基于加权B-样条的极小曲面造型研究

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极小曲面问题,又称为Plateau问题,目的是为了寻找以给定空间曲线为边界的面积极小的曲面,它从18世纪提出到现在一直是微分几何和偏微分方程理论的重要课题。极小曲面的平均曲率为0,因此有许多优良的性质,在建筑设计、飞机船舶制造、艺术、生物学、晶体发生学等领域都被广泛地应用。虽然在微分几何领域已经有了丰富的极小曲面理论,但是在CAD/CAGD领域做极小曲面造型研究的工作仍然不多,而今NURBS表示已经成为CAD/CAGD的标准,因此,研究极小曲面的B-样条逼近是非常有意义的工作。本文用CAGD的方法对极小曲面造型做了一些基础的研究。极小曲面方程是个非线性的偏微分方程,其复杂性导致一般没有显式表达的解,有限元方法是求解这类问题有效的办法。本文研究了用加权均匀B-样条函数做有限元的基函数空间,解决任意边界下极小曲面造型问题的方法。均匀B-样条函数不具备端点插值性质,在边界上不能自动为0,所以无法满足边界条件,本文通过对其加权来构造加权B-样条函数,权函数为到边界的距离函数ω,使加权均匀B-样条函数在边界上为0,从而满足边界条件。得到的数值结果证明本文中的方法简单有效,精度高。
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