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            eryar

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            OpenCASCADE Trihedron Law

            Posted on 2018-04-03 23:17 eryar 閱讀(2257) 評論(3)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 2.OpenCASCADE

            OpenCASCADE Trihedron Law

            eryar@163.com

            Abstract. In differential geometry the Frenet-Serret formulas describe the kinematic properties of a particle moving along a continuous, differentiable curve in 3d space, or the geometric properties of the curve itself irrespective of any motion. More specifically, the formulas describe the derivatives of the so-called Tangent, Normal and Binormal unit vectors in terms of each other. 

            Key Words. Frenet-Serret Frame, TNB frame, Trihedron Law

            1. Introduction

            參數曲線上的局部坐標系,也稱為標架Frame,OpenCASCADE中叫Trihedron。這個局部坐標系隨著曲線上點的運動而運動,所以也稱為活動坐標系。活動坐標系中各坐標軸的選取:

            l T是參數曲線的切線方向;

            l N是曲線的主法線方向,或稱主法矢;主法矢總是指向曲線凹入的方向;

            l B是副法矢;當T 和N確定后,通過叉乘即得到B。

            wps_clip_image-12476

            Figure 1. T, N, B frame of a curve (from wiki)

            定義一個活動標架有什么作用呢?把這個問題先保留一下。本文先介紹OpenCASCADE中的標架規則Trihedron Law。

            2.Trihedron Law

            在OpenCASCADE中,類GeomFill_TrihedronLaw定義了曲線活動標架。其類圖如下所示:

            wps_clip_image-18899

            Figure 2. Trihedron Law define Trihedron along a Curve

            從基類GeomFill_TrihedronLaw派生出了各種標架,如:

            l GeomFill_Fixed:固定的活動動標架,即標架沿著曲線移動時,標架的三個方向是固定的;

            l GeomFill_Frenet: Frenet標架;

            l GeomFill_Darboux :Darboux標架;

            l GeomFill_ConstantBiNormal:副法矢固定的標架;

            3. Code Demo

            下面通過示例代碼來顯示出曲線上的Frenet標架,GeomFill_TrihedronLaw子類的用法類似。

            /*
            Copyright(C) 2018 Shing Liu(eryar@163.com)

            Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
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            to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and / or sell
            copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is
            furnished to do so, subject to the following conditions :

            The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
            copies or substantial portions of the Software.

            THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
            IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
            FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.IN NO EVENT SHALL THE
            AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
            LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
            OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
            SOFTWARE.
            */


            #include <TColgp_Array1OfPnt.hxx>

            #include <math_BullardGenerator.hxx>

            #include <GCPnts_UniformAbscissa.hxx>
            #include <GCPnts_UniformDeflection.hxx>
            #include <GCPnts_TangentialDeflection.hxx>
            #include <GCPnts_QuasiUniformDeflection.hxx>

            #include <Geom_BSplineCurve.hxx>

            #include <GeomAdaptor_HCurve.hxx>

            #include <GeomAPI_PointsToBSpline.hxx>

            #include <GeomFill_Fixed.hxx>
            #include <GeomFill_Frenet.hxx>
            #include <GeomFill_ConstantBiNormal.hxx>
            #include <GeomFill_CorrectedFrenet.hxx>
            #include <GeomFill_Darboux.hxx>
            #include <GeomFill_DiscreteTrihedron.hxx>
            #include <GeomFill_GuideTrihedronAC.hxx>
            #include <GeomFill_GuideTrihedronPlan.hxx>

            #include <BRepBuilderAPI_MakeEdge.hxx>

            #include <BRepTools.hxx>


            #pragma comment(lib, "TKernel.lib")
            #pragma comment(lib, "TKMath.lib")

            #pragma comment(lib, "TKG2d.lib")
            #pragma comment(lib, "TKG3d.lib")
            #pragma comment(lib, "TKGeomBase.lib")
            #pragma comment(lib, "TKGeomAlgo.lib")

            #pragma comment(lib, "TKBRep.lib")
            #pragma comment(lib, "TKTopAlgo.lib")


            void test()
            {
                TColgp_Array1OfPnt aPoints(1, 6);
                math_BullardGenerator aBullardGenerator;
                for (Standard_Integer i = aPoints.Lower(); i <= aPoints.Upper(); ++i)
                {
                    Standard_Real aX = aBullardGenerator.NextReal() * 50.0;
                    Standard_Real aY = aBullardGenerator.NextReal() * 50.0;
                    Standard_Real aZ = aBullardGenerator.NextReal() * 50.0;

                    aPoints.SetValue(i, gp_Pnt(aX, aY, aZ));
                }

                GeomAPI_PointsToBSpline aBSplineFitter(aPoints);
                if (!aBSplineFitter.IsDone())
                {
                    return;
                }

                std::ofstream aTclFile("d:/tcl/trihedron.tcl");

                aTclFile << std::fixed;
                aTclFile << "vclear" << std::endl;

                Handle(Geom_BSplineCurve) aBSplineCurve = aBSplineFitter.Curve();
                Handle(GeomAdaptor_HCurve) aCurveAdaptor = new GeomAdaptor_HCurve(aBSplineCurve);

                BRepBuilderAPI_MakeEdge anEdgeMaker(aBSplineCurve);
                BRepTools::Write(anEdgeMaker, "d:/edge.brep");

                aTclFile << "restore " <<  " d:/edge.brep e" << std::endl;
                aTclFile << "incmesh e " << " 0.01" << std::endl;
                aTclFile << "vdisplay e " << std::endl;

                Handle(GeomFill_Frenet) aFrenet = new GeomFill_Frenet();
                aFrenet->SetCurve(aCurveAdaptor);

                GCPnts_UniformAbscissa aPointSampler(aCurveAdaptor->Curve(), 5.0);
                for (Standard_Integer i = 1; i <= aPointSampler.NbPoints(); ++i)
                {
                    Standard_Real aParam = aPointSampler.Parameter(i);
                    gp_Pnt aP = aCurveAdaptor->Value(aParam);

                    gp_Vec aT;
                    gp_Vec aN;
                    gp_Vec aB;

                    aFrenet->D0(aParam, aT, aN, aB);

                    // vtrihedron in opencascade draw 6.9.1
                    /*aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " " << aP.X() << " " << aP.Y() << " " << aP.Z() << " "
                             << " " << aB.X() << " " << aB.Y() << " " << aB.Z() << " "
                             << " " << aT.X() << " " << aT.Y() << " " << aT.Z() << std::endl;
            */

                    // vtrihedron in opencascade draw 7.1.0 has bug.
                    /*aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " -origin " << aP.X() << " " << aP.Y() << " " << aP.Z() << " "
                        << " -zaxis " << aB.X() << " " << aB.Y() << " " << aB.Z() << " "
                        << " -xaxis " << aT.X() << " " << aT.Y() << " " << aT.Z() << std::endl;
            */

                    // vtrihedron in opencascade draw 7.2.0
                    aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " -origin " << aP.X() << " " << aP.Y() << " " << aP.Z() << " "
                        << " -zaxis " << aB.X() << " " << aB.Y() << " " << aB.Z() << " "
                        << " -xaxis " << aT.X() << " " << aT.Y() << " " << aT.Z() << std::endl;
                    aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " -labels xaxis T 1" << std::endl;
                    aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " -labels yaxis N 1" << std::endl;
                    aTclFile << "vtrihedron vt" << i << " -labels zaxis B 1" << std::endl;

                    aTclFile << "vsize vt" << i << " 2" << std::endl;
                }
            }

            int main(int argc, char* argv[])
            {
                test();

                return 0;
            }

            程序通過擬合幾個隨機產生的點生成B樣條曲線,再將曲線按弧長等距采樣,將得到的參數計算出曲線上的點,及Frenet標架。再生成Draw腳本文件,最后將生成的Draw腳本文件trihedron.tcl加載到Draw Test Harness中顯示結果如下圖所示:

            wps_clip_image-22393

            Figure 3. Frenet Frame

            由上圖可知,局部坐標系的T方向為曲線的切線方向。主法向N總是指向曲線凹側。

            4. Conclusion

            曲線的活動標架是《微分幾何》中一個很基礎的概念。有了曲線的活動標架,掃掠造型Sweep算法的實現有了一些思路。當給定一個輪廓線后,將輪廓線沿著路徑曲線掃掠可以理解為將輪廓線變換到曲線的活動標架中。

            本文主要演示了Frenet活動標架的例子,讀者可以將GeomFill_TrihedronLaw其他的子類表示的其他類型活動標架自己實現,加深理解。

            5. References

            1. 趙罡, 穆國旺, 王拉柱. 非均勻有理B樣條. 清華大學出版社. 2010

            2. 陳維桓. 微分幾何. 北京大學出版社. 2006

            3. 朱心雄. 自由曲線曲面造型技術. 科學出版社.  2000


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            Shing Liu(eryar@163.com)

             

            Feedback

            # re: OpenCASCADE Trihedron Law  回復  更多評論   

            2018-06-08 16:21 by birds
            博主您好
            又有問題請教了,我如何用vs+qt來顯示如上圖DRAW所示的各個點的坐標方向?謝謝

            # re: OpenCASCADE Trihedron Law  回復  更多評論   

            2018-06-09 09:00 by eryar
            @birds
            你好!

            如果理解了活動標架的概念,就沒有問題了。

            # re: OpenCASCADE Trihedron Law  回復  更多評論   

            2018-06-09 14:34 by birds
            謝謝
            国产产无码乱码精品久久鸭| 99re这里只有精品热久久| 办公室久久精品| 伊人久久精品线影院| 亚洲国产小视频精品久久久三级 | 一本色道久久综合狠狠躁篇| 无码8090精品久久一区| 亚洲欧洲日产国码无码久久99| 日韩精品久久久肉伦网站| 91亚洲国产成人久久精品网址| 久久久噜噜噜久久| 国产Av激情久久无码天堂| 美女久久久久久| 蜜臀av性久久久久蜜臀aⅴ麻豆| 99久久精品国产毛片| 久久人妻少妇嫩草AV无码专区| 国产日韩久久免费影院| 久久精品国产清自在天天线| 国产成人99久久亚洲综合精品| 久久天天躁夜夜躁狠狠躁2022| 国产日韩欧美久久| 国内精品久久久久久99| 人妻无码αv中文字幕久久琪琪布| 久久青草国产手机看片福利盒子| 久久九九兔免费精品6| 久久精品一区二区三区中文字幕| 久久久久亚洲精品天堂| 中文字幕无码精品亚洲资源网久久 | 国产叼嘿久久精品久久| 精品少妇人妻av无码久久| 久久婷婷色综合一区二区| 久久综合精品国产一区二区三区| 久久se精品一区二区| 久久综合噜噜激激的五月天| 无码人妻久久一区二区三区| 国产香蕉久久精品综合网| 一级做a爰片久久毛片免费陪| 久久高潮一级毛片免费| 大美女久久久久久j久久| 99精品久久久久久久婷婷| 精品亚洲综合久久中文字幕|