四叉树空间索引原理及其实现

http://blog.csdn.net/zhouxuguang236/article/details/12312099

今天依然在放假中,在此将以前在学校写的四叉树的东西拿出来和大家分享。

四叉树索引的基本思想是将地理空间递归划分为不同层次的树结构。它将已知范围的空间等分成四个相等的子空间,如此递归下去,直至树的层次达到一定深度或者满足某种要求后停止分割。四叉树的结构比较简单,并且当空间数据对象分布比较均匀时,具有比较高的空间数据插入和查询效率,因此四叉树是GIS中常用的空间索引之一。常规四叉树的结构如图所示,地理空间对象都存储在叶子节点上,中间节点以及根节点不存储地理空间对象。

 四叉树空间索引原理及其实现_第1张图片

四叉树示意图

 

四叉树对于区域查询,效率比较高。但如果空间对象分布不均匀,随着地理空间对象的不断插入,四叉树的层次会不断地加深,将形成一棵严重不平衡的四叉树,那么每次查询的深度将大大的增多,从而导致查询效率的急剧下降。

 

本节将介绍一种改进的四叉树索引结构。四叉树结构是自顶向下逐步划分的一种树状的层次结构。传统的四叉树索引存在着以下几个缺点:

(1)空间实体只能存储在叶子节点中,中间节点以及根节点不能存储空间实体信息,随着空间对象的不断插入,最终会导致四叉树树的层次比较深,在进行空间数据窗口查询的时候效率会比较低下。

(2)同一个地理实体在四叉树的分裂过程中极有可能存储在多个节点中,这样就导致了索引存储空间的浪费。

(3)由于地理空间对象可能分布不均衡,这样会导致常规四叉树生成一棵极为不平衡的树,这样也会造成树结构的不平衡以及存储空间的浪费。

相应的改进方法,将地理实体信息存储在完全包含它的最小矩形节点中,不存储在它的父节点中,每个地理实体只在树中存储一次,避免存储空间的浪费。首先生成满四叉树,避免在地理实体插入时需要重新分配内存,加快插入的速度,最后将空的节点所占内存空间释放掉。改进后的四叉树结构如下图所示。四叉树的深度一般取经验值4-7之间为最佳。

 四叉树空间索引原理及其实现_第2张图片

图改进的四叉树结构

 

为了维护空间索引与对存储在文件或数据库中的空间数据的一致性,作者设计了如下的数据结构支持四叉树的操作。

(1)四分区域标识

分别定义了一个平面区域的四个子区域索引号,右上为第一象限0,左上为第二象限1,左下为第三象限2,右下为第四象限3。

typedef enum

{

      UR = 0,// UR第一象限

      UL = 1, // UL为第二象限

      LL = 2, // LL为第三象限

      LR = 3  // LR为第四象限

}QuadrantEnum;

(2)空间对象数据结构

空间对象数据结构是对地理空间对象的近似,在空间索引中,相当一部分都是采用MBR作为近似。

/*空间对象MBR信息*/

typedef struct SHPMBRInfo

{

      int nID;       //空间对象ID号

      MapRect Box;    //空间对象MBR范围坐标

}SHPMBRInfo;

nID是空间对象的标识号,Box是空间对象的最小外包矩形(MBR)。

(3)四叉树节点数据结构

四叉树节点是四叉树结构的主要组成部分,主要用于存储空间对象的标识号和MBR,也是四叉树算法操作的主要部分。

/*四叉树节点类型结构*/

typedef struct QuadNode

{

      MapRect            Box;                   //节点所代表的矩形区域

      int                nShpCount;        //节点所包含的所有空间对象个数

      SHPMBRInfo* pShapeObj;          //空间对象指针数组

      int         nChildCount;            //子节点个数

      QuadNode *children[4];             //指向节点的四个孩子

}QuadNode;

Box是代表四叉树对应区域的最小外包矩形,上一层的节点的最小外包矩形包含下一层最小外包矩形区域;nShpCount代表本节点包含的空间对象的个数;pShapeObj代表指向空间对象存储地址的首地址,同一个节点的空间对象在内存中连续存储;nChildCount代表节点拥有的子节点的数目;children是指向孩子节点指针的数组。

上述理论部分都都讲的差不多了,下面就贴上我的C语言实现版本代码。

头文件如下:

[cpp]  view plain  copy
  1. #ifndef __QUADTREE_H_59CAE94A_E937_42AD_AA27_794E467715BB__  
  2. #define __QUADTREE_H_59CAE94A_E937_42AD_AA27_794E467715BB__  
  3.   
  4.   
  5.   
  6.   
  7. /* 一个矩形区域的象限划分:: 
  8.  
  9. UL(1)   |    UR(0) 
  10. ----------|----------- 
  11. LL(2)   |    LR(3) 
  12. 以下对该象限类型的枚举 
  13. */  
  14. typedef enum  
  15. {  
  16.     UR = 0,  
  17.     UL = 1,  
  18.     LL = 2,  
  19.     LR = 3  
  20. }QuadrantEnum;  
  21.   
  22. /*空间对象MBR信息*/  
  23. typedef struct SHPMBRInfo  
  24. {  
  25.     int nID;        //空间对象ID号  
  26.     MapRect Box;    //空间对象MBR范围坐标  
  27. }SHPMBRInfo;  
  28.   
  29. /* 四叉树节点类型结构 */  
  30. typedef struct QuadNode  
  31. {  
  32.     MapRect     Box;            //节点所代表的矩形区域  
  33.     int         nShpCount;      //节点所包含的所有空间对象个数  
  34.     SHPMBRInfo* pShapeObj;      //空间对象指针数组  
  35.     int     nChildCount;        //子节点个数  
  36.     QuadNode  *children[4];     //指向节点的四个孩子   
  37. }QuadNode;  
  38.   
  39. /* 四叉树类型结构 */  
  40. typedef struct quadtree_t  
  41. {  
  42.     QuadNode  *root;  
  43.     int         depth;           // 四叉树的深度                      
  44. }QuadTree;  
  45.   
  46.   
  47.     //初始化四叉树节点  
  48.     QuadNode *InitQuadNode();  
  49.   
  50.     //层次创建四叉树方法(满四叉树)  
  51.     void CreateQuadTree(int depth,GeoLayer *poLayer,QuadTree* pQuadTree);  
  52.   
  53.     //创建各个分支  
  54.     void CreateQuadBranch(int depth,MapRect &rect,QuadNode** node);  
  55.   
  56.     //构建四叉树空间索引  
  57.     void BuildQuadTree(GeoLayer*poLayer,QuadTree* pQuadTree);  
  58.   
  59.     //四叉树索引查询(矩形查询)  
  60.     void SearchQuadTree(QuadNode* node,MapRect &queryRect,vector<int>& ItemSearched);  
  61.   
  62.     //四叉树索引查询(矩形查询)并行查询  
  63.     void SearchQuadTreePara(vector resNodes,MapRect &queryRect,vector<int>& ItemSearched);  
  64.   
  65.     //四叉树的查询(点查询)  
  66.     void PtSearchQTree(QuadNode* node,double cx,double cy,vector<int>& ItemSearched);  
  67.   
  68.     //将指定的空间对象插入到四叉树中  
  69.     void Insert(long key,MapRect &itemRect,QuadNode* pNode);  
  70.   
  71.     //将指定的空间对象插入到四叉树中  
  72.     void InsertQuad(long key,MapRect &itemRect,QuadNode* pNode);  
  73.   
  74.     //将指定的空间对象插入到四叉树中  
  75.     void InsertQuad2(long key,MapRect &itemRect,QuadNode* pNode);  
  76.   
  77.     //判断一个节点是否是叶子节点  
  78.     bool IsQuadLeaf(QuadNode* node);  
  79.   
  80.     //删除多余的节点  
  81.     bool DelFalseNode(QuadNode* node);  
  82.   
  83.     //四叉树遍历(所有要素)  
  84.     void TraversalQuadTree(QuadNode* quadTree,vector<int>& resVec);  
  85.   
  86.     //四叉树遍历(所有节点)  
  87.     void TraversalQuadTree(QuadNode* quadTree,vector& arrNode);  
  88.   
  89.     //释放树的内存空间  
  90.     void ReleaseQuadTree(QuadNode** quadTree);  
  91.   
  92.     //计算四叉树所占的字节的大小  
  93.     long CalByteQuadTree(QuadNode* quadTree,long& nSize);  
  94.   
  95.   
  96. #endif  


源文件如下:

[cpp]  view plain  copy
  1. #include "QuadTree.h"  
  2.   
  3.   
  4. QuadNode *InitQuadNode()  
  5. {  
  6.     QuadNode *node = new QuadNode;  
  7.     node->Box.maxX = 0;  
  8.     node->Box.maxY = 0;  
  9.     node->Box.minX = 0;  
  10.     node->Box.minY = 0;  
  11.   
  12.     for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  13.     {  
  14.         node->children[i] = NULL;  
  15.     }  
  16.     node->nChildCount = 0;  
  17.     node->nShpCount = 0;  
  18.     node->pShapeObj = NULL;  
  19.   
  20.     return node;  
  21. }  
  22.   
  23. void CreateQuadTree(int depth,GeoLayer *poLayer,QuadTree* pQuadTree)  
  24. {  
  25.     pQuadTree->depth = depth;  
  26.   
  27.     GeoEnvelope env;    //整个图层的MBR  
  28.     poLayer->GetExtent(&env);  
  29.       
  30.     MapRect rect;  
  31.     rect.minX = env.MinX;  
  32.     rect.minY = env.MinY;  
  33.     rect.maxX = env.MaxX;  
  34.     rect.maxY = env.MaxY;  
  35.       
  36.     //创建各个分支  
  37.     CreateQuadBranch(depth,rect,&(pQuadTree->root));  
  38.   
  39.     int nCount = poLayer->GetFeatureCount();  
  40.     GeoFeature **pFeatureClass = new GeoFeature*[nCount];  
  41.     for (int i = 0; i < poLayer->GetFeatureCount(); i ++)  
  42.     {  
  43.         pFeatureClass[i] = poLayer->GetFeature(i);   
  44.     }  
  45.   
  46.     //插入各个要素  
  47.     GeoEnvelope envObj; //空间对象的MBR  
  48.     //#pragma omp parallel for  
  49.     for (int i = 0; i < nCount; i ++)  
  50.     {  
  51.         pFeatureClass[i]->GetGeometry()->getEnvelope(&envObj);  
  52.         rect.minX = envObj.MinX;  
  53.         rect.minY = envObj.MinY;  
  54.         rect.maxX = envObj.MaxX;  
  55.         rect.maxY = envObj.MaxY;  
  56.         InsertQuad(i,rect,pQuadTree->root);  
  57.     }  
  58.   
  59.     //DelFalseNode(pQuadTree->root);  
  60. }  
  61.   
  62. void CreateQuadBranch(int depth,MapRect &rect,QuadNode** node)  
  63. {  
  64.     if (depth != 0)  
  65.     {  
  66.         *node = InitQuadNode(); //创建树根  
  67.         QuadNode *pNode = *node;  
  68.         pNode->Box = rect;  
  69.         pNode->nChildCount = 4;  
  70.   
  71.         MapRect boxs[4];  
  72.         pNode->Box.Split(boxs,boxs+1,boxs+2,boxs+3);  
  73.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  74.         {  
  75.             //创建四个节点并插入相应的MBR  
  76.             pNode->children[i] = InitQuadNode();  
  77.             pNode->children[i]->Box = boxs[i];  
  78.   
  79.             CreateQuadBranch(depth-1,boxs[i],&(pNode->children[i]));  
  80.         }  
  81.     }  
  82. }  
  83.   
  84. void BuildQuadTree(GeoLayer *poLayer,QuadTree* pQuadTree)  
  85. {  
  86.     assert(poLayer);  
  87.     GeoEnvelope env;    //整个图层的MBR  
  88.     poLayer->GetExtent(&env);  
  89.     pQuadTree->root = InitQuadNode();  
  90.   
  91.     QuadNode* rootNode = pQuadTree->root;  
  92.   
  93.     rootNode->Box.minX = env.MinX;  
  94.     rootNode->Box.minY = env.MinY;  
  95.     rootNode->Box.maxX = env.MaxX;  
  96.     rootNode->Box.maxY = env.MaxY;  
  97.   
  98.     //设置树的深度(   根据等比数列的求和公式)  
  99.     //pQuadTree->depth = log(poLayer->GetFeatureCount()*3/8.0+1)/log(4.0);  
  100.     int nCount = poLayer->GetFeatureCount();  
  101.   
  102.     MapRect rect;  
  103.     GeoEnvelope envObj; //空间对象的MBR  
  104.     for (int i = 0; i < nCount; i ++)  
  105.     {  
  106.         poLayer->GetFeature(i)->GetGeometry()->getEnvelope(&envObj);  
  107.         rect.minX = envObj.MinX;  
  108.         rect.minY = envObj.MinY;  
  109.         rect.maxX = envObj.MaxX;  
  110.         rect.maxY = envObj.MaxY;  
  111.         InsertQuad2(i,rect,rootNode);  
  112.     }  
  113.   
  114.     DelFalseNode(pQuadTree->root);  
  115. }  
  116.   
  117. void SearchQuadTree(QuadNode* node,MapRect &queryRect,vector<int>& ItemSearched)  
  118. {  
  119.     assert(node);  
  120.   
  121.     //int coreNum = omp_get_num_procs();  
  122.     //vector * pResArr = new vector[coreNum];  
  123.   
  124.     if (NULL != node)  
  125.     {  
  126.         for (int i = 0; i < node->nShpCount; i ++)  
  127.         {  
  128.             if (queryRect.Contains(node->pShapeObj[i].Box)  
  129.                 || queryRect.Intersects(node->pShapeObj[i].Box))  
  130.             {  
  131.                 ItemSearched.push_back(node->pShapeObj[i].nID);  
  132.             }  
  133.         }  
  134.   
  135.         //并行搜索四个孩子节点  
  136.         /*#pragma omp parallel sections 
  137.         { 
  138.             #pragma omp section 
  139.             if ((node->children[0] != NULL) &&  
  140.                 (node->children[0]->Box.Contains(queryRect) 
  141.                 || node->children[0]->Box.Intersects(queryRect))) 
  142.             { 
  143.                 int tid = omp_get_thread_num(); 
  144.                 SearchQuadTree(node->children[0],queryRect,pResArr[tid]); 
  145.             } 
  146.  
  147.             #pragma omp section 
  148.             if ((node->children[1] != NULL) &&  
  149.                 (node->children[1]->Box.Contains(queryRect) 
  150.                 || node->children[1]->Box.Intersects(queryRect))) 
  151.             { 
  152.                 int tid = omp_get_thread_num(); 
  153.                 SearchQuadTree(node->children[1],queryRect,pResArr[tid]); 
  154.             } 
  155.  
  156.             #pragma omp section 
  157.             if ((node->children[2] != NULL) &&  
  158.                 (node->children[2]->Box.Contains(queryRect) 
  159.                 || node->children[2]->Box.Intersects(queryRect))) 
  160.             { 
  161.                 int tid = omp_get_thread_num(); 
  162.                 SearchQuadTree(node->children[2],queryRect,pResArr[tid]); 
  163.             } 
  164.  
  165.             #pragma omp section 
  166.             if ((node->children[3] != NULL) &&  
  167.                 (node->children[3]->Box.Contains(queryRect) 
  168.                 || node->children[3]->Box.Intersects(queryRect))) 
  169.             { 
  170.                 int tid = omp_get_thread_num(); 
  171.                 SearchQuadTree(node->children[3],queryRect,pResArr[tid]); 
  172.             } 
  173.         }*/  
  174.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  175.         {  
  176.             if ((node->children[i] != NULL) &&   
  177.                 (node->children[i]->Box.Contains(queryRect)  
  178.                 || node->children[i]->Box.Intersects(queryRect)))  
  179.             {  
  180.                 SearchQuadTree(node->children[i],queryRect,ItemSearched);  
  181.                 //node = node->children[i];  //非递归  
  182.             }  
  183.         }  
  184.     }  
  185.   
  186.     /*for (int i = 0 ; i < coreNum; i ++) 
  187.     { 
  188.         ItemSearched.insert(ItemSearched.end(),pResArr[i].begin(),pResArr[i].end()); 
  189.     }*/  
  190.   
  191. }  
  192.   
  193. void SearchQuadTreePara(vector resNodes,MapRect &queryRect,vector<int>& ItemSearched)  
  194. {  
  195.     int coreNum = omp_get_num_procs();  
  196.     omp_set_num_threads(coreNum);  
  197.     vector<int>* searchArrs = new vector<int>[coreNum];  
  198.     for (int i = 0; i < coreNum; i ++)  
  199.     {  
  200.         searchArrs[i].clear();  
  201.     }  
  202.   
  203.     #pragma omp parallel for  
  204.     for (int i = 0; i < resNodes.size(); i ++)  
  205.     {  
  206.         int tid = omp_get_thread_num();  
  207.         for (int j = 0; j < resNodes[i]->nShpCount; j ++)  
  208.         {  
  209.             if (queryRect.Contains(resNodes[i]->pShapeObj[j].Box)  
  210.                 || queryRect.Intersects(resNodes[i]->pShapeObj[j].Box))  
  211.             {  
  212.                 searchArrs[tid].push_back(resNodes[i]->pShapeObj[j].nID);  
  213.             }  
  214.         }  
  215.     }  
  216.   
  217.     for (int i = 0; i < coreNum; i ++)  
  218.     {  
  219.         ItemSearched.insert(ItemSearched.end(),  
  220.             searchArrs[i].begin(),searchArrs[i].end());  
  221.     }  
  222.   
  223.     delete [] searchArrs;  
  224.     searchArrs = NULL;  
  225. }  
  226.   
  227. void PtSearchQTree(QuadNode* node,double cx,double cy,vector<int>& ItemSearched)  
  228. {  
  229.     assert(node);  
  230.     if (node->nShpCount >0)       //节点            
  231.     {  
  232.         for (int i = 0; i < node->nShpCount; i ++)  
  233.         {  
  234.             if (node->pShapeObj[i].Box.IsPointInRect(cx,cy))  
  235.             {  
  236.                 ItemSearched.push_back(node->pShapeObj[i].nID);  
  237.             }  
  238.         }  
  239.     }  
  240.   
  241.     else if (node->nChildCount >0)                //节点  
  242.     {  
  243.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  244.         {  
  245.             if (node->children[i]->Box.IsPointInRect(cx,cy))  
  246.             {  
  247.                 PtSearchQTree(node->children[i],cx,cy,ItemSearched);  
  248.             }  
  249.         }  
  250.     }  
  251.   
  252.     //找出重复元素的位置  
  253.     sort(ItemSearched.begin(),ItemSearched.end());  //先排序,默认升序  
  254.     vector<int>::iterator unique_iter =   
  255.         unique(ItemSearched.begin(),ItemSearched.end());  
  256.     ItemSearched.erase(unique_iter,ItemSearched.end());  
  257. }  
  258.   
  259. void Insert(long key, MapRect &itemRect,QuadNode* pNode)  
  260. {  
  261.     QuadNode *node = pNode;     //保留根节点副本  
  262.     SHPMBRInfo pShpInfo;  
  263.       
  264.     //节点有孩子  
  265.     if (0 < node->nChildCount)  
  266.     {  
  267.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  268.         {    
  269.             //如果包含或相交,则将节点插入到此节点  
  270.             if (node->children[i]->Box.Contains(itemRect)  
  271.                 || node->children[i]->Box.Intersects(itemRect))  
  272.             {  
  273.                 //node = node->children[i];  
  274.                 Insert(key,itemRect,node->children[i]);  
  275.             }  
  276.         }  
  277.     }  
  278.   
  279.     //如果当前节点存在一个子节点时  
  280.     else if (1 == node->nShpCount)  
  281.     {  
  282.         MapRect boxs[4];  
  283.         node->Box.Split(boxs,boxs+1,boxs+2,boxs+3);  
  284.   
  285.         //创建四个节点并插入相应的MBR  
  286.         node->children[UR] = InitQuadNode();  
  287.         node->children[UL] = InitQuadNode();  
  288.         node->children[LL] = InitQuadNode();  
  289.         node->children[LR] = InitQuadNode();  
  290.   
  291.         node->children[UR]->Box = boxs[0];  
  292.         node->children[UL]->Box = boxs[1];  
  293.         node->children[LL]->Box = boxs[2];  
  294.         node->children[LR]->Box = boxs[3];  
  295.         node->nChildCount = 4;  
  296.   
  297.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  298.         {    
  299.             //将当前节点中的要素移动到相应的子节点中  
  300.             for (int j = 0; j < node->nShpCount; j ++)  
  301.             {  
  302.                 if (node->children[i]->Box.Contains(node->pShapeObj[j].Box)  
  303.                     || node->children[i]->Box.Intersects(node->pShapeObj[j].Box))  
  304.                 {  
  305.                     node->children[i]->nShpCount += 1;  
  306.                     node->children[i]->pShapeObj =   
  307.                         (SHPMBRInfo*)malloc(node->children[i]->nShpCount*sizeof(SHPMBRInfo));  
  308.                       
  309.                     memcpy(node->children[i]->pShapeObj,&(node->pShapeObj[j]),sizeof(SHPMBRInfo));  
  310.   
  311.                     free(node->pShapeObj);  
  312.                     node->pShapeObj = NULL;  
  313.                     node->nShpCount = 0;  
  314.                 }  
  315.             }  
  316.         }  
  317.   
  318.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  319.         {    
  320.             //如果包含或相交,则将节点插入到此节点  
  321.             if (node->children[i]->Box.Contains(itemRect)  
  322.                 || node->children[i]->Box.Intersects(itemRect))  
  323.             {  
  324.                 if (node->children[i]->nShpCount == 0)     //如果之前没有节点  
  325.                 {  
  326.                     node->children[i]->nShpCount += 1;  
  327.                     node->pShapeObj =   
  328.                         (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*node->children[i]->nShpCount);  
  329.                 }  
  330.                 else if (node->children[i]->nShpCount > 0)  
  331.                 {  
  332.                     node->children[i]->nShpCount += 1;  
  333.                     node->children[i]->pShapeObj =   
  334.                         (SHPMBRInfo *)realloc(node->children[i]->pShapeObj,  
  335.                         sizeof(SHPMBRInfo)*node->children[i]->nShpCount);  
  336.                 }  
  337.   
  338.                 pShpInfo.Box = itemRect;  
  339.                 pShpInfo.nID = key;  
  340.                 memcpy(node->children[i]->pShapeObj,  
  341.                     &pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo));  
  342.             }  
  343.         }  
  344.     }  
  345.   
  346.     //当前节点没有空间对象  
  347.     else if (0 == node->nShpCount)  
  348.     {  
  349.         node->nShpCount += 1;  
  350.         node->pShapeObj =   
  351.             (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*node->nShpCount);  
  352.   
  353.         pShpInfo.Box = itemRect;  
  354.         pShpInfo.nID = key;  
  355.         memcpy(node->pShapeObj,&pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo));  
  356.     }  
  357. }  
  358.   
  359. void InsertQuad(long key,MapRect &itemRect,QuadNode* pNode)  
  360. {  
  361.     assert(pNode != NULL);  
  362.   
  363.     if (!IsQuadLeaf(pNode))    //非叶子节点  
  364.     {  
  365.         int nCorver = 0;        //跨越的子节点个数  
  366.         int iIndex = -1;        //被哪个子节点完全包含的索引号  
  367.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  368.         {  
  369.             if (pNode->children[i]->Box.Contains(itemRect)  
  370.                 && pNode->Box.Contains(itemRect))  
  371.             {  
  372.                 nCorver += 1;  
  373.                 iIndex = i;  
  374.             }  
  375.         }  
  376.   
  377.         //如果被某一个子节点包含,则进入该子节点  
  378.         if (/*pNode->Box.Contains(itemRect) ||  
  379.             pNode->Box.Intersects(itemRect)*/1 <= nCorver)  
  380.         {   
  381.             InsertQuad(key,itemRect,pNode->children[iIndex]);  
  382.         }  
  383.   
  384.         //如果跨越了多个子节点,直接放在这个节点中  
  385.         else if (nCorver == 0)  
  386.         {  
  387.             if (pNode->nShpCount == 0)    //如果之前没有节点  
  388.             {  
  389.                 pNode->nShpCount += 1;  
  390.                 pNode->pShapeObj =   
  391.                     (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*pNode->nShpCount);  
  392.             }  
  393.             else  
  394.             {  
  395.                 pNode->nShpCount += 1;  
  396.                 pNode->pShapeObj =   
  397.                     (SHPMBRInfo *)realloc(pNode->pShapeObj,sizeof(SHPMBRInfo)*pNode->nShpCount);  
  398.             }  
  399.   
  400.             SHPMBRInfo pShpInfo;  
  401.             pShpInfo.Box = itemRect;  
  402.             pShpInfo.nID = key;  
  403.             memcpy(pNode->pShapeObj+pNode->nShpCount-1,&pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo));  
  404.         }  
  405.     }  
  406.   
  407.     //如果是叶子节点,直接放进去  
  408.     else if (IsQuadLeaf(pNode))  
  409.     {  
  410.         if (pNode->nShpCount == 0)    //如果之前没有节点  
  411.         {  
  412.             pNode->nShpCount += 1;  
  413.             pNode->pShapeObj =   
  414.                 (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*pNode->nShpCount);  
  415.         }  
  416.         else  
  417.         {  
  418.             pNode->nShpCount += 1;  
  419.             pNode->pShapeObj =   
  420.                 (SHPMBRInfo *)realloc(pNode->pShapeObj,sizeof(SHPMBRInfo)*pNode->nShpCount);  
  421.         }  
  422.   
  423.         SHPMBRInfo pShpInfo;  
  424.         pShpInfo.Box = itemRect;  
  425.         pShpInfo.nID = key;  
  426.         memcpy(pNode->pShapeObj+pNode->nShpCount-1,&pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo));  
  427.     }  
  428. }  
  429.   
  430. void InsertQuad2(long key,MapRect &itemRect,QuadNode* pNode)  
  431. {  
  432.     QuadNode *node = pNode;     //保留根节点副本  
  433.     SHPMBRInfo pShpInfo;  
  434.   
  435.     //节点有孩子  
  436.     if (0 < node->nChildCount)  
  437.     {  
  438.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  439.         {    
  440.             //如果包含或相交,则将节点插入到此节点  
  441.             if (node->children[i]->Box.Contains(itemRect)  
  442.                 || node->children[i]->Box.Intersects(itemRect))  
  443.             {  
  444.                 //node = node->children[i];  
  445.                 Insert(key,itemRect,node->children[i]);  
  446.             }  
  447.         }  
  448.     }  
  449.   
  450.     //如果当前节点存在一个子节点时  
  451.     else if (0 == node->nChildCount)  
  452.     {  
  453.         MapRect boxs[4];  
  454.         node->Box.Split(boxs,boxs+1,boxs+2,boxs+3);  
  455.   
  456.         int cnt = -1;  
  457.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  458.         {    
  459.             //如果包含或相交,则将节点插入到此节点  
  460.             if (boxs[i].Contains(itemRect))  
  461.             {  
  462.                 cnt = i;  
  463.             }  
  464.         }  
  465.   
  466.         //如果有一个矩形包含此对象,则创建四个孩子节点  
  467.         if (cnt > -1)  
  468.         {  
  469.             for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  470.             {  
  471.                 //创建四个节点并插入相应的MBR  
  472.                 node->children[i] = InitQuadNode();  
  473.                 node->children[i]->Box = boxs[i];  
  474.             }  
  475.             node->nChildCount = 4;  
  476.             InsertQuad2(key,itemRect,node->children[cnt]);   //递归  
  477.         }  
  478.   
  479.         //如果都不包含,则直接将对象插入此节点  
  480.         if (cnt == -1)  
  481.         {  
  482.             if (node->nShpCount == 0)     //如果之前没有节点  
  483.             {  
  484.                 node->nShpCount += 1;  
  485.                 node->pShapeObj =   
  486.                     (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*node->nShpCount);  
  487.             }  
  488.             else if (node->nShpCount > 0)  
  489.             {  
  490.                 node->nShpCount += 1;  
  491.                 node->pShapeObj =   
  492.                     (SHPMBRInfo *)realloc(node->pShapeObj,  
  493.                     sizeof(SHPMBRInfo)*node->nShpCount);  
  494.             }  
  495.   
  496.             pShpInfo.Box = itemRect;  
  497.             pShpInfo.nID = key;  
  498.             memcpy(node->pShapeObj,  
  499.                 &pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo));  
  500.         }  
  501.     }  
  502.   
  503.     //当前节点没有空间对象  
  504.     /*else if (0 == node->nShpCount) 
  505.     { 
  506.         node->nShpCount += 1; 
  507.         node->pShapeObj =  
  508.             (SHPMBRInfo*)malloc(sizeof(SHPMBRInfo)*node->nShpCount); 
  509.  
  510.         pShpInfo.Box = itemRect; 
  511.         pShpInfo.nID = key; 
  512.         memcpy(node->pShapeObj,&pShpInfo,sizeof(SHPMBRInfo)); 
  513.     }*/  
  514. }  
  515.   
  516. bool IsQuadLeaf(QuadNode* node)  
  517. {  
  518.     if (NULL == node)  
  519.     {  
  520.         return 1;  
  521.     }  
  522.     for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  523.     {  
  524.         if (node->children[i] != NULL)  
  525.         {  
  526.             return 0;  
  527.         }  
  528.     }  
  529.   
  530.     return 1;  
  531. }  
  532.   
  533. bool DelFalseNode(QuadNode* node)  
  534. {  
  535.     //如果没有子节点且没有要素  
  536.     if (node->nChildCount ==0 && node->nShpCount == 0)  
  537.     {  
  538.         ReleaseQuadTree(&node);  
  539.     }  
  540.   
  541.     //如果有子节点  
  542.     else if (node->nChildCount > 0)  
  543.     {  
  544.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  545.         {  
  546.             DelFalseNode(node->children[i]);  
  547.         }  
  548.     }  
  549.   
  550.     return 1;  
  551. }  
  552.   
  553. void TraversalQuadTree(QuadNode* quadTree,vector<int>& resVec)  
  554. {  
  555.     QuadNode *node = quadTree;  
  556.     int i = 0;   
  557.     if (NULL != node)  
  558.     {  
  559.         //将本节点中的空间对象存储数组中  
  560.         for (i = 0; i < node->nShpCount; i ++)  
  561.         {  
  562.             resVec.push_back((node->pShapeObj+i)->nID);  
  563.         }  
  564.   
  565.         //遍历孩子节点  
  566.         for (i = 0; i < node->nChildCount; i ++)  
  567.         {  
  568.             if (node->children[i] != NULL)  
  569.             {  
  570.                 TraversalQuadTree(node->children[i],resVec);  
  571.             }  
  572.         }  
  573.     }  
  574.   
  575. }  
  576.   
  577. void TraversalQuadTree(QuadNode* quadTree,vector& arrNode)  
  578. {  
  579.     deque nodeQueue;  
  580.     if (quadTree != NULL)  
  581.     {  
  582.         nodeQueue.push_back(quadTree);  
  583.         while (!nodeQueue.empty())  
  584.         {  
  585.             QuadNode* queueHead = nodeQueue.at(0);  //取队列头结点  
  586.             arrNode.push_back(queueHead);  
  587.             nodeQueue.pop_front();  
  588.             for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  589.             {  
  590.                 if (queueHead->children[i] != NULL)  
  591.                 {  
  592.                     nodeQueue.push_back(queueHead->children[i]);  
  593.                 }  
  594.             }  
  595.         }  
  596.     }  
  597. }  
  598.   
  599. void ReleaseQuadTree(QuadNode** quadTree)  
  600. {  
  601.     int i = 0;  
  602.     QuadNode* node = *quadTree;  
  603.     if (NULL == node)  
  604.     {  
  605.         return;  
  606.     }  
  607.   
  608.     else  
  609.     {  
  610.         for (i = 0; i < 4; i ++)  
  611.         {   
  612.             ReleaseQuadTree(&node->children[i]);  
  613.         }  
  614.         free(node);  
  615.         node = NULL;  
  616.     }  
  617.   
  618.     node = NULL;  
  619. }  
  620.   
  621. long CalByteQuadTree(QuadNode* quadTree,long& nSize)  
  622. {  
  623.     if (quadTree != NULL)  
  624.     {  
  625.         nSize += sizeof(QuadNode)+quadTree->nChildCount*sizeof(SHPMBRInfo);  
  626.         for (int i = 0; i < 4; i ++)  
  627.         {  
  628.             if (quadTree->children[i] != NULL)  
  629.             {  
  630.                 nSize += CalByteQuadTree(quadTree->children[i],nSize);  
  631.             }  
  632.         }  
  633.     }  
  634.   
  635.     return 1;  
  636. }  


代码有点长,有需要的朋友可以借鉴并自己优化。

 

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