3.7. 3.7. Bézier-szplájn

Bézier-görbék segítségével is előállítható szplájngörbe, vagyis olyan görbe, melyek egymáshoz kapcsolódó ívei Bézier-görbék. A Bézier-szplájn fontos alkalmazási területe a karakterek leírása. A grafikus rendszerek ugyanis a tetszőlegesen skálázható, transzformálható karaktereket (a TrueType fontokat) nem a karakterre eső pixelekkel tárolják, hanem a karakterek határát leíró görbékkel. Így ugyanis a transzformáció gyorsabb és az eredmény szebb lesz (az aliasing hatások elkerülése). Sok rendszer, így például a PostScript, a határgörbéket egymáshoz kapcsolódó harmadfokú Bézier-görbékkel írja le. A karakterek skálázásához (affin transzformálásához) a Bézier-görbék kontrollpontjait kell csak transzformálni, majd a transzformált kontrollpontok által meghatározott Bézier-görbékkel határolt síkrészt kell kitölteni.

Most megvizsgáljuk, hogy az egymáshoz kapcsolódó Bézier-görbék kontrollpoligonjainak milyen geometriai feltételt kell kielégíteni annak érdekében, hogy a csatlakozási pontban a folytonosság , vagy a valamivel enyhébb feltételű legyen.

Tekintsük az ... és ... kontrollpontok átal meghatározott , és , Bézier-görbéket!

Nulladrendben folytonos kapcsolódás

Ennek kell teljesülni mind , mind folytonosság esetén.

Elsőrendben folytonos kapcsolódás

Az elsőrendű folytonos kapcsolódáshoz a nulladrendű kapcsolódás feltételén kívül esetén az érintővektoroknak, esetén pedig az érintőegyeneseknek kell megegyezni a csatlakozási pontban.

Ehhez mindenekelőtt a deriváltakat kell meghatározni a közös pontban. Az , görbén a , paramétertranszformációt végrehajtva, a feltételeinkben adott görbe leírását kapjuk. Ennek szerinti deriváltja

Az -hez tartozó közös pontban a deriváltak

A jelölést bevezetve a

alakban írható fel.

Tehát a görbék kapcsolódásának az a feltétele, hogy az egymást követő kontrollpontok kollineárisak legyenek, és az

arány teljesüljön.

A kapcsolódáshoz (az érintőegyenesek egybeeséséhez) elegendő az egymást követő kontrollpontok kollinearitása.

Másodrendben folytonos kapcsolódás

i) Először a paraméter szerint, vagyis a kapcsolódás geometriai feltételét vizsgáljuk meg.

A kapcsolódáshoz az elsőrendben folytonos kapcsolódás feltételein kívül a

egyenlőségnek is teljesülni kell, ami részletezve az

egyenlőséget jelenti. Megszorozva az egyenlet mindkét oldalát -gyel, majd a bal oldalhoz -et, a jobb oldalhoz -et hozzáadva és levonva a

egyenlőséghez jutunk.

Az kapcsolódás miatt , valamint . Ezt behelyettesítve

amit átrendezve

3.11. ábra - C^{2} kapcsolódó Bézier-görbék kontrollpoligonjai kapcsolódó Bézier-görbék kontrollpoligonjai

C^{2} kapcsolódó Bézier-görbék kontrollpoligonjai


Ez azt jelenti, hogy az pontokat összekötő egyenes metszi a pontokat összekötő egyenest, és ezek metszéspontjára teljesül az

egyenlőség (lásd a 3.11. ábrát). Ezekből ugyanis

ami pontosan a (3.10) egyenlőséget jelenti, figyelembe véve, hogy a nulladrendű folytonos kapcsolódásból következik. A (3.10) összefüggés használható annak eldöntésére, hogy két azonos fokszámú Bézier-görbe a paraméter szerint másodrendben folytonosan kapcsolódik-e. Ehhez meghatározzuk az

vektorokat, és ha teljesül, akkor az és görbék kapcsolódnak egymáshoz -nél.

ii) A kapcsolódáshoz mindenekelőtt a simulósíkok egybeesése szükséges, amit az kontrollpontok komplanaritása biztosít. Ezen kívül a görbületek megegyezését kell még megkövetelni. Az görbe végpontjában a görbület

3.12. ábra - A kezdőpontbeli görbülettel arányos területű háromszög

A kezdőpontbeli görbülettel arányos területű háromszög


ami a 3.12. ábra jelöléseit használva

alakban írható fel. Ennek megfelelően a görbe kezdőpontjában a görbület

A feltételből az

egyenlőség következik.

A kapcsolódáshoz tehát, az kontrollpontoknak komplanárisnak kell lenni és a (3.11) egyenlőségnek kell teljesülni.

kapcsolódás

Ehhez a (3.6) szerint az

egyenlőségeknek kell teljesülniük.