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如何在沒有昂貴的預計算的情況下以恒定速度沿著貝塞爾曲線移動?

2021-11-07 03:37:52 區塊鏈

請原諒我的長代碼示例,但我無法弄清楚如何用更少的代碼正確解釋我的問題:

let c = document.querySelector("canvas");
let ctx = c.getContext("2d");

class BezierCurve {
  constructor(x1, y1, cpX, cpY, x2, y2) {
    this.f = 0;

    this.x1 = x1;
    this.y1 = y1;
    this.cpX = cpX;
    this.cpY = cpY;
    this.x2 = x2;
    this.y2 = y2;
    this.pointCache = this.calcPoints();
  }

  calcX(t) { return (1 - t) * (1 - t) * this.x1   2 * (1 - t) * t * this.cpX   t * t * this.x2; }
  calcY(t) { return (1 - t) * (1 - t) * this.y1   2 * (1 - t) * t * this.cpY   t * t * this.y2; }

  calcPoints() {
    const step = 0.001, segments = [];
  
    for (let i = 0; i <= 1 - step; i  = step) {
      let dx = this.calcX(i) - this.calcX(i   step);
      let dy = this.calcY(i) - this.calcY(i   step);
  
      segments.push(Math.sqrt(dx * dx   dy * dy));
    }
  
    const len = segments.reduce((a, c) => a   c, 0);

    let result = [], l = 0, co = 0;
  
    for (let i = 0; i < segments.length; i  ) {
      l  = segments[i];
      co  = step;
      result.push({ t: l / len, co });
    }
  
    return result;
  }

  draw() {
    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(this.x1, this.y1);
    ctx.quadraticCurveTo(this.cpX, this.cpY, this.x2, this.y2);
    ctx.stroke();
  }

  tick(amount = 0.001) {
    this.f = this.f < 1 ? this.f   amount : 0;
  }
}

function drawCircle(x, y, r) {
  ctx.beginPath();
  ctx.arc(x, y, r, 0, 2 * Math.PI);
  ctx.fill();
}

let a = new BezierCurve(25, 25, 80, 250, 100, 50);
let b = new BezierCurve(225, 25, 280, 250, 300, 50);

function draw(curve, fraction) {
  let x = curve.calcX(fraction);
  let y = curve.calcY(fraction);

  curve.draw();
  drawCircle(x, y, 5);

  curve.tick();
}

// Inefficient but using this instead of binary search just to save space in code example
function findClosestNumInArray(arr, goal) {
  return arr.reduce((prev, cur) => Math.abs(cur.t - goal) < Math.abs(prev.t - goal) ? cur : prev);
}

function drawLoop(elapsed) {  
  c.width = 600;
  c.height = 600;
  
  draw(a, a.f);

  let closest = findClosestNumInArray(b.pointCache, b.f).co;

  draw(b, closest);

  requestAnimationFrame(drawLoop);
}

drawLoop(0);
<canvas></canvas>

好的,所以,解釋一下發生了什么:如果您點擊,Run code snippet您會看到有兩條曲線,我將其稱為a(左側)和b(右側)。

您可能會注意到沿著 a 曲線移動的點開始很快,然后在曲線周圍減速,然后再次加速。盡管小數部分0.001每幀增加一個常數

b另一方面,for 的點在整個迭代程序中以恒定速度移動。這是因為b我使用了pointCache我為曲線預先計算映射。此函式calcPoints生成一個映射,使得輸入小數分量t與沿曲線的“適當”實際百分比相關聯co

無論如何,這一切都有效,但我的問題是預計算calcPoints很昂貴,并且參考查找表來查找沿線的實際小數部分是不準確的,并且需要大量記憶體使用。我想知道是否有更好的方法。

What I'm looking for is a way to do something like curve.calcX(0.5) and actually get the 50% mark along the curve. Because currently the existing equation does not do this, and I instead have to do this costly workaround.

uj5u.com熱心網友回復:

不完全確定這會起作用,但你知道霍納繪制貝塞爾點的方案嗎?

        /***************************************************************************
        //
        //   This routine plots out a bezier curve, with multiple calls to hornbez()
        //
        //***************************************************************************
        function bezierCalculate(context, NumberOfDots, color, dotSize) {
            // This routine uses Horner's Scheme to draw entire Bezier Line...

            for (var t = 0.0; t < 1.0001; t = t   1.0 / NumberOfDots) {
                xTemp = hornbez(numberOfControlPoints - 1, "x", t);
                yTemp = hornbez(numberOfControlPoints - 1, "y", t);
                drawDot(context, xTemp, yTemp, dotSize, color);
            }
        }

        //***************************************************************************
        //
        //   This routine uses  Horner's scheme to compute one coordinate
        //   value of a  Bezier curve. Has to be called
        //   for each coordinate  (x,y, and/or z) of a control polygon.
        //   See Farin, pg 59,60.  Note:  This technique is also called
        //   "nested multiplication".
        //   Input:   degree: degree of curve.
        //            coeff:  array with coefficients of curve.
        //            t:      parameter value.
        //            Output: coordinate value.
        //
        //***************************************************************************
        function hornbez(degree, xORy, t) {
            var i;
            var n_choose_i; /* shouldn't be too large! */
            var fact, t1, aux;

            t1 = 1 - t;
            fact = 1;
            n_choose_i = 1;

            var aux = FrameControlPt[0][xORy] * t1;
            /* starting the evaluation loop */
            for (i = 1; i < degree; i  ) {
                fact = fact * t;
                n_choose_i = n_choose_i * (degree - i   1) / i; /* always int! */
                aux = (aux   fact * n_choose_i * FrameControlPt[i][xORy]) * t1;
            }
            aux = aux   fact * t * FrameControlPt[degree][xORy];

            return aux;
        }

不確定你到底要去哪里,但這我前段時間寫一些東西的參考......對于Bezier iframe的內容,請看這個......我隱含的問題?貝塞爾曲線適合您嗎?

uj5u.com熱心網友回復:

我們可以嘗試修改您的方法以提高效率。它仍然不是您希望的確切解決方案,但它可能會起作用。

我們可以使用細分的思想,而不是在相差 0.001 的引數值(您不重復使用上一步的計算)時重復評估貝塞爾曲線。你知道De Casteljau 演算法嗎?它不僅計算給定引數t 下的 Bézier 曲線,還為您提供了將曲線細分為兩條的方法:一條 Bézier 曲線等于區間 [0, t ] 上的原始曲線,另一條等于原始曲線在 [ t , 1] 上。它們的控制多邊形比原始控制多邊形更接近曲線。

因此,您將按以下步驟進行:

  1. 使用 De Casteljau 演算法細分t =0.5處的曲線
  2. 使用 De Casteljau 演算法細分t = 0.25處的第一段
  3. 使用 De Casteljau 演算法在t =0.75處細分第二段
  4. 以相同的方式遞回進行直到規定的深度。這取決于您想要達到的精度。

這些線段的控制多邊形將是原始貝塞爾曲線的(分段線性)近似值。使用它們來預先計算引數,就像您到目前為止所做的那樣;或直接繪制此近似值,而不是使用quadraticCurveTo原始曲線。生成此近似值應該比您的程式快得多。

您可以在Prautzsch、Boehm 和 Paluszny:Bézier 和 B 樣條技術 的第 3.3、3.4 和 3.5 節中閱讀有關此想法的更多資訊它們還提供了此程序收斂到原始曲線的速度的估計。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qukuanlian/350522.html

標籤:javascript algorithm bezier spline

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