贝塞尔三阶曲线,计算任意一点坐标

本文介绍如何使用JavaScript在网页上实现类似Excel的散点图,通过输入Y值计算出X值,利用三阶贝塞尔曲线和控制点计算平滑线上的点坐标,同时处理数据转换和精度问题。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

复刻excel中带平滑线的散点图曲线,计算任意一点坐标

下面的案列是输入Y值,自动计算出X值
在这里插入图片描述

<template>
  <div>
    <label for="inputValue">输入数值:</label>
    <input id="inputValue" v-model="inputValue" type="number" step="0.01" />
    <button @click="calculate">计算</button>
    <p v-if="result !== null">计算结果:{{ result }}</p>
  </div>
</template>
<script>
export default {
  data() {
    return {
      inputValue: null,
      result: null,
      originalDataPoints: [
        { x: 0.075, y: 4.5 },
        { x: 0.25, y: 9.3 },
        { x: 0.5, y: 15.4 },
        { x: 1, y: 23.6 },
        { x: 2, y: 40.7 },
        { x: 5, y: 63.3 },
        { x: 10, y: 82 },
        { x: 20, y: 100 },
        { x: 40, y: 100 },
        { x: 60, y: 100 }
      ],
      dataPoints: []
    }
  },
  methods: {
    cubicBezier(p0, p1, p2, p3, t) {
      // 三阶贝塞尔曲线计算逻辑
      const result = {}
      const oneMinusT = 1.0 - t

      result.x =
        oneMinusT * oneMinusT * oneMinusT * p0.x +
        3 * oneMinusT * oneMinusT * t * p1.x +
        3 * oneMinusT * t * t * p2.x +
        t * t * t * p3.x

      result.y =
        oneMinusT * oneMinusT * oneMinusT * p0.y +
        3 * oneMinusT * oneMinusT * t * p1.y +
        3 * oneMinusT * t * t * p2.y +
        t * t * t * p3.y

      return result
    },
    ControlPoints4(p0, p1, p2, p3) {
      // 控制点计算逻辑
      const result = []
      const P12 = {}
      const P21 = {}
      const d02 = (p0.x - p2.x) * (p0.x - p2.x) + (p0.y - p2.y) * (p0.y - p2.y)
      const d12 = (p2.x - p1.x) * (p2.x - p1.x) + (p2.y - p1.y) * (p2.y - p1.y)
      const d13 = (p3.x - p1.x) * (p3.x - p1.x) + (p3.y - p1.y) * (p3.y - p1.y)

      if (d12 / 4 > d02 / 36) {
        P12.x = (p2.x - p0.x) / 6 + p1.x
        P12.y = (p2.y - p0.y) / 6 + p1.y
      } else {
        P12.x = ((p2.x - p0.x) / 2) * Math.sqrt(d12 / d02) + p1.x
        P12.y = ((p2.y - p0.y) / 2) * Math.sqrt(d12 / d02) + p1.y
      }

      if (d12 / 4 > d13 / 36) {
        P21.x = -(p3.x - p1.x) / 6 + p2.x
        P21.y = -(p3.y - p1.y) / 6 + p2.y
      } else {
        P21.x = ((p1.x - p3.x) / 2) * Math.sqrt(d12 / d13) + p2.x
        P21.y = ((p1.y - p3.y) / 2) * Math.sqrt(d12 / d13) + p2.y
      }

      result.push(P12)
      result.push(P21)
      return result
    },
    TfromY(p0, p1, p2, p3, y) {
      // 已知y确定t:数值求解逻辑
      const E = 0.001 // 误差
      let e = 10
      let left = 0
      let right = 1
      let t = 0.5

      while (e > E) {
        const smoothedPoint = this.cubicBezier(p0, p1, p2, p3, t)
        if (y > smoothedPoint.y) {
          left = t
          e = y - smoothedPoint.y
        } else {
          right = t
          e = smoothedPoint.y - y
        }
        t = (left + right) / 2
      }

      return t
    },
    Dy(dataPoints, Size, y) {
      // y值查找对应x逻辑
      if (y > dataPoints[Size - 1].y) {
        return -1
      }

      let i = 0
      while (y > dataPoints[i].y) {
        i++
      }
      i--

      let control = []
      let t = 0

      if (i === 0) {
        control = this.ControlPoints4(dataPoints[i], dataPoints[i], dataPoints[i + 1], dataPoints[i + 2])
      } else if (i === Size - 2) {
        control = this.ControlPoints4(dataPoints[i - 1], dataPoints[i], dataPoints[i + 1], dataPoints[i + 1])
      } else {
        control = this.ControlPoints4(dataPoints[i - 1], dataPoints[i], dataPoints[i + 1], dataPoints[i + 2])
      }

      t = this.TfromY(dataPoints[i], control[0], control[1], dataPoints[i + 1], y)
      const result = this.cubicBezier(dataPoints[i], control[0], control[1], dataPoints[i + 1], t)

      return result.x
    },
    calculate() {
      if (this.inputValue === null || this.inputValue === '') {
        this.result = null
        return
      }

      const y = parseFloat(this.inputValue)
      const numPoints = this.originalDataPoints.length

      this.dataPoints = JSON.parse(JSON.stringify(this.originalDataPoints))

      for (let i = 0; i < numPoints; i++) {
        this.dataPoints[i].x = Math.log10(this.dataPoints[i].x)
      }

      this.result = Math.pow(10, this.Dy(this.dataPoints, numPoints, y))
    }
  }
}
</script>

让用户可以随时查找曲线任意点的坐标(函数值) 附件的 .mht文件,是一个简单介绍贝塞尔三次插值的文档,可以用IE打开,更多贝塞尔插值的算法,可以用搜索引擎找 附件的 .xls文件,打开以后,会看见三个工作表,分别演示了 找一个数值在曲线上的一组对应点 找一个数值在曲线上的所有对应点 和贝塞尔曲线是怎样在通过每两个节点的(每一对输入的X-Y数值代表平面坐标系的一个点,称为节点,Excel的平滑曲线通过每一个节点) 要在其他Excel文档使用 BezireInt() 函数,需要按Alt+F11,双击模块一 复制所有文字 然后打开其他Excel文档按Alt+F11,插入---模块,然后粘贴所有文字 自定义函数的使用方法是: 在空白单元格输入 =BezierInt(X坐标的范围,Y坐标的范围,待查的数值) 函数就会返回一个包含六个元素的数组,分别是三个点的X,Y坐标 如: 你根据 a1:a4的数值作为X值,b2:b4的数值作为Y值,画了一个平滑线散点图 想查找c1的数值是不是在这条曲线上 就可以输入 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,1) 得到曲线上第一个 X值=C1数值的点的X坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,2) 得到曲线上第一个 X值=C1数值的点的Y坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,3) 得到第2个 X值=C1数值的点的X坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,4) 得到第2个 X值=C1数值的点的Y坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,5) 得到第3个 X值=C1数值的点的X坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1) ,1,6) 得到第3个 X值=C1数值的点的Y坐标 如果有多段曲线上的点包含C1的数值,那么可以增加输入参数,指定从哪个节点开始查找 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1,3),1,1) 得到从第三组X-Y数据开始查找, 返回第一个符合C1数值的点的X坐标 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1,3),1,2) 得到从第三组X-Y数据开始查找,返回第一个符合C1数值的点的Y坐标 函数默认输入数值是X值,要根据Y值找点的话,还可以增加输入参数, 指定输入的是Y值 =Index( BezierInt(a1:a4,b1:b4,c1,1,"Y"),1,1) 得到返回曲线上第一个 Y值=C1数值的点的X坐标如此类推......
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