Voronoi Tesselation 和 Delaunay 三角剖分问题如何相互对偶?

计算科学 计算几何 delaunay三角剖分 voronoi 图
2021-12-19 06:44:46

我一直被告知 Voronoi 图是 Delaunay 三角剖分问题的对偶。在什么意义上,它们可以成为彼此的对偶?我认为对偶问题(即线性规划)应该产生相同的答案。显然,这两个问题没有相同的解决方案。我们如何将它们视为对偶?

4个回答

简单的答案是它们是对偶的,因为对于每个 delaunay 三角剖分,存在一个且只有一个对应的 voronoi 细分,反之亦然。大多数情况下都是这样,但也有一些情况是不是一一对应的。例如,在 voronoi 镶嵌是规则方形网格的情况下。

对于给定的一组点,voronoi 细分和 delaunay 三角剖分计算都非常重要。但是一旦你找到了另一个,就很容易找到。

在一组点的 delaunay 三角剖分中,所有三角形都是“delaunay”,这意味着外接圆内没有与任何三角形对应的点。P

一组点的 voronoi 镶嵌由一组 voronoi 单元组成,使得中的每个点都更接近然后到中的任何其他点。PRRiPiP

鉴于 delaunay 三角剖分,只需连接相邻的三角形外接圆中心即可。

给定点集和 voronoi 镶嵌简单地连接相邻的单元点。这当然是因为您知道构建 voronoi 镶嵌时使用PP

只是为了说明其他人在说什么:下面的蓝色是 Voronoi 图,红色是双 Delaunay 三角剖分。它们作为几何平面图相互对偶。从 Voronoi 图推导出 Delaunay 三角剖分是微不足道的。相反的方向并不那么明显,但仍然可以通过 Delaunay 三角剖分和一些计算来计算 Voronoi 图。 我使用ComputationalGeometry
          Vor Diag Del Tri
为 Mathematica 中的 50 个随机点计算了这些图表。请参阅此链接以获取我的代码。

这两个问题要求提出实际上彼此相反的平铺:一组点的 Voronoi 镶嵌是几何对象的集合,使得内部的每个点对象离点比离任何其他点更近。连接在一起的三角形集合PGGiPiPjP,jiP

从某种意义上说,这类似于统计物理学中三角形和六边形晶格之间存在的对偶性。等边三角形格子中的单元的中点,当连接时形成六边形格子,反之亦然

然而,应该指出的是,并非所有的 Voronoi 细分都是 Delaunay 三角剖分的对偶;这种关系可能仅对未加权的Voronoi 细分有效。对于加权曲面细分方法,其中使用欧几里得距离以外的东西来确定边缘,对应关系会失效。

详细说明 Geoff 的评论:Delaunay 三角剖分和 Voronoi 图是“对象”而不是“问题”。因此,谈论“解决方案”有点过时。

对偶性介于镶嵌和三角剖分之间:要从三角剖分移动到镶嵌细分,您需要形成三角剖分顶点的 Voronoi 集。要从 Voronoi 镶嵌移动到 Delaunay 三角剖分,如果两个单元相互接触,则连接它们的“中点”。