代数曲面上测地线的计算

给出了求解代数曲面上两点之间测地线的一种算法.在算法中,把决定代数曲面测地线的微分方程组离散为一个非线性方程组,然后采用迭代数值方法求解.为此,给出了一种基于细分的初值生成方法.最后给出了一些数值算例用来验证算法的有效性.     

凸曲面上的拟测地线

设Ｌ是任意凸曲面Ｆ上的拟测地线，证明了下列定理。定理１Ｌ上不能引测地法线的所有组成一个Ｌ上的零测度集合，定理２Ｌ上所有拟锥形点组成一个Ｌ上的零测度集合。这里所说的测度都是指数线测度而言。     

曲线按其从可展曲面分类

本文利用微分几何的方法给出了一种曲线的分类法。将非直线的曲线按其从可展曲面分为柱面曲线、锥面曲线和切线面曲线三大类,并证明了这三类曲线的曲率及挠率特征。讨论了Bertrand曲线与广义螺线的分类问题,提出了Bertrand曲线与柱面螺线的又一充要条件,并进一步讨论了切线面曲线及其对应曲线问题。     

曲面可展的条件

本文给出两个关于曲面可展的结论。     

关于常曲率曲面上测地线密度的注记

首先将常曲率曲面上一些基本的三角公式改写成统一的形式.然后定义了常曲率曲面上测地线集的密度,通过常曲率曲面上的三角公式以及参数变换证明了该密度与坐标选取无关.最后给出了常曲率曲面上测地线集密度的几种形式.     

曲面正交网下测地曲率计算公式的推导方法

考虑曲面上曲线测地曲率计算公式的推导方法问题,在曲面正交坐标网下,给出曲面上曲线测地曲率计算公式的参数方程形式,并由此得出测地曲率计算Liouville公式的一种推导方法。充分利用坐标曲线网的正交性条件,介绍了一种推导Liouville公式的直接方法,由此发现两种推导过程的内在联系。在曲面上一般参数坐标网下,直接给出了测地线的参数方程所满足的微分方程组的形式,由此导出在曲面正交坐标网下测地线的微分方程组。     

无焦点测地线

从测地线的共轭点、焦点的定义出发，证明了对任意具正曲率的完备二维Gauss曲面，r：[0，＋∞)→M为测地线，则存在t＞0，r(t)是r(0)之焦点．从而说明了焦点与共轭点的差异，并对这种差异性进行了较深入的讨论．     

局部对称Riemann流形上的无共轭点测地线

研究了局部对称流形上的无共轭点测地线，得到了与曲率有关的两个性质。     

关于可展曲面等价条件的注记

文章给出了可展曲面的两个新的等价条件,所得结论不但丰富了可展曲面特征的内涵,而且从本质上改进了近期有关文献中的结果,简化了其证明．     

测地线定义的等价性

通过三维空间中二维曲面上测地线的几种定义的等价性的讨论,明确了这些不同的定义之间的内在联系,从而能加深对测地线相关内容的进一步理解．     

关于可展曲面的一点注记

对于Ｒ＾３中任意给定的光滑曲线ｌ,必存在Ｒ＾３中的可展曲面∑,使得ｌ为∑的曲率线或是测地线,也存在Ｒ＾３中的直纹曲面∑１,使得ｌ为∑１上的渐近线。     

可展面展开方法及其应用

为解决工程实际中的曲面展开问题,以微分几何学中可展面展开的基本原则等相关理论为基础,提出锥面和切线曲面展开的理论方法。锥面的展开是利用单位球方法,确定直母线与平面上过定点射线之间的映射关系,进而展开曲面;切线曲面的展开则利用准线曲率在展开中的不变性,确定准线在平面上的展开曲线,再作与之相切的直母线,从而实现曲面的展开。两类可展面的展开方法均被应用于工程实际问题。其一是钣金工中方－圆类接头的展开问题。该问题的解决是锥面展开方法的成功应用;其二是螺旋输送器的核心部件－铰龙的展开问题,它是切线曲面展开方法应用的典型实例。     

完备Riemann流形之测地线

讨论了完备Riemann流形上测地线上的共轭点的存在性与几何性质,证明了截面(r)∧v的曲率k((r)∧v)≥0的完备测地线(r):(-∞, ∞)→M为共轭点测地线的充要条件是k((r)∧v)=0.     

可展曲面特征等价性的环路证明

文章在归纳可展曲面诸多特征的基础上,对这些特征的等价性,给出了一个全新、简洁的环路证明.     

次黎曼测地线的刻划

次黎曼测地线问题是变分学中的一个有约束的Lagrange问题,但在变分的过程中有个难点--如何推出约束条件"γ'(t)∈D,在[a,b]上几乎处处成立"的解析式.该文从最优控制论的角度,将次黎曼测地线问题转化为一个最优控制问题,将约束条件γ'(t)∈D转化为k∑i=1ui(t)Xi(t)-γ'(t)=0,进而得到了次黎曼Hamiltonian H(q,p)=1/2g-1(p|D,p|D)的具体形式.同时将奇异曲线刻划为非正规极值曲线的投影.     

特殊曲面上测地线的几何特征

文章具体刻画了柱面、锥面、旋转曲面上测地线的几何特征,所得结果一方面匡正了某些文献关于锥面上测地线的错误断言,一方面推广了现有文献关于旋转曲面上测地线几何性质的描述。     

改进的基于测地线的机器人轨迹规划方法

针对机器人运动规划过程中测地线微分方程初始条件的确定问题,提出一种基于微分运动的初始条件求解方法.该方法通过对比分析黎曼空间与三维空间中机器人末端运动轨迹,确定两者之间的空间对应关系,在此基础上建立测地线微分方程初始条件的求解模型.最后,以2自由度机器人为例,对比验证该方法的有效性.研究结果表明:该模型解决了以往采用线性搜索方法求解微分方程初始条件所造成的求解不确定性问题.     

曲面上测地线和短程线的性质

从曲面上曲线的测地曲率向量和测地曲率的定义出发,在测地线定义的基础上,给出测地线的三种充分必要条件,并给出应用中新的处理方法;发现了曲面上短程线的必要条件的三个结论正好对应于测地线的三个等价条件。     

基于蚁群迭代算法的近似测地线计算

为了提高两点之间近似测地线的计算精确度,提出一种蚁群迭代算法。在此算法中,对于任意一个地形,首先建立其垂直映射平面图,在平面图上进行初步网格划分,并用蚁群算法求出一条最短路径;再对网格不断进行加密划分,每一次加密处理网格之后都用蚁群算法计算精确度更高的最短路径,以此优化加密前求出的路径。该算法可有效避免待求两点之间图形解析式的困扰,并且采用自适应的方式寻找适当的网格规模,提高近似测地线的精确度。实验结果表明该算法在近似测地线的计算中是有效的。