3DGIS(3D GIS)

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介绍求取平面上顶点集合凸包的Graham ScanAndrew's Monotone Chain方法。基本原理是在顶点排序好后,初始化一栈,循环取出顶点集合中每个顶点元素,将其与栈顶两元素进行判别,看是否符合凸包条件,循环结束后,栈中剩余元素即为所求。具体过程如下。

求凸包Graham Scan方法。它的大致过程是: 
       找到最右下顶点P0后,以各顶点与P0X的夹角来排序所有的集合中顶点。实际工作中,可简化角度计算工作,而通过前面章节介绍的isLeft()函数,来判断顶点P2是否处于线段P0P1左边,从而判断夹角的大小。设这些经过排序的顶点为P0P1Pn-1
    邻接关系判断图 
     
    
         将顶点排好序
    然后,建立一个栈,最开始时
P0P1进栈,对于剩下的顶点P2P3Pn-1等依次取出,若栈顶的开头两个顶点与新取出的顶点不满足“左转”(即isLeft()函数返回数值大于0)条件,则将栈顶的第一个顶点出栈,继续测试,直到满足“左转”条件后将新取出的顶点进栈;所有剩下的顶点P2P3Pn-1处理完之后栈中剩下的顶点构成凸包。

需说明的是,此方法很难推进到三维空间。

参考代码:

//主程序

Stack   GrahamScan( )

{

    Stack   top;

    int i;

    Point p1, p2

    top = NULL;

    top = Push ( &P[0], top );

    top = Push ( &P[1], top );                    //初始化栈

    i = 2;

    while ( i < n )                          //对所有的排序后顶点循环

    {

        if( !top->next) printf("Error"n");   //栈中没有第二个元素,报出错信息

        p1 = top->next->p;

        p2 = top->p;                         //取出栈顶的两个元素

        if ( isLeft( p1->v , p2->v, P[i].v ) )//判断是否左转

        {

            top = Push ( &P[i], top );       //压栈

            i++;                                 //顶点计数器增加

        }

        else   

            top = Pop( top );                //退栈

    }

    return top;                              //栈中剩下的元素即为构成凸包的顶点

}

//开始准备工作中寻找所有顶点中右下角顶点

int   FindLowest( void )

{

    int i;

    int m = 0; 

    for ( i = 1; i < n; i++ )                    //对所有顶点循环

        if ( (P[i].v[Y] < P[m].v[Y]) ||

            ((P[i].v[Y] == P[m].v[Y]) && (P[i].v[X] > P[m].v[X])) )

            m = i;

    return m;                                //返回右下角最低点索引

}

求凸包Andrew's Monotone Chain方法。

首先,依X轴和Y轴数值顺序排列所有顶点。 
            
       以最左(X轴数值相同的时候,以Y轴数值最下和最上取顶点)至最右边的顶点(X轴数值相同的时候,以Y轴数值最下和最上取顶点)连线,构成LupLlow等线段,将顶点集合分成上下两部分,分别使用类似于上面介绍的Graham Scan方法寻求子凸包,最后合并形成一个凸包(注意连接处顶点的重复存储)。

       参考代码:

//     输入经过排序的顶点数组 P[],n为数组中顶点个数

//     输出: 凸包的顶点集合 H[]

//    返回: H[]中的顶点个数

int CDEMAlgorithm::chainHull_2D( Point* P, int n, Point* H )

{

    // 输出的数组H[]被用作一个栈

    int    bot=0, top=(-1); // 指示栈底和栈顶

    int    i;               

   

    int minmin = 0, minmax; // 得到X轴最小情况下Y轴分别最小和最大顶点的索引

    double xmin = P[0].x;

    for (i=1; i<n; i++)

        if (P[i].x != xmin) break;   //顶点已经排好序,搜索开始阶段的X轴最小值

    minmax = i-1;            //记录X轴最小情况下Y轴最大顶点的索引

    if (minmax == n-1) {       // 如果出现极端情况,即所有顶点X轴数值都最小

        H[++top] = P[minmin];

        if (P[minmax].y != P[minmin].y) // 如果两顶点的Y轴数值不等,则可构成线段

            H[++top] = P[minmax];

        H[++top] = P[minmin];           // 将这两个顶点增加到输出的数组中

        return top+1;                    //返回输出的数组中的顶点个数

    }

    int maxmin, maxmax = n-1; // 得到X轴数值最大情况下    Y轴数值分别最小和最大的顶点索引

    double xmax = P[n-1].x;

    for (i=n-2; i>=0; i--)           //从顶点的原始数组中反向循环,因为顶点已排好序

        if (P[i].x != xmax) break;

    maxmin = i+1;                    //记录X轴数值最大情况下Y轴数值最小的顶点索引

    H[++top] = P[minmin]; // 开始计算下半部分凸包,首先将X轴和Y轴数值都最小的顶点压入栈

    i = minmax;          //从X轴数值最小情况下Y轴数值最大的顶点开始计数

    while (++i <= maxmin)

    {

        // 以X轴和Y轴数值最小顶点连接X轴最大和Y轴数值最小顶点建立低线

        if (isLeft( P[minmin], P[maxmin], P[i]) >= 0 && i < maxmin)

            continue;    // 由于此顶点位于这根低线之上,所以忽略,继续下次循环

        while (top > 0) // top是从最开始的-1计数,所以大于0的话,表明栈中至少有2个元素

        {

            if (isLeft( H[top-1], H[top], P[i]) > 0)

                 break;         //表明P[i]顶点是需要的凸包中新顶点,结束循环

            else

                 top--;         //将栈顶元素出栈,继续循环

        }

        H[++top] = P[i];       // 将顶点P[i]压入栈

    }

    // 下面,计算上半部分的凸包顶点集合

    if (maxmax != maxmin)      // 如果X轴数值最大情况下Y轴有不同顶点存在

        H[++top] = P[maxmax]; // 将X轴数值与Y轴数值最大的顶点压入栈

    bot = top;                 // 记住准备增加元素到栈前已经存在的元素个数

    i = maxmin;          //从X轴数值最大情况下Y轴数值最小的顶点开始计数

    while (--i >= minmax)

    {

        // 以X轴和Y轴数值最大顶点连接X轴最小和Y轴数值最大顶点建立高线

        if (isLeft( P[maxmax], P[minmax], P[i]) >= 0 && i > minmax)

            continue;         // 由于此顶点位于这根高线之下,所以忽略,继续下次循环

        while (top > bot)   // top还是比开始记住的bot大,表明栈中至少有2个元素

        {

            if (isLeft( H[top-1], H[top], P[i]) > 0)

                 break;         //表明P[i]顶点是需要的凸包中新顶点,结束循环

            else

                 top--;          //将栈顶元素出栈,继续循环

        }

        H[++top] = P[i];       // 将顶点P[i]压入栈

    }

    if (minmax != minmin)        //如果X轴数值最小情况下Y轴有不同顶点存在

        H[++top] = P[minmin]; // 把这最后一个顶点压入栈

    return top+1;                //返回输出的凸包数组中的顶点个数

}

posted on 2008-03-19 09:41  武汉侯涛  阅读(1251)  评论(2编辑  收藏  举报