3.3. 3.3. A Bézier-görbe néhány tulajdonsága

A Bézier-görbét számos előnyös tulajdonsága tette népszerűvé a számítógéppel segített geometriai tervezésben. Ezen tulajdonságok közül emelünk ki néhányat ebben a szakaszban, azonban gyakorlatilag az egész fejezet ezen tulajdonságok ismertetésének tekinthető.

3.4. Tétel. A Bézier-görbe a kontrollpontjainak affin transzformációjára nézve zárt, azaz a transzformált kontrollpontok által meghatározott Bézier-görbe megegyezik az eredeti görbe pontonkénti transzformáltjával.

Bizonyítás. Ez a de Casteljau-algoritmusból közvetlenül következik, mivel az csak arányos osztásokat tartalmaz, ami affin transzformációval szemben invariáns.

A fenti tulajdonság fontos, gyakran használt következménye, hogy Bézier-görbe affin transzformációja esetén – például ha axonometriában, vagy párhuzamos vetítéssel ábrázolunk térgörbéket – elegendő csak a kontrollpontokat transzformálni, mivel a transzformált kontrollpontok által meghatározott Bézier-görbe megegyezik az eredeti görbe pontonkénti transzformáltjával. Ezzel igen sok számítás megtakarítható, hiszen ezen tulajdonság híján a görbét pontonként kellene transzformálni.

Szeretnénk felhívni a figyelmet arra, hogy a Bézier-görbe projektív transzformációra, például centrális vetítésre nézve nem zárt. Gondoljunk csak a másodfokú Bézier-görbére, a parabolára (lásd a 3.1. szakaszt), amelynek centrális vetülete bármilyen kúpszelet lehet, melyek azonban – a parabola kivételével – nem állíthatók elő Bézier-görbeként.

A következő tulajdonság igazolása előtt definiálni kell a konvex burok fogalmát.

3.5. Definíció. A ponthalmazt konvexnek nevezünk, ha a halmaz bármely két pontja által meghatározott szakasz minden pontja a halmazhoz tartozik.

3.6. Definíció. Ponthalmaz konvex burkán a ponthalmazt tartalmazó konvex ponthalmazok metszetét értjük.

A definícióból nyilvánvaló, hogy a konvex halmaz konvex burka maga a halmaz. Véges komplanáris ponthalmaz konvex burka a síknak olyan konvex poligonja által határolt tartománya, melynek csúcspontjai a halmaz elemei közül kerülnek ki. Véges térbeli ponthalmaz konvex burka pedig konvex poliéder által határolt térrész lesz.

3.7. Tétel. A Bézier-görbe kontrollpontjainak konvex burkában van.

Bizonyítás. Ez közvetlen folyománya a de Casteljau-algoritmusnak, mivel ott minden közbülső pont a konvex burok két pontját összekötő szakaszon van.

Ez tehát azt jelenti, hogy a görbe egy jól meghatározható tartományon belül helyezkedik el, nem tartalmazhat olyan nem várt kiugrásokat, mint amilyeneket a Lagrange-féle interpolációs görbénél tapasztalhatunk. A 3.4. ábra egy negyedfokú Bézier-görbe kontrollpontjainak konvex burkát mutatja.

3.4. ábra - Negyedfokú Bézier-görbe és kontrollpoligonjának konvex burka

Negyedfokú Bézier-görbe és kontrollpoligonjának konvex burka

3.8. Tétel. A Bézier-görbe a paramétertartomány affin transzformációjával szemben invariáns.

Bizonyítás. Ez a de Casteljau-algoritmusból következik, mivel az csak arányos osztást tartalmaz, ami változatlan marad a , paramétertranszformációval szemben. Az egyszerűség kedvéért azonban leggyakrabban a paraméterezést választjuk.

Ez a tulajdonság azt jelenti, hogy a

és

kifejezések ugyanazt a görbét állítják elő.

A következő tulajdonságok könnyen beláthatók akár a de Casteljau-algoritmus, akár a paraméteres alak segítségével.

3.9. Tétel.

  1. A Bézier-görbe az első és utolsó kontrollponton áthalad, azaz a végpontokban interpolál.

  2. A Bézier-görbe leírása szimmetrikus abban az értelemben, hogy a ... és ... kontrollpontok ugyanazt a görbét határozzák meg.

  3. A Bézier-görbe globálisan változtatható, vagyis egyetlen kontrollpont helyének megváltoztatása az egész görbe alakjának változását eredményezi.

  4. A Bézier-görbe pontosan akkor lesz egyenes szakasz, ha a kontrollpontok kollineárisak.

A kontrollpontnak a paraméterértéknél van a legnagyobb hatása a görbe alakjára, mivel a polinomnak itt van a maximuma. Ennek következtében a görbének valamely kontrollpontja elmozdításakor bekövetkező alakváltozása jól prognosztizálható, ezért a Bézier-görbét pszeudo-lokálisan változtatható görbének is szokták nevezni.