Voronoiův diagram. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Podobné dokumenty
Semestrální práce z předmětu KMA/MM. Voroneho diagramy

Geometrické vyhledávání

Triangulace. Význam triangulace. trojúhelník je základní grafický element aproximace ploch předzpracování pro jiné algoritmy. příklad triangulace

Konvexní obal a množina

Výpočetní geometrie Computational Geometry

Algoritmizace prostorových úloh

Triangulace. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta.

Dvěma různými body prochází právě jedna přímka.

Elementární plochy-základní pojmy

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Grafy. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta.

AB = 3 CB B A = 3 (B C) C = 1 (4B A) C = 4; k ]

Vzorce počítačové grafiky

10. Analytická geometrie kuželoseček 1 bod

KMA/GPM Barycentrické souřadnice a

Pracovní listy MONGEOVO PROMÍTÁNÍ

17 Kuželosečky a přímky

KONSTRUKTIVNÍ GEOMETRIE

1.1 Základní pojmy prostorové geometrie. Předmětem studia prostorové geometrie je prostor, jehož prvky jsou body. Další

1. Přímka a její části

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Průřezová témata Poznámky. Téma Školní výstupy Učivo (pojmy) volné rovnoběžné promítání průmětna

od zadaného bodu, vzdálenost. Bod je střed, je poloměr kružnice. Délka spojnice dvou bodů kružnice, která prochází středem

ICT podporuje moderní způsoby výuky CZ.1.07/1.5.00/ Matematika analytická geometrie. Mgr. Pavel Liška

Omezíme se jen na lomené čáry, jejichž nesousední strany nemají společný bod. Jestliže A 0 = A n (pro n 2), nazývá se lomená čára uzavřená.

Čtyřúhelník. O b s a h : Čtyřúhelník. 1. Jak definovat čtyřúhelník základní vlastnosti. 2. Názvy čtyřúhelníků Deltoid Tětivový čtyřúhelník

INOVACE BAKALÁŘSKÝCH A MAGISTERSKÝCH STUDIJNÍCH OBORŮ NA HORNICKO-GEOLOGICKÉ FAKULTĚ VYSOKÉ ŠKOLY BÁŇSKÉ - TECHNICKÉ UNIVERZITY OSTRAVA

Mongeovo zobrazení. Osová afinita

Úvod do mobilní robotiky AIL028

ZBORCENÉ PŘÍMKOVÉ PLOCHY ŘEŠENÉ PŘÍKLADY

Kótované promítání. Úvod. Zobrazení bodu

ŘEŠENÉ PŘÍKLADY DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. ONDŘEJ MACHŮ a kol.

Je-li dána hranolová nebo jehlanová plocha s podstavou v rovině σ a rovina řezu ρ:

3) Vypočtěte souřadnice průsečíku dané přímky p : x = t, y = 9 + 3t, z = 1 + t, t R s rovinou ρ : 3x + 5y z 2 = 0.

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Další plochy technické praxe

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. volné rovnoběžné promítání průmětna

February 05, Čtyřúhelníky lichoběžníky.notebook. 1. Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace

Perspektiva. Doplňkový text k úvodnímu cvičení z perspektivy. Obsahuje: zobrazení kružnice v základní rovině metodou osmi tečen

BA008 Konstruktivní geometrie. Kolmá axonometrie. pro kombinované studium. učebna Z240 letní semestr

ZÁKLADNÍ PLANIMETRICKÉ POJMY

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

Počítačová geometrie I

Řešení geometrické úlohy spočívá v nalezení geometrického útvaru (útvarů) daných vlastností.

Kružnice, úhly příslušné k oblouku kružnice

Deskriptivní geometrie 2

Kulová plocha, koule, množiny bodů

Urci parametricke vyjadreni primky zadane body A[2;1] B[3;3] Urci, zda bod P [-3;5] lezi na primce AB, kde A[1;1] B[5;-3]

VEKTOR. Vymyslete alespoň tři příklady vektorových a skalárních fyzikálních veličin. vektorové: 1. skalární

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Konvexní útvary. Kapitola 4. Opěrné roviny konvexního útvaru v prostoru

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

ZÁKLADNÍ ZOBRAZOVACÍ METODY

Důkazy vybraných geometrických konstrukcí

Digitální učební materiál

Konstruktivní geometrie

Různostranný (obecný) žádné dvě strany nejsou stějně dlouhé. Rovnoramenný dvě strany (ramena) jsou stejně dlouhé, třetí strana je základna

Konstruktivní geometrie PODKLADY PRO PŘEDNÁŠKU

P L A N I M E T R I E

PŘÍMKA A JEJÍ VYJÁDŘENÍ V ANALYTICKÉ GEOMETRII

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy lineárního programování. študenti MFF 15. augusta 2008

autorovu srdci... Petr Hliněný, FI MU Brno 1 FI: MA010: Průnikové grafy

TROJÚHELNÍK 180. Definice. C neleží v přímce. Potom trojúhelníkem ABC nazveme průnik polorovin ABC, BCA, Nechť body. Viz příloha: obecny_trojuhelnik

11 Vzdálenost podprostorů

5 Pappova věta a její důsledky

0 x 12. x 12. strana Mongeovo promítání - polohové úlohy.

půdorysu; pro každý bod X v prostoru je tedy sestrojen pouze jeho nárys X 2 a pro jeho

Konstruktivní geometrie - LI. Konstruktivní geometrie - LI () Kótované promítání 1 / 44

Voroného konstrukce na mapě světa

9. přednáška z předmětu GIS1 Digitální model reliéfu a odvozené povrchy. Vyučující: Ing. Jan Pacina, Ph.D.

1.1 Napište středovou rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem

VE 2D A 3D. Radek Výrut. Abstrakt Tento článek obsahuje postupy pro výpočet Minkowského sumy dvou množin v rovině a pro výpočet Minkowského sumy

KRUŽNICE, KRUH, KULOVÁ PLOCHA, KOULE

MONGEOVO PROMÍTÁNÍ - 2. část

Každá kružnice má střed, označuje se S. Všechny body kružnice mají od středu S stejnou vzdálenost, říká se jí poloměr kružnice a označujeme ho r.

Kreslení, rýsování. Zobrazení A B. Promítání E 3 E 2

Zadání domácích úkolů a zápočtových písemek

PLANIMETRIE 2 mnohoúhelníky, kružnice a kruh

May 31, Rovnice elipsy.notebook. Elipsa 2. rovnice elipsy. SOŠ InterDact Most, Mgr.Petra Mikolášková

Test č. 6. Lineární perspektiva

Definice: Kružnice je množina bodů v rovině, které mají od daného bodu (střed S) stejnou vzdálenost

Odvození středové rovnice kružnice se středem S [m; n] a o poloměru r. Bod X ležící na kružnici má souřadnice [x; y].

Výpočetní geometrie. Pavel Strachota. 9. listopadu FJFI ČVUT v Praze

PLANIMETRIE úvodní pojmy

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

Syntetická geometrie I

MONGEOVO PROMÍTÁNÍ. ZOBRAZENÍ BODU - sdružení průměten. ZOBRAZENÍ BODU - kartézské souřadnice A[3; 5; 4], B[-4; -6; 2]

2. Zapište daná racionální čísla ve tvaru zlomku a zlomek uveďte v základním tvaru. 4. Upravte a stanovte podmínky, za kterých má daný výraz smysl:

Elementární křivky a plochy

Obrázek 34: Vznik středové kolineace

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

Drsná matematika III 1. přednáška Funkce více proměnných: křivky, směrové derivace, diferenciál

7 Konvexní množiny. min c T x. při splnění tzv. podmínek přípustnosti, tj. x = vyhovuje podmínkám: A x = b a x i 0 pro každé i n.

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

Matematická analýza III.

RNDr. Zdeněk Horák IX.

Euklidovský prostor. Funkce dvou proměnných: základní pojmy, limita a spojitost.

AXONOMETRIE - 2. část

Transkript:

12 RNDr., Ph.D. Katedra didaktiky matematiky Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta petra.surynkova@mff.cuni.cz http://surynkova.info

Definice V( P) nad množinou bodů P { p v rovině 1, p2,..., p n } představuje rozklad množiny na uzavřených či otevřených oblastí V ( P) { V ( p1), V ( p2),..., V ( p n )} takových, že každý bod q V ( p i ) je blíže k bodu p i než k jakémukoliv bodu p P, i j j V( p i ) oblast se nazývá Voronoiova buňka (konvexní polygon), některé oblasti ale neuzavřené P pro libovolný bod a libovolnou buňku platí n q V ( p i ) V( p j ) d( q, p ) d( q, p ) i j

p i ukázka Voronoiva diagramu libovolný bod oblasti má za nejbližšího souseda ze vstupní množiny bod q p i q ( ) V p i

Platí Všechny body oblasti H( p, p ) i j V( p i ) mají stejného nejbližšího souseda pp - polorovina ohraničená osou úsečky obsahující bod i j pi oblast příslušející bodu p i = průnik polorovin V ( pi ) i j H( pi, p j )

ukázka Voronoiva diagramu p 3 p 4 Voronoiův polygon p 2 p 1 p 6 p 7 Voronoiův vrchol (uzel VD) Voronoiova buňka p 5 Voronoiova hrana Generátor bod vstupní množiny p 8 p 9 p 10

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 2 p 1 H( p1, p2) V( p1 ) H( p, p ) 2 1 V( p2) p 2

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 3 H( p1, p3) V( p ) 1 H ( p, p ) 1 2 H ( p, p ) 1 3 p 1 p 2 H( p1, p2) p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 3 V( p ) 1 H ( p, p ) 1 2 H ( p, p ) 1 3 p 1 p 2 p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 3 V( p1 ) p 1 V( p2) p 2 p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 3 V( p1 ) p 1 V( p2) p 2 V( p3) p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 p 1 p 2 p 3 p 4

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 V( p ) 1 H ( p, p ) 1 2 H ( p, p ) 1 3 H ( p, p ) 1 4 p 4 p 1 H( p1, p2) H( p1, p3) p 2 H( p1, p4) p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 p 1 p 2 V( p ) 1 H ( p, p ) 1 2 H ( p, p ) 1 3 H ( p, p ) 1 4 p 4 p 3

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 H( p, p ) 2 4 p 1 p 2 H( p, p ) 2 3 p 3 p 4 H( p, p ) 2 1

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 V( p1 ) V( p2) p 1 p 2 p 3 p 4

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 p 1 p 2 p 3 p 4

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 p 1 H( p, p ) 3 4 p 2 H( p, p ) 3 2 p 3 p 4 H( p, p ) 3 1

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 V( p1 ) V( p2) p 1 p 2 p 3 p 4 V( p3)

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 H( p, p ) 4 2 4 3 H( p, p ) p 1 p 2 p 3 p 4 H( p, p ) 4 1

Ukázky ů pro n 2,3,4 n 4 V( p1 ) V( p2) p 1 p 2 p 4 V( p4) p 3 V( p3)

Ukázky ů pro pravidelně rozložené body

Ukázky ů pro pravidelně rozložené body

Vlastnosti VD je planární graf každý vrchol Voronoiova diagramu pro má stupeň alespoň 3; právě 3, když na každé kružnici sestrojené z bodů vstupní množiny leží právě 3 body p i n 3 pokud bod leží na hranici konvexního obalu, potom je oblast V( p i ) otevřená každá oblast V( p i ) je konvexní (pokud je uzavřená) bod q je nejbližším bodem p i, jestliže q V ( p i ) Voronoiova hrana je sdílena právě dvěma sousedními buňkami Voronoiova diagramu Voronoiova hrana mezi dvěma sousedními buňkami leží na přímce kolmé ke spojnici dvou bodů (generátorů) pp i j

Vlastnosti VD q bod je vrcholem Voronoiovy oblasti, pokud existuje kružnice procházející třemi nebo více body neobsahuje žádný další bod z P (souvislost s DT) vstupní množiny P a kružnici označujeme jako největší prázdnou kružnici ze všech prázdných kružnic se středem v bodě nechť bod i představuje ortografický průmět bodu i na povrch paraboloidu daného rovnicí 2 2 x y z rovina i k( q, r) p * p, p, p i j k je tečnou rovinou k paraboloidu v bodě q * p i p k( q, r), * l ij průsečnicí rovin i j je přímka, jejíž ortografický průmět do roviny tvoří Voronoiovu hranu xy

Vlastnosti VD z i * l ij * p j * p i j x p i p j y Počítačová geometrie l ij

Vlastnosti VD pokud žádné čtyři body vstupní množiny neleží na kružnici, mají všechny Voronoiovy vrcholy (uzly) stupeň 3 potom stupeň je počet hran vycházejících z vrcholu často se vylučuje případ, kdy kružnice prochází více než třemi body Voronoiův vrchol stejná vzdálenost od 3 bodů ze vstupní množiny Voronoiova hrana každý její bod má stejnou vzdálenost od 2 bodů vstupní množiny p p V( p i ) V( p j ) je-li i nejbližší soused j, potom a sdílejí hranu ve Voronoiově diagramu průměrné množství Voronoiových hran ve Voronoiově buňce nepřekročí hodnotu 6

Vlastnosti VD vztah mezi počtem vrcholů Voronoiova diagramu a počtem hran n je počet bodů vstupní množiny (alespoň 3) v e3n6 v2n5 e rozšiřitelné do vyšších dimenzí ve 3D jsou buňky konvexní mnohostěny duálním grafem k Voronoiovu diagramu je Delaunay triangulace

Vlastnosti VD dualita VD a DT body tvoří současně vrcholy Delaunay triangulace body tvoří hranu v Delaunay triangulaci právě když, a ( ) V p j p i p, p i j sdílejí společnou Voronoiovu hranu středy kružnic opsaných trojúhelníkům v Delaunay triangulaci představují vrcholy Voronoiova diagramu t V( p i )

Vlastnosti VD konvexní obálka vztah mezi VD a DT p j vrchol VD vrchol DT p i

Algoritmy konstrukce VD podle definice pomocí průniku polorovin naivní algoritmus, náročné rozděl a panuj rekurzivní vytvoření VD rozdělení vstupní množiny, tvorba VD proces slučování zametací technika duální graf k triangulaci inkrementální konstrukce Počítačová geometrie

Rozděl a panuj rekurzivní vytvoření VD rozdělení vstupní množiny, tvorba VD proces slučování vstupní množina lineárně rozdělena dělící přímkou na množiny P 1 2 zadanou vstupní množinu bodů rozdělujeme, dokud nemáme množinu tří bodů, ze kterých jednoduše sestrojíme diagram rekurzivně vytváříme V ( P1), V ( P2) slučujeme ( ), ( ) a dostáváme V P V P V( P) 1 2 PP,

Rozděl a panuj Operace slučování pojem separátor 1 2 je množina hran, které jsou sdíleny polygony a separátor je posloupnost hran oddělující ve části patřící množinám Věta V( p i ) PP, 1 2 Jsou-li 1 2 lineárně separovány vertikální přímkou k, tj. je nalevo od přímky k a je napravo od přímky k, potom P 2 V ( P) ( V ( P ) ) ( V ( P ) ) - prostor napravo od PP R 1 2 - prostor nalevo od L PP, ( PP, ) V( P) V ( p j ), pi P1, p j P2 V( P) 1 L 2 (, ) ( PP, ) 1 2 R P 1

k P1 P2

V( P1 ) V( P2 )

V( P1 ) V( P2 )

KO( P1 ) KO( P2 ) společné tečny konvexních obálek

Rozděl a panuj Operace slučování počínaje horní tečnou (mostem) a konče dolní tečnou konvexních obálek nalezení průsečíků osy úsečky s hranami oblastí výběr průsečíku s maximální y-souřadnicí = nový vrchol ve výsledném VD, ukončit hranu v tomto vrcholu přejít k dalšímu bodu nebo P1 P2 p P, p P i 1 j 2 odstranit z V( P1 ) všechny hrany ležící napravo od separátoru PP 1 2 z všechny hrany ležící nalevo od separátoru (, ) V( P ) ( PP 1, 2) 2 V ( p ), V ( p ) i j

( PP, ) 1 2

( PP, ) 1 2

( PP, ) 1 2

Nejčastější oblasti použití Voronoiových diagramů poštovní problém nalezení všech sousedů klasifikace dat kartografická generalizace analýzy shluku poštovní problém optimalizace spádových oblastí vzhledem k centru (či naopak), uplatnění při návrhu polohy nemocnic, průmyslových zón, supermarketů, stanic MHD, kin poloha volena zpravidla do centra Voronoiovy buňky ze všech míst regionu zhruba stejná vzdálenost ze znalosti spádové oblasti lze určit, jaké množství obyvatel bude službu využívat

poštovní problém nutné zahrnout omezující podmínky efektivní chování člověka člověk bude využívat pouze ta centra, ke kterým má blíže než k jiným (snaha o minimalizaci nákladů) lineární růst nákladů pokud náklady nerostou lineárně je nutné zavést jinou metriku stejná kvalita kvalita produktu je ve všech centrech stejná nalezení všech sousedů bodu p p p i V( p i ) V( p) sousedé bodu jsou takové body, jejichž sdílejí s hranu využití v dopravních analýzách, při interpolaci

nalezení všech sousedů bodu p p 3 p p 2 p 1 p 4