手动实现Delaunay三角剖分算法

时间: 2023-10-10 15:11:54 浏览: 221
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Delaunay三角剖分算法 C++

Delaunay三角剖分算法是一种常用的二维平面三角形剖分方法,常用于计算机图形学、地理信息系统、计算几何等领域。下面是一种手动实现的Delaunay三角剖分算法,供参考。 1. 输入点集P,初始化三角形集T为一个超级三角形 2. 将P中每个点插入到T中 3. 对于P中每个点p,查找在T中包含p的三角形t 4. 将t的三条边删除,得到三个新的三角形,如果这些三角形不满足Delaunay条件,则进行翻转操作 5. 将新的三角形加入T中 6. 删除T中所有与超级三角形相邻的三角形 以下是Python代码实现: ```python from typing import List, Tuple class Triangle: def __init__(self, points: List[Tuple[float, float]]): self.points = points self.circumcircle = self.get_circumcircle() def get_circumcircle(self): x1, y1 = self.points[0] x2, y2 = self.points[1] x3, y3 = self.points[2] D = (x1 - x2) * (y2 - y3) - (x2 - x3) * (y1 - y2) if abs(D) < 1e-8: return None x = ((x1 ** 2 + y1 ** 2) * (y2 - y3) + (x2 ** 2 + y2 ** 2) * (y3 - y1) + (x3 ** 2 + y3 ** 2) * (y1 - y2)) / (2 * D) y = -((x1 ** 2 + y1 ** 2) * (x2 - x3) + (x2 ** 2 + y2 ** 2) * (x3 - x1) + (x3 ** 2 + y3 ** 2) * (x1 - x2)) / (2 * D) r = ((x - x1) ** 2 + (y - y1) ** 2) ** 0.5 return (x, y, r) def contains(self, point: Tuple[float, float]): x, y = point x1, y1 = self.points[0] x2, y2 = self.points[1] x3, y3 = self.points[2] if (y2 - y1) * (x - x1) - (x2 - x1) * (y - y1) < 0: return False if (y3 - y2) * (x - x2) - (x3 - x2) * (y - y2) < 0: return False if (y1 - y3) * (x - x3) - (x1 - x3) * (y - y3) < 0: return False return True def flip(self): p1, p2, p3 = self.points if self.circumcircle is None: return [] (xc, yc, r) = self.circumcircle for triangle in self.neighbours: if triangle is None: continue if triangle.circumcircle is None: continue (xc1, yc1, r1) = triangle.circumcircle if (xc - xc1) ** 2 + (yc - yc1) ** 2 < r ** 2 + r1 ** 2: p4 = [point for point in triangle.points if point not in self.points] break else: return [] t1 = Triangle([p1, p2, p4]) t2 = Triangle([p2, p3, p4]) t3 = Triangle([p3, p1, p4]) t1.add_neighbours([t2, t3, self.neighbours[2]]) t2.add_neighbours([t3, t1, self.neighbours[0]]) t3.add_neighbours([t1, t2, self.neighbours[1]]) if self.neighbours[2] is not None: self.neighbours[2].swap_neighbour(self, t1) if self.neighbours[0] is not None: self.neighbours[0].swap_neighbour(self, t2) if self.neighbours[1] is not None: self.neighbours[1].swap_neighbour(self, t3) return [t1, t2, t3] def add_neighbours(self, neighbours: List['Triangle']): self.neighbours = neighbours def swap_neighbour(self, old: 'Triangle', new: 'Triangle'): if self.neighbours[0] == old: self.neighbours[0] = new elif self.neighbours[1] == old: self.neighbours[1] = new elif self.neighbours[2] == old: self.neighbours[2] = new def __eq__(self, other): if isinstance(other, Triangle): return set(self.points) == set(other.points) return False def __hash__(self): return hash(tuple(sorted(self.points))) class Delaunay: def __init__(self, points: List[Tuple[float, float]]): self.points = points self.triangles = self.triangulate() def triangulate(self): x_min = min(self.points, key=lambda p: p[0])[0] - 1 y_min = min(self.points, key=lambda p: p[1])[1] - 1 x_max = max(self.points, key=lambda p: p[0])[0] + 1 y_max = max(self.points, key=lambda p: p[1])[1] + 1 super_triangle = Triangle([(x_min, y_min), (x_max, y_min), (x_min, y_max)]) triangles = [super_triangle] for point in self.points: bad_triangles = [] for triangle in triangles: if triangle.contains(point): bad_triangles.append(triangle) polygon = [] for triangle in bad_triangles: for p in triangle.points: if all([p != tp for tp in point] for point in polygon): polygon.append(p) for triangle in bad_triangles: triangles.remove(triangle) new_triangles = [] for i in range(len(polygon)): new_triangles.append(Triangle([polygon[i], polygon[(i + 1) % len(polygon)], point])) for triangle in new_triangles: for other_triangle in new_triangles: if triangle == other_triangle: continue if set(triangle.points).intersection(set(other_triangle.points)): triangle.add_neighbours([other_triangle if p in other_triangle.points else None for p in triangle.points]) for triangle in new_triangles: triangles.append(triangle) for triangle in triangles: if any([p in super_triangle.points for p in triangle.points]): continue for i in range(3): if triangle.neighbours[i] is None: continue if any([p in super_triangle.points for p in triangle.neighbours[i].points]): continue edge = {triangle.points[i], triangle.points[(i + 1) % 3]} for j in range(3): if triangle.neighbours[i].points[j] not in edge: break else: triangle.neighbours[i] = None triangles = [triangle for triangle in triangles if not any([p in super_triangle.points for p in triangle.points])] return triangles ``` 该实现中,Triangle类表示一个三角形,包含三个点和一个外接圆的信息。Delaunay类表示Delaunay三角剖分算法,包含一个点集和一个三角形集。在实现中,使用了超级三角形的概念,即将点集中所有点都插入到一个包含所有点的三角形中,然后再去除与超级三角形相邻的三角形。
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