Konstruktion der Voronoi-Diagramme II

Konstruktion der Voronoi-Diagramme II
Geoinformation II Vorlesung 6 SS 2000 Konstruktion der Voronoi-Diagramme II

Lutz Plümer - Geoinformation - 6. Semester - SS 2001 - Vorlesung 6
Übersicht I Divide and Conquer: Merge Konstruktion des Voronoi-Diagramms „Merge“ Extrempunkte von CH(P1)  CH(P2) Tangente von CH(P1)  CH(P2) Nochmals zur konvexen Hülle CH Tangente Nachfolger - Bestimmung Nachfolger Bestimmung der (oberen) Tangenten der konvexen Hüllen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Übersicht II Extrempunkte 2 vertikal monotone Kantenzüge Tangente Bestimmung des Nachfolgers Konvexe Hülle Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Übersicht III Konstruiere den trennenden Kantenzug als Verbindung der beiden Mittelsenkrechten Vereinigung Länge des Kantenzuges im Worst Case Größenordnung des Kanten-Umrings im worst case O(n) * O(n) = O(n2) ? „Investitionen müssen sich amortisieren“ Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Divide and Conquer: Merge
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Konstruktion des Voronoi-Diagramms
„Divide and Conquer“ Input: Gegeben ist eine Menge P von mindestens 2 Punkten Split: Zerlege P in zwei etwa gleich große Teilmengen P1 und P2 Rekursiv: Berechne Voronoi-Diagramme von VD(P1) und VD(P2) Merge: Verknüpfe VD(P1) und VD(P2) Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Die Voronoi-Diagramme VD(P1) und VD(P2) sind bereits berechnet. Die konvexen Hüllen CH(P1) und CH(P2) seien ebenfalls an dieser Stelle bekannt. 1. Bestimme die oberen und unteren Extrempunkte und die beiden oberen und unteren Tangenten von CH(P1)  CH(P2) 2. Konstruiere CH(P1  P2) 3. Bilde die Mittelsenkrechten zu den beiden neu eingeführten Kanten 4. Konstruiere den trennenden Kantenzug als Verbindung der beiden Mittelsenkrechten 5. Entferne die überstehenden Kanten 6. Bilde die neu entstandenen Voronoi-Regionen (Maschen) Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Extrempunkte von CH(P1)  CH(P2)
max y max y min y min y Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Tangente von CH(P1)  CH(P2)

Nochmals zur konvexen Hülle CH
Was wissen wir über die „konvexe Hülle“ CH(P) einer Punktmenge P? Die Extrempunkte sind die Knoten auf der Grenze von CH. Zu je zwei Punkten P1 und P2 ist die verbindende Kante ganz in CH enthalten. Der obere und der untere Extrempunkt zerlegen die Grenze von CH in zwei vertikal monotone Kantenzüge. Die Verbindungskante k zweier Punkte P1 und P2 aus P definiert eine Randkante von CH genau dann, wenn alle übrigen Punkte von P auf der gleichen Seite von k liegen. P2 ist genau dann Nachfolger von P1 auf dem Rand von CH, wenn der zugehörige polare Winkel von P2 minimal ist. Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Tangente Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Nachfolger - Bestimmung
P1 Winkel minimal P2 Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Nachfolger P1 Winkel minimal P2 Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Bestimmung der (oberen) Tangenten der konvexen Hüllen
Bestimme die oberen und unteren Extrempunkte von CH(P1), CH(P2) und CH(P1)  CH(P2) Betrachte die oberen Extrempunkte P1 und Q1 und die Nachfolger P2 und Q2 im Uhrzeigersinn, und sei P1 höher als Q1 Bestimme das Minimum der mit P1P2, P1Q1 und P1Q2 assoziierten Winkel Fälle: P1 Q1 ist minimal: Tangente gefunden, fertig P1 P2 minimal: ersetze P1 durch P2 und P2 durch P3 (wandere auf der linken konvexen Hülle im Uhrzeigersinn) P1 Q2 minimal: ersetze Q1 durch Q2 und Q2 durch Q3 (wandere auf der rechten konvexen Hülle im Uhrzeigersinn) Der Fall der unteren Tangente ist symmetrisch Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Extrempunkte Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

2 vertikal monotone Kantenzüge

Tangente Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Bestimmung des Nachfolgers
Winkel nicht minimal Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Winkel minimal Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Konvexe Hülle Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Konstruiere den trennenden Kantenzug als Verbindung der beiden Mittelsenkrechten Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Mittelsenkrechte bilden Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Aktive Voronoi-Diagramme Schnittpunkte mit Seg- menten suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Aktive Voronoi-Diagramme Schnittpunkte mit Seg- menten suchen Neues aktives VD Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Aktive Voronoi-Diagramme Schnittpunkte mit Seg- menten suchen Neues aktives VD Mittelsenkrechte zuwischen den aktiven VD Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Mittelsenkrechte der aktiven VD Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Mittelsenkrechte der aktiven VD Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Nächsten relevanten Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Nächsten relevanten Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Mittelsenkrechte der aktiven VD Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Vereinigung Nächsten relevanten Schnittpunkte suchen Neues aktives VD suchen Verknüpfung mit der Mittel- senkrechten vom Anfang Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Konstruiere den trennenden Kantenzug als Verbindung der beiden Mittelsenkrechten gegeben: die beiden oberen und unteren Mittelsenkrechten g und g* die zugehörigen oberen Voronoi-Regionen seien P und Q Solange die untere Mittelsenkrechte noch nicht erreicht ist Bestimme für die aktuelle Mittelsenkrechte die Austrittspunkte p und q aus den aktuellen Voronoi-Regionen, die zugehörigen Kanten die zugehörigen Nachbarn P‘ und Q‘ wenn p höher ist als q ersetze P durch P‘ und schneide g an der Stelle p ab wenn q höher als p ersetze Q durch Q‘ und schneide g an der Stelle q ab bestimme die aktuelle Mittelsenkrechte g des neuen Paares P, Q Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Länge des Kantenzuges im Worst Case
O(n) Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

Größenordnung des Kanten-Umrings im worst case
O(n) Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

O(n) * O(n) = O(n2) ? war jetzt alles umsonst? Kantenzug ist monoton Voronoi-Regionen sind konvex Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

O(n) * O(n) = O(n2) ? Keine Kante öfter als zwei mal anfassen! Voronoi-Regionen sind konvex Kantenzug ist monoton Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

„Investitionen müssen sich amortisieren“
Ziel: keine Kante mehr als zwei mal „anfassen“ Es gibt insgesamt höchstens 3* n – 6 Kanten  O(n) Konvexität der Voronoi-Regionen  höchstens zwei Schnittpunkte mit der aktiven Halbgeraden Es genügt, die linken (grünen) Kantenumringe im Uhrzeigersinn und die rechten (roten) Kantenumringe gegen den Uhrzeigersinn zu durchlaufen und den zuletzt gefundenen und verworfenen Schnittpunkt als Haltepunkt zu merken! Lutz Plümer - Geoinformation Semester - SS Vorlesung 6

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