用python写三维泰森多边形代码

时间: 2023-12-17 14:57:14 浏览: 27
泰森多边形是一种用于最近邻搜索的数据结构,它可以快速地找到某个点周围最近的点集。以下是用Python实现三维泰森多边形的代码: ```python import numpy as np from scipy.spatial import Delaunay def compute_3d_convex_hull(points): """ Computes the 3D convex hull of given points. """ tri = Delaunay(points) return tri.convex_hull def compute_3d_tetrahedra(points): """ Computes the tetrahedra of the 3D convex hull of given points. """ tri = Delaunay(points) return tri.simplices def circumcenter(p1, p2, p3): """ Computes the circumcenter of a triangle defined by three points. """ m1 = np.array([p1,p2,p3]) m2 = np.vstack((np.ones(3), np.sum(m1**2,axis=1))) v = np.linalg.solve(m2, np.array([1,1,1])) return np.dot(m1.T,v[1:]) def in_circumsphere(p1, p2, p3, p4): """ Checks if a point p4 lies inside the circumsphere of a tetrahedron defined by three points. """ m1 = np.array([p1,p2,p3,p4]) m2 = np.hstack((np.ones((4,1)), m1)) m3 = np.array([np.sum(m1**2,axis=1)]).T m4 = np.vstack((m2.T,m3.T)) return np.linalg.det(m4) > 0 def compute_3d_alpha_shapes(points, alpha): """ Computes the 3D alpha shape of given points. """ tetrahedra = compute_3d_tetrahedra(points) edge_points = set() tri_points = set() for tetra in tetrahedra: for i, j, k in [(0,1,2), (1,0,3), (2,1,3), (0,2,3)]: triangle = (tetra[i], tetra[j], tetra[k]) circum = circumcenter(points[triangle[0]], points[triangle[1]], points[triangle[2]]) if all(np.linalg.norm(circum - points[pt]) <= alpha for pt in tetra if pt not in triangle): tri_points |= set(triangle) for edge in [(triangle[0],triangle[1]), (triangle[1],triangle[2]), (triangle[2],triangle[0])]: if edge in edge_points: edge_points.remove(edge) else: edge_points.add(edge) return tri_points, edge_points def compute_3d_tessellation(points, alpha): """ Computes the 3D alpha shape tessellation of given points. """ tri_points, edge_points = compute_3d_alpha_shapes(points, alpha) vertices = sorted(set([v for e in edge_points for v in e]).union(tri_points)) vertex_map = dict(zip(vertices, range(len(vertices)))) triangles = [[vertex_map[v] for v in triangle] for triangle in tri_points] edges = [[vertex_map[v1], vertex_map[v2]] for v1, v2 in edge_points] return vertices, triangles, edges ``` 以下是一个示例,演示如何使用3D alpha形来绘制一个球体上的点云: ```python import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection def plot_3d_tessellation(vertices, triangles, edges): """ Plots the 3D alpha shape tessellation. """ fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.set_box_aspect([1,1,1]) for triangle in triangles: poly = Poly3DCollection([vertices[triangle]], alpha=0.1, facecolor='b') ax.add_collection3d(poly) for edge in edges: ax.plot(vertices[edge,0], vertices[edge,1], vertices[edge,2], 'k-', alpha=0.2) ax.scatter(vertices[:,0], vertices[:,1], vertices[:,2], c='r', alpha=0.5, s=10) plt.show() # Generate random points on a sphere theta = np.random.uniform(0, 2*np.pi, 1000) phi = np.random.uniform(0, np.pi, 1000) x = np.sin(phi) * np.cos(theta) y = np.sin(phi) * np.sin(theta) z = np.cos(phi) points = np.vstack((x,y,z)).T # Compute the 3D alpha shape tessellation vertices, triangles, edges = compute_3d_tessellation(points, 0.25) # Plot the tessellation plot_3d_tessellation(vertices, triangles, edges) ``` 这将生成一个球体上的点云,并绘制其3D alpha形。可以通过调整alpha值来改变形状。

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