大家好,我是前端图形专家。
在图形软件中,其底层常常依赖于贝塞尔样条曲线作为基础图形元素。这意味着,即使其他如圆形这样的图形数据,也需要通过转换为贝塞尔曲线来进行近似表达。
我们需要掌握一些拟合算法的实现技巧。
本文将详细介绍如何使用三阶贝塞尔曲线来拟合圆、椭圆以及任意圆弧。
首先来看看如何拟合一个圆形。
单靠一条三阶贝塞尔曲线是无法精确描述一个圆的,通常需要多条贝塞尔曲线进行平滑连接。
通常情况下,我们会选择用四条1/4圆弧组合起来进行拟合。
接下来,我们将焦点放在如何用一条三阶贝塞尔曲线拟合1/4圆弧上。
经过观察,我们发现了一个规律。
对于半径为1的圆,其1/4圆弧对应的三阶贝塞尔曲线的控制线(从锚点延伸至控制点的线)的长度有一个特定的比例关系。
这个比例关系计算结果为:圆的半径与控制线长度的比值约为0.07936。
虽然这里没有详细阐述这个“魔法数”的推导过程,但我们可以利用这个规律来简化计算1/4圆弧的三阶贝塞尔拟合。
当控制点恰好位于锚点的垂直或水平方向上时,我们就可以轻松计算出1/4圆弧的三阶贝塞尔拟合。
将这样的四个三阶贝塞尔曲线依次连接起来,我们就可以组合成一个完整的圆。
对于椭圆的拟合,原理是相似的。
不同的是,我们需要考虑控制线在水平和垂直两个方向上的长度。
接下来,我们将探讨如何拟合起始角度(startAngle)和结束角度(endAngle)为任意值的圆弧。
假设我们有一个半径为1的圆,其中一段圆弧需要被拟合,且这个圆弧的一个端点位于x轴上的(1, 0)点。
拟合的贝塞尔曲线需要具有自对称性,这意味着其两条控制线的长度是相等的,我们将其记作k。
圆弧扫过的角度记作a,那么A、B、C、D的值可以如图所示进行确定。
我们有三个关键条件来帮助我们计算:
- 根据曲线的对称性,当t=0.5时,贝塞尔曲线的位置应该是圆弧的中点;
- 利用三角函数,我们可以计算出L的值;
- 通过一些三角函数的公式进行化简,我们可以得到一个等式来求解k的值。
当a为90度时,拟合1/4圆弧,k的值就是我们前面提到的“魔法数”0.07936。
一旦我们知道了控制线长度k,就可以计算两个控制点的位置。随后,进行一些矩阵变换,将曲线旋转到起始角度的位置,并按半径进行缩放,最后移动到圆心的位置。
虽然这里提到了pixijs的矩阵工具类用于算法实现,但你可以选择不使用它,而是将矩阵运算内化到函数中。
效果方面,当圆弧的sweepAngle较大时,拟合效果可能会变差。在这种情况下,我们应该将大圆弧拆分成多个三阶贝塞尔曲线,并确保每个曲线都保持在1/4圆以内。
我们还可以尝试改变起始角来观察效果变化。