贝塞尔曲线原理。

如题所述

深入探索贝塞尔曲线与B样条曲线的奥秘


贝塞尔曲线,作为数学界的瑰宝,以其独特的控制点决定形状和阶次的特性脱颖而出。n+1个控制点精准定义了一条曲线的阶次,它对连续性的要求使得曲线更加流畅。贝塞尔曲线的特性亮点在于:起点和终点的切线保持,几何不变性,以及至少三阶曲率的连续性,这赋予了它在路径规划中的广泛应用。


B样条曲线,是对贝塞尔曲线的改良,尤其在灵活性上更胜一筹。它去除了顶点数的限制,使得设计更加自由。均匀和准均匀B样条进一步扩展了其应用领域,保持了形状周期性,且性质保持一致。曲线的平滑度取决于次数,准均匀三次B样条是最常见的选择,因为它提供了恰到好处的平滑效果。


贝塞尔曲线的魅力在于其算法的递归结构,通过控制点的逐级组合,形成具有阶次特征的曲线。计算过程通过De Casteljau算法清晰呈现,如图3所示,六个控制点的巧妙组合便生成了一条独特的贝塞尔曲线。这些特性包括凸包性、变异递减性、全局性以及仿射不变性,每一点都影响着曲线的最终形态。


在无人车路径规划中,贝塞尔曲线更是大显身手。例如,通过计算

p_t_1pppp_t的贝塞尔曲线,我们可以分次迭代t值,生成一次、二次或三次曲线,如P_t_1P_t_5。三次贝塞尔曲线如m6m7的线性连接,为避障提供了关键路径。动态GIF的生成通过MakeGif函数,直观地展示了整个过程。


路径规划示意图中,清晰地展示了道路背景、车道线、起点、障碍物点和目标点,以及贝塞尔曲线如何巧妙地避开这些障碍,实现平滑路径和车辆的曲线行驶。它的优点在于通过控制点的灵活调整,轻松实现路径的精细化控制。


深入理解贝塞尔曲线,不仅在于其系数的1阶导数保证的连续拼接,还在于它由数据点(起终点)和控制点共同构建的分阶特性。图形编辑工具让这些特性更加直观,MATLAB示例则展示了如何通过增加点数来调整曲线的形状。对于B样条曲线和贝塞尔曲线的深入学习,EC果酱团队和掘金平台上有丰富的文章资源,如CSDN博客上的



    路径规划 - CSDN 贝塞尔曲线文章
    在线操作 - Bezier Curve Edit
    原理与Matlab代码 - jubobolv369 的CSDN博客
    简单介绍 - xiaozhang2019 的CSDN博客
    轨迹规划 - mhrobot 的CSDN博客

这些资源将帮助你全方位掌握贝塞尔曲线的精髓,从而在实际应用中游刃有余。

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