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Delaunay三角剖分

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創建者:淵魚 創建時間:2022-07-31
Delaunay三角剖分圖1

Delaunay三角剖分的實例教程

德勞內三角剖分 德勞內三角剖分 Delaunay 三角剖分是一種有助于將平面中的離散點集劃分以形成一組三角形的算法。雖然有許多方法可以實現三角剖分,但 Delaunay 三角剖分的不同之處在于: 每個三角形的外接圓僅包含給定三角形的三個頂點。 這個三角形的外接圓內不存在頂點。 三角形是等角的或有非常輕微的變化。 如果生成的網格不夠精細,可以通過插入額外的點來細化以提高分辨率。這種方法的優點是提高了精度并完全反映了幾何的自然邊界。 Delaunay 三角剖分的另一個好處包括構建 Voronoi 圖。 維諾圖 Delaunay 三角剖分(黑色)和 Voronoi 圖(紅色)。 Voronoi 圖是網格生成的過程,其中根據稱為“站點”或“種子”的點的接近程度將平面劃分為較小的區域。例如,假設有多個點散布在一個平面上。對于這些點中的每一個,繪制一條距離更近且與兩個相鄰點等距的線。Voronoi 圖是通過這些線的連接形成的,它將域劃分為一組多邊形。 Voronoi 圖也被認為是 Delaunay 三角剖分的對偶。鑒于這兩種方法使用相同的點集,Delaunay 三角剖分的屬性適用于 Voronoi 圖,反之亦然。
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經驗表明,平面Delaunay三角剖分可以如下生成。給定平面離散點集,我們從任意一個三角剖分開始,任給一條邊,與其相鄰的兩個三角形構成一個四邊形。如果與此邊相鄰的兩個三角形不是Delaunay,如圖6左幀所示,則將此邊替換成四邊形的另外一條對角線,如右幀所示。這種操作被稱為是換邊操作(Edge Swap)。那么經過一系列換邊操作,我們一定能夠得到一個Delaunay三角剖分。斯杭告訴老顧,雖然算法非常成熟,并且理論上有嚴格證明,但是反過來,從Delaunay三角剖分經過一系列的換邊操作到任意給定的三角剖分,如果要求換邊操作具有某種單調性,則不存在理論上的完整證明。斯博士認為存在本質的拓撲障礙。同時,類似的算法是否可以求三維Delaunay三角剖分,這一問題長期以來懸而未決。經過大量的實驗,斯杭博士認為這一算法也存在全局的拓撲障礙,并進一步提出了許多深刻的猜想。 圖7. 黎曼映照將無窮小圓映到無窮小圓,從而保持Delaunay三角剖分。(馬明作) Delaunay三角剖分和共形幾何之間存在深刻的內在聯系。如圖7所示,我們用黎曼映照(保角變換)將一張人臉曲面映到平面圓盤,人臉上的無窮小圓映到平面上的無窮小圓。Delaunay三角剖分的最主要特性就是“空圓性”,由此我們看到保角變換保持Delaunay三角剖分。因此曲面的測地Delaunay三角剖分可以被轉化成平面Delaunay三角剖分。歷史上,Delaunay三角剖分的算法提出于1970年代,共形幾何算法提出于2000年左右,因此這種基于共形幾何的曲面Delaunay網格化算法在工業界并不普遍。我們相信,在不久的未來,這一方法在實踐中會日益普及。 但是,這一方法無法直接向三維推廣。其主要的困難在于三流形間的保角變換基本上都是等距變換,因此我們無法用保角變換化彎為直。
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Voronoi圖是Delaunay三角剖分的對偶圖,生成它的方法有很多 比較有名的有分治算法,掃描線算法,增量法等。但利用Delaunay三角剖分生成Voronoi圖的算法是最快的。但最快的方法則是構造Delaunay三角剖分,再連接相鄰三角形的外接圓圓心,即可以到Voronoi圖。 目前Voronoi圖應用廣泛,很多科研都需要以Voronoi圖為基本幾何結構進行仿真分析,而COMSOL憑借其強大的多物理場耦合功能在科研,工程等多方面都有廣泛的應用。若能把Voronoi圖應用到COMSOL幾何體中就能將二者的優勢結合起來。但是目前針對Voronoi圖的生成很少有介紹應用到COMSOL里的,COMSOL不支持內部生成,通過外界導入的方法網上也很少有介紹。 此貼基于matlab編程生成任意種子及邊界長與寬的Voronoi圖 而后導入到COMSOL中作為幾何體供后續仿真使用。此貼關于COMSOL的二維Voronoi幾何體生成手段也可以被用來借鑒構建三維Voronoi幾何體,詳細方法可自行研究。
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各種RSD法的優點是網格生成完全自動,網格剖分速度快,非常適用于自適應網格生成。主要缺點是邊界單元形狀難于完全保證。另外,RSD法對物體的方向特別敏感。 (5) 結點連元法 結點連元法是先生成結點,然后連接結點構成單元。最常用的是DT法和AFM法。 ① DT法的基本原理:任意給定N個平面點Pi(i=1,2,…,N)構成的點集為S,稱滿足下列條件的點集Vi為Voronoi多邊形。其中,Vi滿足下列條件:Vi ={ X:|X- Pi|(|X- Pj|,X(R2,i(j,j=1,2,…,N }Vi為凸多邊形,稱{ Vi}mi=1為Dirichlet Tesselation圖或對偶的Voronoi圖。連接相鄰Voronoi多邊形的內核點可構成三角形Tk,稱集合{ Tk }為Delaunay三角剖分。DT法的最大優點是遵循“最小角最大”和“空球”準則。因此,在各種二維三角剖分中,只有Delaunay三角剖分才同時滿足全局和局部最優。 “最小角最大”準則是在不出現奇異性的情況下,Delaunay三角剖分最小角之和均大于任何非Delaunay剖分所形成三角形最小角之和。 “空球”準則是Delaunay三角剖分中任意三角形的外接圓(四面體為外接球)內不包括其他結點。 實現Delaunay三角剖分有多鐘方法。Lee和Schachter操作很有效,但很難實現。而Watson、Cline和Renka、Sloan因操作容易、時間效率較好等優點而被廣泛采用。為了進一步提高效率,Sloan研究其算法操作,提出了時間復雜性為O(N)(N為結點總數)的操作方法,從而為快速Delaunay三角剖分提供了有效途徑。 雖然DT法既適用于二維域也適用于三維域,但直接的Delaunay三角剖分只適用于凸域,不適用于非凸域,因此發展了多種非凸域的Delaunay剖分
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各種RSD法的優點是網格生成完全自動,網格剖分速度快,非常適用于自適應網格生成。主要缺點是邊界單元形狀難于完全保證。另外,RSD法對物體的方向特別敏感。 (5) 結點連元法 結點連元法是先生成結點,然后連接結點構成單元。最常用的是DT法和AFM法。 ① DT法的基本原理:任意給定N個平面點Pi(i=1,2,…,N)構成的點集為S,稱滿足下列條件的點集Vi為Voronoi多邊形。其中,Vi滿足下列條件:Vi ={ X:|X- Pi|(|X- Pj|,X(R2,i(j,j=1,2,…,N }Vi為凸多邊形,稱{ Vi}mi=1為Dirichlet Tesselation圖或對偶的Voronoi圖。連接相鄰Voronoi多邊形的內核點可構成三角形Tk,稱集合{ Tk }為Delaunay三角剖分。DT法的最大優點是遵循“最小角最大”和“空球”準則。因此,在各種二維三角剖分中,只有Delaunay三角剖分才同時滿足全局和局部最優。 “最小角最大”準則是在不出現奇異性的情況下,Delaunay三角剖分最小角?br /> 途笥諶魏畏荄elaunay剖分所形成三角形最小角之和。 “空球”準則是Delaunay三角剖分中任意三角形的外接圓(四面體為外接球)內不包括其他結點。 實現Delaunay三角剖分有多鐘方法。Lee和Schachter操作很有效,但很難實現。而Watson、Cline和Renka、Sloan因操作容易、時間效率較好等優點而被廣泛采用。為了進一步提高效率,Sloan研究其算法操作,提出了時間復雜性為O(N)(N為結點總數)的操作方法,從而為快速Delaunay三角剖分提供了有效途徑。 雖然DT法既適用于二維域也適用于三維域,但直接的Delaunay三角剖分只適用于凸域,不適用于非凸域,因此發 展了多種非凸域的Delaunay剖分
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Delaunay三角剖分圖2

Delaunay三角剖分的最新內容

其核心優勢在于高效的空間分割能力和對偶性(與Delaunay三角剖分互為對偶)。通過加權、高階或三維擴展,Voronoi圖可適應復雜場景需求,是連接數學理論與實際應用的重要工具。 數學定義 在數學上,Voronoi圖有非常嚴謹的定義。
連接相鄰Voronoi多邊形的內核點可構成三角形Tk,稱集合{Tk}為Delaunay三角剖分。 DT法的最大優點是遵循“最小角最大”和“空球”準則。因此,在各種二維三角剖分中,只有Delaunay三角剖分才同時滿足全局和局部最優。“最小角最大”準則是在不出現奇異性的情況下,Delaunay三角剖分最小角之和均大于任何非Delaunay剖分所形成三角形最小角之和。
Delaunay 三角剖分:Voronoi 圖的幾何對偶 德勞內三角剖分 Delaunay 三角剖分 (DT)可以追溯到 1934 年,由數學家 Boris Delaunay 提出。從那時起,它在解析幾何中得到了廣泛的應用,主要用于生成表面或封閉空間的網格模型以進行邊界條件分析。
Delaunay 三角剖分是為高度定義的不規則幾何體生成非重疊三角形的有用方法。 通常,必須實施一組特定的算法才能從 Delaunay 三角剖分中生成高質量的元素。這就是 Delaunay 細化網格生成的過程。讓我們詳細討論這個概念,并探索它在捕獲流體流動的流體-結構相互作用方面的好處。 Delaunay 細化網格生成 Delaunay 細化的主要目的是提高網格的質量。
Voronoi 圖也被認為是 Delaunay 三角剖分的對偶。鑒于這兩種方法使用相同的點集,Delaunay 三角剖分的屬性適用于 Voronoi 圖,反之亦然。
例如,我為我的 CFD 類實現了我自己的 2D Euler 解算器——用于我的網格生成類的Delaunay 三角剖分和網格平滑的代碼。我將它們全部結合起來用于我的設計優化課程(然后我將其擴展用于我的碩士研究)。 Kristen 為第 5屆推進空氣動力學研討會生成了會聚噴嘴幾何體的表面和體積網格(分別為頂部和底部圖像) 。
功能說明 CAD Delaunay3D插件可在AutoCAD內生成三維德勞內三角網,形成Delaunay框架。 插件提供了對齊、交錯兩種控制點布點方式: 同時可生成線狀及實體Delaunay網兩種繪圖模式: 插件生成的AutoCAD文件可導入到COMSOL、Abaqus、ANSYS等有限元軟件,進行德勞內三角網的模擬,用于骨架模型、框架結構、空間網格結構、三維孔隙骨架
插件采用Delaunay三角剖分算法生成三角網,進而生成Dirichlet圖。 插件可設置生成的Voronoi圖的長度、寬度、多邊形數目、自定義控制點坐標等信息。 插件會在CAD內分圖層繪制泰森多邊形、Delaunay三角網的圖像,便于導出使用。 同時插件可以將繪圖的控制點、多邊形頂點等信息導出到Excel文件內,方便分析計算。
Voronoi圖是Delaunay三角剖分的對偶圖,生成它的方法有很多 比較有名的有分治算法,掃描線算法,增量法等。但利用Delaunay三角剖分生成Voronoi圖的算法是最快的。但最快的方法則是構造Delaunay三角剖分,再連接相鄰三角形的外接圓圓心,即可以到Voronoi圖。
黎曼映照將無窮小圓映到無窮小圓,從而保持Delaunay三角剖分。(馬明作) Delaunay三角剖分和共形幾何之間存在深刻的內在聯系。如圖7所示,我們用黎曼映照(保角變換)將一張人臉曲面映到平面圓盤,人臉上的無窮小圓映到平面上的無窮小圓。Delaunay三角剖分的最主要特性就是“空圓性”,由此我們看到保角變換保持Delaunay三角剖分