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: 贝塞尔曲线

Bernstein基函数

Bernstein 基函数是贝塞尔曲线(Bezier curve)的一个重要组成部分。它们定义了一组基函数,通 常用于表示参数化曲线,尤其是 Bézier 曲线。对于 Bézier 曲线,Bernstein 基函数定义如下:

对于给定的阶数 $n$,第 $i$ 个 Bernstein 基函数 $B_{i,n}(t)$ 的表达式为:

$$ B_{i,n}(t) = \binom{n}{i} t^i (1 - t)^{n-i} $$

其中:

  • $n$ 是 Bézier 曲线的阶数(即控制点的数量减 1)。
  • $i$ 是当前的基函数索引,取值范围为 $0 \leq i \leq n$。
  • $t$ 是参数,取值范围通常为 $0 \leq t \leq 1$。
  • $\binom{n}{i}$ 是二项式系数,表示为 $\frac{n!}{i!(n-i)!}$。

## Bernstein 基函数的特性:

  1. 非负性:在 $0 \leq t \leq 1$ 的范围内,所有 Bernstein 基函数的值都是非负的。
  2. 分片多项式性:Bernstein 基函数是 $t$ 的多项式函数。
  3. 端点插值:当 $t = 0$ 或 $t = 1$ 时,只有一个基函数的值不为 0,而该函数的值为 1。 这意味着 Bézier 曲线会精确地通过其起点和终点。
  4. 分区一致性:所有基函数在任意 $t$ 下的和为 1,即 $$ \sum_{i=0}^{n} B_{i,n}(t) = 1 $$ 这一特性确保了 Bézier 曲线的凸包性质,即曲线位于控制点构成的凸包内。

Bernstein 基函数在图形学、曲线和曲面的建模中应用广泛,特别是在 Bézier 曲线和 Bézier 曲面 的表示中起到了基础作用。