這篇文章詳細(xì)的介紹了貝塞爾(Bezier)曲線，點擊跳轉(zhuǎn)：【怎么理解貝塞爾曲線？】。

原文內(nèi)容很多很詳細(xì)，本文摘取了一部分，并對原文做了一定程度的更清晰的排版、說明和修改。

一階貝塞爾曲線：

對于一階貝塞爾曲線,從上圖我們可以看到，它是一條直線，通過幾何知識，很容易根據(jù)$t$ 的值，得出線段上那個點的坐標(biāo)：
$$B_1(t)=P_0+(P_1?P_0)t$$
也可以變形為：
$$B_1(t)=(1?t)P_0+t{P}_1,t\in [0,1]$$

一階貝塞爾曲線很好理解, 就是根據(jù) $t$ 來的線性插值。$P_0$表示的是一個向量$[x,y]$, 其中$x、y$是分別按照這個公式來計算的。

二階貝塞爾曲線：

在平面內(nèi)任選 3 個不共線的點，依次用線段連接。在第一條線段上任選一個點$D$。計算該點到線段起點的距離 $AD$，與該線段總長 $AB$ 的比例。

根據(jù)上一步得到的比例，從第二條線段上找出對應(yīng)的點 E，使得 $$AD:AB=BE:BC$$。


這時候$DE$又是一條直線了, 就可以按照一階的貝塞爾方程來進(jìn)行線性插值了,
$$t=AD:AB$$
這時候就可以推出公式了.

$P_0^{\prime }=(1?t)P_0+t{P}_1$ 對應(yīng)著上圖綠色線段的左端點，$P_0^{\prime }$ 點是 $P_0{P}_1$線段上的線性插值結(jié)果。

$P_1^{\prime }=(1?t)P_1+t{P}_2$ 對應(yīng)著上圖綠色線段的右端點，$P_1^{\prime }$ 點是 $P_1{P}_2$線段上的線性插值結(jié)果。

$$\begin{array}{rl}{B}_2(t)& =(1?t)P_0^{\prime }+t{P}_1^{\prime }\\ & \\ & =(1?t)((1?t)P_0+t{P}_1)+t((1?t)P_1+t{P}_2)\\ & \\ & =(1?t{)}^2{P}_0+2t(1?t)P_1+t^2{P}_2\end{array}$$
整理一下公式, 得到二階貝塞爾公式：
$$B_2(t)=(1?t{)}^2{P}_0+2t(1?t)P_1+t^2{P}_2,t\in [0,1]$$
二階貝塞爾曲線對應(yīng)著新構(gòu)造的綠色線段的一階貝塞爾曲線(線性插值)。$P_0、P_1、P_2$ 這三個點是固定不變的點，但是這個綠色曲線是會隨著 $t$ 變化而變化的。

由$P_0、P_1、P_2$這三個點，進(jìn)行二階貝塞爾曲線擬合，得到的曲線是圖中的紅色曲線：

• 從 $t=0$開始，$B_2(t)=P_0$，因此，起點和 $P_0$ 點重合；
• $0<t<1$時，曲線點就是圖中紅色線；
• 到 $t=1$終止，$B_2(t)=P_2$，因此，終點和 $P_2$ 點重合；

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下面是我的總結(jié)：

點擊跳轉(zhuǎn)【貝塞爾曲線動態(tài)圖展示】直觀理解貝塞爾曲線。

假如你有5個點$P_0、P_1、P_2、P_3、P_4$，想根據(jù)這5個點擬合出一條曲線，那么，如果使用貝賽爾曲線的話，擬合的效果就如上圖最后一個所示，最后一個圖是4次貝塞爾曲線。4次貝塞爾曲線的控制點就是這五個點，其他點不是4次貝塞爾曲線控制點，叫做中間點，確切的說，是遞歸需要用到的其他低階次的控制點。

通過上面圖，可以看出，最終的(紅色)曲線，就是對這幾個點進(jìn)行擬合得到的貝塞爾曲線。

$n$個控制點對應(yīng)著$n－\mathrm{１}$階的貝塞爾曲線。

高階的貝塞爾可以通過不停的遞歸直到一階：

• 4次貝塞爾曲線需要【遞歸】用到3次貝塞爾曲線；
• 3次貝塞爾曲線需要【遞歸】用到2次貝塞爾曲線；
• 2次貝塞爾曲線需要【遞歸】用到1次貝塞爾曲線；
• 1次貝塞爾曲線就是線性插值，就是上面動圖中的第一個圖。

貝塞爾曲線的性質(zhì)：

階次是控制點個數(shù)減1。它限定了，給你n個點，你如果要使用貝塞爾曲線，那么只能使用n-1次貝塞爾曲線來擬合，這個限制條件不太友好；

牽一發(fā)動全身，移動一個控制點，整段曲線都會變化。

貝塞爾曲線的凸包性質(zhì)

貝塞爾曲線始終會在包含了所有控制點的最小凸多邊形中, 不是按照控制點的順序圍成的最小多邊形。這點大家一定注意.　這一點的是很關(guān)鍵的，也就是說可以通過控制點的凸包來限制規(guī)劃曲線的范圍，在路徑規(guī)劃是很需要的一個性質(zhì)．

凸包可以理解為，有一堆點集，使用一個橡皮筋來套住所有點，最后橡皮筋圍成的形狀，就是這些點集的凸包。上面最后一個圖的5個點中，其實最后一個點P4不是在凸多邊形上，而是在這些點組成的凸包內(nèi)部。

用不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑拋碇v，給定二維平面上的點集，凸包就是將最外層的點連接起來構(gòu)成的凸多邊形，它能包含點集中所有的點。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【数学与算法】贝塞尔曲线的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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