A 7.3. szakaszban általánosan bevezettük a görbék tenzori szorzataként előállítható felületeket. Ebben a fejezetben ezen felületosztály két legismertebb tagját a Bézier- és B-szplájn-felületet ismertetjük részletesebben.
Tegyük fel, hogy az
,
kontrollpontjaival adott Bézier-görbét mozgatjuk, továbbá feltételezzük, hogy a Bézier-görbe kontrollpontjai ugyancsak Bézier-görbén mozognak. Jelöljük
-vel az
kontrollpontok pályáját meghatározó Bézier-görbe kontrollpontjait
lásd a 9.1. ábrát, azaz
Ilyen feltételek mellett
és az
kontrollpont az
görbén mozog. A fenti egyenlőségeket kombinálva a felület egy
koordinátájú pontjára a
egyenlőséget kapjuk.
Ezt a felületet Bézier-felületnek, vagy tenzori szorzattal előállított Bézier-felületnek nevezzük. A
pontokat a felület kontrollpontjainak, az általuk meghatározott hálót (lásd a 9.1. ábrát) kontrollhálónak nevezzük.
A (9.1) kifejezéssel definiált felület tulajdonságai a Bézier-görbe tulajdonságai (lásd a 3.3. szakaszt) alapján igazolhatók.
A
,
kontrollháló bármely határoló polingonja által meghatározott görbéből kiindulva ugyanazt a Bézier-felületet kapjuk. Ez a Bézier-felületnek egyfajta szimmetria tulajdonsága.
A határoló poligonok által meghatározott Bézier-görbék illeszkednek a felületre, de a kontrollháló többi poligonja (
,
vagy
) által meghatározott görbék nincsenek a felületen.
A felület valamely
paramétervonalát úgy kaphatjuk meg, hogy előbb meghatározzuk a paramétervonal
kontrollpoligonját. Ezen kontrollpoligon által meghatározott Bézier-görbe a keresett paramétervonal (lásd a 9.2. ábrát). Az
paramétervonalak ezzel analóg módon állíthatók elő. A paramétervonalak tehát
-ed-, illetve
-edrendű Bézier-görbék.
A felület
paraméterű pontját a de Casteljau-algoritmus ismételt alkalmazásával is meghatározhatjuk. Először kiszámítjuk a
paramétervonal kontrollpontjait – ez
-szeri alkalmazás –, majd ezen a görbén az
pontot. Ez összesen
-szeri alkalmazás. Meghatározhatjuk a pontot az
paramétervonalból kiindulva, ekkor
-szer kell alkalmazni a de Casteljau-algoritmust. A számítási igény tehát általában nem egyezik meg.
A de Casteljau-algoritmus segítségével a Bézier-felületet, hasonlóan a görbéhez, két, az eredetivel
, illetve
irányban megegyező fokszámú felületre vághatjuk ketté. A felületet valamely paramétervonala mentén tudjuk kettévágni. Az előző példánknál maradva, a
paramétervonal
kontrollpontjainak meghatározásához a
görbéket a
helyen ketté kell vágni. Az eljárás során megkapjuk a két Bézier-folt kontrollhálóját. A két folt
-edrendben folytonosan (
) kapcsolódik egymáshoz a
görbe mentén (lásd a 9.3. ábrát).
A Bézier-felület kontrollhálójának affin transzformációjával szemben invariáns, vagyis a felület affin transzformáltja megegyezik a transzformált kontrollpontok által meghatározott felülettel. Ez a tulajdonság a Bézier-felület és a de Casteljau-algoritmus fent vázolt kapcsolatból következik.
A konvex burok tulajdonság is átöröklődik a görbéktől. Ez azt jelenti, hogy a Bézier-felület kontrollhálójának konvex burkában van. Ez következik egyrészt a de Casteljau-algoritmussal való kapcsolatból, másrészt abból, hogy
,
esetén
vagyis a Bézier-felület a kontrollpontjainak konvex kombinációja.
Szintén a de Casteljau-algoritmussal való kapcsolatból következik az, hogy a felület invariáns az olyan paramétertranszformációkkal szemben, amelyek az értelmezési tartományt, a paramétersík tengelyeivel párhuzamos oldalú téglalapra képezik le, vagyis az
, illetve
transzformációkkal szemben.
A hullámzást csökkentő tulajdonság nem öröklődik át, pontosabban nem is fogalmazható meg úgy mint a görbék esetén.
Előfordulhat, hogy a felületfoltot határoló négyszög valamelyik oldala egyetlen pontra zsugorodik. Ilyenkor úgynevezett degenerált foltot kapunk, a határoló négyszögből háromszög lesz. Ezekre a degenerált foltokra külön figyelmet kell fordítani érintősík és felületi normális meghatározásakor, vagy foltok kapcsolódása esetén.
Tegyük fel, hogy az
-ban
-edfokú,
-ben
-edfokú
Bézier-felületet egy
-ban
-edfokú,
-ben
-edfokú
Bézier-felületként akarjuk leírni az új
kontrollpontok segítségével. Ehhez a
egyenlőségnek kell teljesülni. Ez azt jelenti, hogy
darab
-edfokú görbén kell fokszámnövelést elvégezni. A 3.8. szakasz alapján ezt a következőképpen hajthatjuk végre:
irányában ezzel analóg módon lehet növelni a fokszámot.
Ha mindkét irányban akarjuk a fokszámot növelni, akkor például először a
irányban (9.2) szerint, majd ez után az
irányban. Ez utóbbi kontrollpontjai
alakban írhatók fel.
(9.2) és (9.3) egymás utáni végrehajtása helyett egyetlen lépésben megkaphatjuk a
pontokat. Ugyanis (9.2)-et (9.3)-ba helyettesítve
Felületről lévén szó, az
, illetve
szerinti parciális deriváltakról beszélhetünk. Ezek a parciális deriváltak pedig a megfelelő paramétervonal deriváltját jelentik, vagyis a felület deriválásának problémáját görbe deriválására vezethetjük vissza:
A Bézier-görbe deriváltjára vonatkozó 3.11. tételt alkalmazva
ahol
.
A
szerinti parciális derivált ezzel analóg módon írható fel. Az
szerinti
-edrendű parciális derivált
ahol
.
A vegyes parciális derivált pedig
alakban írható fel.
A továbbiakban szükségünk lesz az
, illetve
esetekre, a határgörbék úgynevezett keresztirányú deriváltjára. Például
esetén (3.6) egyenlőséget felhasználva
Ez azt jelenti, hogy az
-edrendű keresztirányú derivált a határ menti
kontrollpont sortól (oszloptól) függ.
Bonyolultabb alakok tervezése során nem lehetséges, vagy nem célszerű az alakot egyetlen Bézier-felülettel leírni. Ilyenkor valahányad rendben folytonosan csatlakozó felületeket használunk.
Tegyük fel, hogy adottak az
Bézier-felületek.
Ahhoz, hogy az
és
felületek az
paramétervonal mentén
-edrendben folytonosan kapcsolódjanak, a
egyenlőségeknek kell teljesülni. Ez a felület deriválására vonatkozó eredményeket, valamint a 3.7. szakasz eredményeit figyelembe véve, és a
jelölést bevezetve
Mivel a
tényezők lineárisan függetlenek, az
egyenlőségeknek kell teljesülni, ami
esetén az
egyenlőségeket jelenti. Ezt szemlélteti a 9.4. ábra.