Voronoi图
目前矢量方法用离散点集代替线面,使空间实体的完整性 遭到破坏,同时生成的V图,要经过复杂的识别和修补工 作,这是一个尚待克服的困难;
增添法的基本步骤:
①搜索最邻近单元和相邻单元
最邻近单元为Pn+1所在原V图中某点 的Voronoi多边形Vk以及原来与它 相邻的若干个多边形及相应生成 元;
②局部更新
对于各邻近单元,首先与最邻近单
元Vk中Pk作中垂线,并找其余Vk 的交点,由于Vk是凸多边形,因 而只产生两个交点1、2,1与2连 线把与Vk相关的单元分为“两 半”:与Pn+1“相关的一半”及 “不相关的一半”,使Pn+1与相 关一半的各生成元Pk+1, Pk+2…作 中垂线围成各封闭多边形,即是
增添法 部件合成法
(一)对偶生成法
对偶生成法:主要是指生成V图时先生成其对偶元 Delaunay三角网,再通过做三角网每一三角形三条 边的中垂线,形成以每一三角形顶点为生成元的多 边形网 。
对偶生成法生成V图
对偶生成法的关键是Delaunay三角网的生成。
Delaunay三角网的特性: 任一三角形外接圆内部包含其他点; 三角形均衡或三边均衡,其最小角最大; 使三角网总边长最小; 在确定的n个点上,构造的Delaunay三角网网形唯一。
部件合成
(四)矢量方法生成V图的分析
以上三种方法是矢量方法中常用的,随着并行处理技术的 发展,V图生成页、也出现了并行算法,它使各生成元同 时进行各点的V图计算;
矢量方法生成V图的算法和数据结构都较为复杂,其生成 元是基于离散点集的,对于实际的地理信息,这远远不够, 应该拓展成点、线、面、体及其组合的复杂形体;
Vi Vj
PV1 V2 ...Vn R2 (假定到Pi为0的点不算在Vi内)
V1 V2 ...Vn R2
(假定到Pi为0的点算在Vi内)
多边形内点到该多边形生成元距离最小。 两多边形边界上的点到两对应多边形生成元距
离相等。 在一多边形内,生成元到各个边的距离一般不
同,可由小到大排序,其中有最小,次小…… 表明其周围生成元到该生成元的不同距离。
(二)增添法
增添法生成V图的基本思想是:假设平面上原有n 个点(生成元),已生成了Vn图,现在增加一个 生成元Pn+1,这时生成新的Vn+1图。由于V图的特 性,加入一个新生成元只与该新生成元所在 Voronoi多边形及与之相邻其它Voronoi多边形“迎 向半边”有关,与这些多边形的“另半边”无关, 也与除它们之外的其它生成元的Voronoi多边形无 关。
(二)广义Voronoi图
拓展Voronoi图为广义Voronoi图具有广泛意义。
设G是由n个实体组成的集合,g1,g2,…,gn ∈ G, 且各实体具有权ki,定义gi的Voronoi区域V(gi)为所 有到gi加权距离最小点(栅格)的集合
V(gi)={p/kid(p,gi)≤kj d(p,gj), i≠j, j=1, 2, …,n} 设G是由n个实体组成的集合,g1,g2,…gn ∈ G,定
V(gi)={p/d(p,gi)≤d(p,gj), i≠j, j=1, 2, …,n} 设G是由n个实体组成的集合,g1,g2,…gn ∈ G,定
义G的Voronoi图V(G)为
V(G)={V(g1),V(g2),…,V(gn)}
V图是与距离紧密相关的,而距离值是由尺度所 基本定义的。不同尺度,距离的概念不一样, 数值往往也不一样,因此不同的尺度空间,有 不同的V图。上述定义同样可推广到3维。
加入Pn+1生成元后的新的Vn+1图。 类此,可不断加入新的生成元,
直至所需。
新加入Pn+1只改变与 之相关的生成元的
Voronoi多边形,其余 不动。
(三)部件合成法
部件合成法:是指把生成元点集分为若干个子集, 并且这些子集的并集必须为生成元点集,为避免 不必要的麻烦,这些子集相互的交集尽可能小或 为空集φ。先对这些子集生成子V图,然后把这些 子V图合并,修正其相互影响部分的Voronoi多边 形,从而得到全生成元点集的V图。
假设P是一离散点集合,P1,P2,…Pn ∈ P,定义P 的V图V(P)为:
V(P)={V(P1),V(P2),…,V(Pn)} 其中Pi称为V图生成元。
(二)性质
假设平面上有n个离散点,其对应的Voronoi多边
形分别为V1,V2…Vn, Voronoi多边形之间除边
界外,其交集为空集,所有Voronoi多边形的并集 为二维平面R2,即
第五章 Voronoi图
主讲教师:邱春霞 测绘学院
重点内容:
Voronoi图的定义 Voronoi图的生成方法 Voronoi图的应用
Voronoi结构的概念是由俄国数学家 M.G.Voronoi于1908年发现并以他的名字命名 的。它实质是一种在自然界中宏观和微观实 体以距离相互作用的普遍结构,具有广泛的 应用范围。
二、地理空间(二维)对V图的扩展定义
(一)V图定义
二维地理空间G是由n个点、线、面实体集合g1, g2,……gn组成的,则称该地理空间是定义了一种尺 度d的量度空间。
设G是由n个实体组成的集合,g1,g2,…,gn ∈ G, 定义gi的Voronoi区域V(gi)为所有到gi距离最小点 (栅格)的集合
义G的Voronoi图V(G)为
V(G)={V(g1),V(g2),…,V(gn)} 一般V图特性在广义V图中类似存在。
5.2 V图生成方法
V图有着按距离划分邻近区域的普遍特性,应 用范围广。
生成V图的方法很多,一般分为两种: 矢量方法 栅格方法
一、生成V图的矢量方法
矢量方法生成V图大多是对点实体。 方法分为:对偶生成法
5.1 Voronoi图定义
一、V图基本定义
从Voronoi结构所脱胎的计算几何来看,V图是 对平面n个离散点而言的,它把平面分为几个 区,每一个区包括一个点,该点所在定义
设P是一离散点集合P1,P2,…Pn∈P,定义Pi的 Voronoi区域V(Pi)为所有到Pi距离最小点的集合: V(Pi)={P/d(P,Pi)≤d(P,Pj), j≠i,j=1,2,…n}