB−スプライン曲線の階
    層化装置において、前記再パラメータ化曲線生成手段
    は、積分する関数として曲率の指数関数を用いることを
    特徴とするB−スプライン曲線の階層化装置。
JP19082895A 1995-07-26 1995-07-26 B−スプライン曲線の階層化装置 Expired - Lifetime JP2900986B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8803885B1 (en) 2011-09-07 2014-08-12 Infragistics, Inc. Method for evaluating spline parameters for smooth curve sampling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8803885B1 (en) 2011-09-07 2014-08-12 Infragistics, Inc. Method for evaluating spline parameters for smooth curve sampling
US9715741B2 (en) 2011-09-07 2017-07-25 Infragistics, Inc. Method for evaluating spline parameters for smooth curve sampling

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