三角剖分定义
定义:三角剖分:假设V是二维实数域上的有限点集,边e是由点集中的点作为端点构成的封闭线段, E为e的集合。那么该点集V的一个三角剖分T=(V,E)是一个平面图G,该平面图满足条件:
1.除了端点,平面图中的边不包含点集中的任何点。
2.没有相交边。
3.平面图中所有的面都是三角面,且所有三角面的合集是散点集V的凸包。
Delaunay边:
存在一条边e属于E,且经过该边的两个端点a,b有一个圆,园内(注意是圆内,圆上最多三点共圆) 不含点集V中任何其它的点,这样的边称为Delaunay边。
Delaunay三角剖分:
如果点集V的一个三角剖分T只包含Delaunay边,那么该三角剖分称为Delaunay三角剖分。
Delaunay三角剖分的准则:
1、空圆特性:Delaunay三角网是唯一的(任意四点不能共圆),在Delaunay三角形网中任一三角形的外接圆范围内不会有其它点存在。
2、最大化最小角特性:在散点集可能形成的三角剖分中,Delaunay三角剖分所形成的三角形的最小角最大。具体的说是指在两个相邻的三角形构成凸四边形的对角线,在相互交换后,六个内角的最小角不再增大。
Delaunay三角剖分的特性
1.最接近:以最近临的三点形成三角形,且各线段(三角形的边)皆不相交。
2.唯一性:不论从区域何处开始构建,最终都将得到一致的结果。
3.最优性:任意两个相邻三角形形成的凸四边形的对角线如果可以互换的话,那么两个三角形六个内角中最小的角度不会变大。
4.最规则:如果将三角网中的每个三角形的最小角进行升序排列,则Delaunay三角网的排列得到的数值最大。
5.区域性:新增、删除、移动某一个顶点时只会影响临近的三角形。
6.具有凸多边形的外壳:三角网最外层的边界形成一个凸多边形的外壳。
局部最优化处理:
理论上为了构造Delaunay三角网一般三角网经过LOP(Local Optimization Procedure)处理,即可确保成为Delaunay三角网。
其基本做法如下 :
1.将两个具有共同边的三角形合成一个多边形。
2.以最大空圆准则作检查,看其第四个顶点是否在三角形 的外接圆之内。
3.如果在,修正对角线即将对角线对调,即完成局部优化过程的处理。
Delaunay剖分的算法
——Lawson算法
Lawson算法
原理:首先建立一个大的三角形或多边形,把所有数据点包围起来,向其中插入一点,该点与包含它的三角形三个顶点相连,形成三个新的三角形,然后逐个对它们进行空外接圆检测,同时用 LOP进行优化,来保证所形成的三角网为Delaunay三角网。
优点:理论严密、唯一性好,网格满足空圆特性,较为理想。由其逐点插入的构网过程可知,遇到非Delaunay边时,通过删除调整,可以构造形成新的Delaunay边。
缺点:在实际应用当中,这种构网算法当点集较大时构网速度也较慢,如果点集范围是非凸区域或者存在内环,则会产生非法三角形。
Lawson算法的基本步骤是:
1、构造一个超级三角形,包含所有散点,放入三角形链表。
2、将点集中的散点依次插入,在三角形链表中找出其外接圆包含插入点的三角形(称为该点的影响三角形),删除影响三角形的公共边,将插入点同影响三角形的全部顶点连接起来,从而完成一个点在Delaunay三角形链表中的插入。
3、根据优化准则对局部新形成的三角形进行优化。将形成的三角形放入Delaunay三角形链表。
4、循环执行上述第2步,直到所有散点插入完毕。