- 目次
- 絵描き
- 理解
- まとめ
【絵描き】実際にベジェ曲線を使う技法
ベジェ曲線について
ベジェ曲線とは
直感的に描きやすく、コンピュータやイラストソフトで滑らかに描ける曲線のこと。
ベクター形式
座標や数学的な計算による図形として表現する方式
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ベクター形式とは画像やコンピュータグラフィックを、座標や数学的な計算による図形として表現する方式のこと。
(画像形式の例)PDF, SVG, EPSなど
ベジェ曲線はベクター形式の代表的な手法である。
Bezier Curve

<ベジェ曲線>発案者
フランス自動車メーカーのド・カステリョとピエール・ベジェが独立に考案(1900年代中頃)
<ベジェ曲線>パーツ

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【絵描き】Illustratorのベジェ曲線を使おう
<機能>線分を描く
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<機能>カーブを描く
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【理解】ベジェ曲線の数学的解説
ベジェ曲線の数式について
<定義>ベジェ曲線
$\displaystyle \mathbf{P}(t) = \sum_{k=0}^{n} {}_n \mathrm{C}_k (1-t)^{n-k}t^k \mathbf{P}_k$
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<例>1次ベジェ曲線は線分
$$\mathbf{P}(t)= (1-t)\mathbf{P}_{0} +t\mathbf{P}_{1}$$
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<アルゴリズム>ド・カステリョ

制御点の間を $(1-t):t$ に内分する点を繰り返し取るアルゴリズム
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直観的説明はこちら
ベジェ曲線の性質について
<性質>図の拡大縮小
ベクター形式の図は拡大縮小しても明瞭なままである
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ベジェ曲線は有限個の制御点によってのみ定義される。したがって、拡大縮小をしても制御点の相対的な位置さえ変わらなければ、実際の画像は計算(アルゴリズム)によって補完される。
ゆえに、ベジェ曲線で描いた図は拡大縮小しても明瞭なままである。
これはベクター形式の画像の特徴である。
<性質>端点での接線方向
$\overrightarrow{\mathbf{P}_0\mathbf{P}_1}$ と $\overrightarrow{\mathbf{P}_{n-1}\mathbf{P}_n}$ はベジェ曲線の接線である
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<性質>内包性(準備中)
ベジェ曲線は、制御点が作る凸包内にある
<性質>ベジェ曲線の軌道(準備中)
アンカーポイント以外の制御点はベジェ曲線上の点ではない
まとめノート
ベジェ曲線とは
直感的に描きやすく、コンピュータやイラストソフトで滑らかに描ける曲線のこと。
制御点
$n+1$ 個の点 $\mathbf{P}_0$, $\mathbf{P}_1$, $\ldots$ , $\mathbf{P}_n$ をとる.
A. $n$ 次ベジェ曲線
$t \in [0, \ 1]$ のときの $\mathbf{P}(t)$ が描く軌跡を $n$ 次ベジェ曲線という.
$\displaystyle \mathbf{P}(t) = \sum_{k=0}^{n} {}_n \mathrm{C}_k (1-t)^{n-k} \ t^k \ \mathbf{P}_k$
B. ド・カステリョのアルゴリズム
$t \in [0, \ 1]$ とする. 下記の漸化式で定まる $\mathbf{P}(t) = \mathbf{P}_0^n(t)$ は $n$ 次ベジェ曲線と一致する. ただし, $k \in \{ 0,\ \cdots , \ n -i \}$ とする.
$$\mathbf{P}_k^i(t) = \left\{ \begin{array}{cl} \mathbf{P}_k, & i =0 \\
(1-t)\mathbf{P}_k^{i-1}(t) + t\mathbf{P}_{k+1}^{i-1}(t), & i \in \{ 1,\ \cdots , \ n\}
\end{array}\right.$$
C. ベジェ曲線の性質
- ハンドルはアンカーポイントの接線である
- アンカーポイント以外の制御点はベジェ曲線上の点ではない
- $1$次ベジェ曲線は, アンカーポイントを結ぶ線分を描く
ポイント解説
制御点
$\mathbf{P}_0$ と $\mathbf{P}_1$ は曲線の端点を決める
アンカーポイント
という. $\mathbf{P}_0\mathbf{P}_1$と $\mathbf{P}_n\mathbf{P}_{n-1}$ は, 端点での曲線の接線方向と曲がり具合を決める
ハンドル
という.

B
制御点の間を $(1-t):t$ に内分する点を繰り返し取るアルゴリズム:制御点の間を $(1-t):t$ に内分する点を繰り返し取るアルゴリズム:

C
拡大縮小に最適(
ベクター形式
)

モチベーション







