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MATLAB 如何求取離散點(diǎn)的曲率最大值

 更新時(shí)間:2021年04月15日 15:24:57   作者:天上地芒果  
這篇文章主要介紹了MATLAB 求取離散點(diǎn)的曲率最大值操作,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

我就廢話不多說(shuō)了,大家還是直接看代碼吧~

x0 = linspace(0.1,2,100);%x0,y0驗(yàn)證函數(shù)離散點(diǎn),可以非等間隔
y0 = 1./x0;
h1 = abs(diff(x0)) ;
h = [h1 h1(end)];
ht = h;
yapp1 = gradient(y0)./ht; %matlab數(shù)值近似
yapp2 = del2(y0)./ht; %matlab數(shù)值近似
k2 = abs(yapp2)./(1+yapp1.^2).^(3/2);
figure
plot(k2)
title('曲率曲線')
[~,maxFlag] = max(k2);%曲率最大位置
x_max = x0(maxFlag);
y_max = y0(maxFlag);
%畫(huà)出圖像 標(biāo)注曲率最大點(diǎn)
figure
plot(x0,y0,'.-');
hold on;
plot(x_max,y_max,'rp')
title('標(biāo)注最大曲率點(diǎn)')
xlabel('log10((norm(B*Xk-L)))')
ylabel('log10((norm(Xk)))')

補(bǔ)充:MATLAB 插值+計(jì)算離散點(diǎn)曲率

思路:點(diǎn)足夠密的話直接用 diff、gradient 求曲率,稀疏的話先插值再算曲率。

公式:

點(diǎn)密的情況 輸入曲線坐標(biāo)(1-2)求一、二階導(dǎo)數(shù)(4-9)通過(guò)公式求得曲率(10)

x = 0:0.01:7;
y = cos(x*0.5*pi); 
h1 = abs(diff(x));
h = [h1 h1(end)];
ht = h; 
y1 = gradient(y)./ht;
y2 = gradient(y1)./ht;
curv = abs(y2)./sqrt((1+y1.^2).^3); 
plot(x,y,'-',x,curv,'--r);
legend('Raw Data, 'Curvature','Location',"best");
grid on

圖像與下文理論值圖像相同

點(diǎn)稀疏的情況

1、輸入散點(diǎn)坐標(biāo)(1-2)

2、用樣條曲線(B-Spline)等方法插值得到擬合曲線(3-4)

3、diff、gradient 函數(shù)求擬合曲線的一、二階導(dǎo)數(shù)(6-11)

4、通過(guò)公式求得曲率(12)

例:余弦函數(shù)取 8 個(gè)點(diǎn),用 B-Spline 插值

x = 0:1:7;
y = cos(x*0.5*pi);
xx = 0:0.01:7;
yy = spline(x,y,xx); 
h1 = abs(diff(xx));
h = [h1 h1(end)];
ht = h; 
yy1 = gradient(yy)./ht;
yy2 = gradient(yy1)./ht;
curv = abs(yy2)./sqrt((1+yy1.^2).^3); 
plot(xx,yy,'-',xx,curv,'--r',x,y,'o-');
legend('B-Spline', 'Curvature','Raw Data','Location',"best");
grid on

補(bǔ)充用法

求最大曲率并在圖中標(biāo)出

[max_val,max_ind]=max(curv);
hold on
plot(xx(max_ind),yy(max_ind),'*r');

與理論值(余弦函數(shù)曲線)對(duì)比

曲線對(duì)比

曲率對(duì)比

幾種插值方法對(duì)比

列舉四種方法,分別為:分段線性插值、三次樣條曲線(B-Spline)插值、三次 Hermite 插值(PCHIP)、修正 Akima 分段三次 Hermite 插值(Akima)

Case 1: 三維螺線

三維螺線散點(diǎn)

插值

俯視

側(cè)視

Case 2:二維梯形波

二維梯形波

Case 3:三維不規(guī)則折線

三維不規(guī)則折線(不等間距)

對(duì)比可得:

Case 1:B-Spline>Akima>PCHIP>Linear

Case 2:Linear>PCHIP>Akima>B-Spline

Case 3:Linear≈PCHIP≈Akima>B-Spline

故在插值的時(shí)候需要選擇適合的計(jì)算方法

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教。

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