空间中的参数化曲线(parametric curves)有如下方程:
F[0,1] -> (f(u), g(u), h(u))
上述方程中 u
即时参数,u
的定义域为 [0 - 1]
,实际定义域可以是任意实数范围,为了简单起见这里设置的定义域(domain)为 [0 - 1]
。
假设参数化曲线的坐标系是直角笛卡尔坐标系,则 f(u)
、g(u)
、h(u)
为坐标系的三个轴的坐标值。当 u 属于 0 到 1 区间时,x、y、z 分别如下:
x = f(u)
y = g(u)
z = h(u)
参数化方程就是定义一个参数 u,然后坐标轴的每一个分量都用含有 u 的方程表示,这就是参数化方程的概念。
如果去掉一个分量 h(u)
,则参数化方程可以用来表示二维平面上的曲线。
圆心为 (p, q)
, 半径为 r
的一般方程如下:
(x - p)^2 + (y - q)^2 = r^2
其参数化方程如下:
x(u) = rcos(2 * PI * u) + p
y(u) = rsin(2 * PI * u) + q
其中 u 属于 [0, 1]。2 * PI * u
为 (x(u), y(u))
到圆心 (p, q)
的连线与水平 x 轴的夹角。
曲线有两个点 x 和 p,当 p 沿着曲线向 x 移动时,向量 xp 慢慢变成了曲线在点 x 的切向量。
那么如何计算这个切向量呢?
假设曲线的参数化方程为 F(u)=(f(u), g(u), h(u))
,只需要对参数化方程进行一次求导即可,即对 f(u)
、g(u)
、h(u)
分别进行求导。
tangetVec=F'(u)=(f'(u), g'(u), h'(u))
上式中的 tangetVec 不是单位向量,我们需要将向量标准化:
len = |tangetVec|
tangetVec/len
由直线参数化方程定义,以及切向量可以计算得到切线方程:
F(u) + t(F'(u))/|F'(u)|
(F'(u))/|F'(u)|
为单位切向量,F(u) 为曲线上的点,t 为参数。
(完)