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Analyse (Basisoperatoren (Transformation (Anwendung der homogenen…
Analyse
Basisoperatoren
Transformation
Anwendung der homogenen Koordinaten ->
Matrizenoperationen
Translation (tx,ty)
Skalierung (Diagonal)
Rotation (Rotationsmatrix)
Affine Transformation:
wichtige Werkzeuge
Metrik
Abstandsfunktion P(Q,P)
Punkt-Punkt
Punkt-Linie
Punkt-Fläche
Linie-Linie
Linie-Fläche
Fläche-Fläche
Eigenschaften
Idempotenz
Symmetrie
Dreicksungleichung
Einschub in Raster
4er-Nachbarschaft
8er-Nachbarschaft
homogene Koordinaten
#
Überführung in höhere Dimension: (x,y,t)
t: Skalierungsfaktor (1)
t = 0: in Unendlichen (Lagevergleich praktisch)
#
Lagevergleich
(Vektoren)
Punkt-Linie
det (P,P1,P2) >0 :
links
det (P,P1,P2) <0 :
rechts
det (P,P1,P2) =0:
auf
Linie-Linie
p1->p2 & p3->p4
det(P1,P3,P4)
det(P2,P3,P4) <0
und
:!:
det (P3,P1,P2)
det(P4,P1,P2) <0
Linie-Fläche
Clipping
(Algorithmen nach
Cohen-Satherland
)
Bit-Code: (0 &1)
y> y(max)
y< y(min)
x >x(max)
x<x(min)
Entscheidung
ein Bit von Anfang&Ende =1:
außerhalb
Anfang=0000, Ende=0000,
innerhalb
Anfang = 0000
oder
Ende= 0000:
schneiden
Anfang&Ende =0000 : muss geprüft werden
Anfang&Ende: bitweise "und": 1+1 = 1,0+1=0
Punkt-Fläche
Point-in-Polygon Test
Grobtest
MUR / andere Möglichkeiten (Punkt-Linie-Verhältnis)
schnell durchführbar
Feintest
Theorie
Jordan
:
Gerade vom zuprüfenden Punkt zu einem beliebigen Punkt außerhalb des Polygons
Schnitte berechnen (
det)
Anzahl der Schnitte bestimmen:
gerade: außerhalb; ungerade: innerhalb
Raster-GIS
Vektor-Raster Konvertierung
(Vektordaten -> Rasterbildschirm )
Bedeutung: Analyse in Rasterwelt sehr einfach
Variante 1: 1:1 Darstellung zu Bildschirmspeicher
Variante 2: die graphische Elemente steht direkt im Speicher
(z.B Start/Endpunkt, Farbwert)
Prozess:
Weltkoordinaten -> Bildschirm-koordinaten -> Startadresse
Raster-Vektor Kovertierung
Vorverarbeitung
#
Dilation
(vergrößert Objekte und füllt Konkavitäten auf)
Erosion
(verkleinert Objekte und trägt kleine Vorsprünge ab)
Closing
: Dilation -> Erosion
(glättende Funktion)
Opening
: Erosion -> Dilation
(eliminiert Rauschen)
Prozess
#
linienhafte Objekte
Skelettierung
-> Konvertierung
Test auf Skelett:
lösche es, ob der Objektzusammenhang bleibt?
ja: kein Skelett, nein: Skelett
flächenhafte Objekte
"Aushöhlen"
(挖) -> Konvertierung
Operationen im Rasterbereich
#
Lagevergleich
Linienglättung
Probleme bei Analyse
Daten aus unterschiedlichen Maßstäben
Polygone haben zu viele Zwischenpunkte
Analyse zu langsam und unübersichtlich
Methoden
Punktverfahren
Auslassen von Punkten (alle n-te Punkte)
Vorteile
: einfach und schnell
Reduktionsgrad direkt berechbar
Nachteile
: Richtungsabhängig
wichtige Details können wegfallen
lokales Verfahren
Distanzverfahren (Kreis)
Pfeilhöhe-Verfahren
Vorteile
: einfach, lokale Charakteristiken bleiben erhalten
Nachteile
:nicht global
geht nur alle zwei Punkte(ungünstig für große Datenvolumen) muss mehrfach angewandt werden
Reumann-Witkam-Algorithmus:
Vorteile
: ausgedehnter Suchbereich, bessere Betrachtung der Linien-Charakteristiken
Nachteile
: aufwendige Berechnung & Implementierung
globales Verfahren
Douglas-Peucker-Verfahren
Vorteile
: beste Erhaltung lokaler/globaler Charakteristiken
rekursives Verfahren: kompakt und effektiv
Nachteile
: aufwendige Berechnung
mathematische Funktionen
in
Polynome
approximieren
andere Möglichkeiten
Splines: Stützpunkte, Änderung beeinflusst nur Nachbarpunkte
Bezier-Kurven: gehen nicht durch alle Punkte
Dreieckverrmaschung und Interpolation
Dreieckvermaschung
Brute Force
Vorteile
: einfach zu interpolieren
Nachteile
: Zeitkomplexität O(n^2)
Lösung nicht unbedingt optimal
Delauney-Triangulation
#
Suchstrahlungalgorithmus
Reorganisation(Flipping)
Eigenschaften
der kleinste Winkel ist möglich groß (kein spitzwinklig)
Innerhalb des Umkreises durch die 3 Punkte jeden Dreiecks befindet sich kein weiterer Punkt
zusätzliche Punkte einfügen: beeinflusst nur
lokal
spezifische Wünsche(Bruchkanten):
Zwangsbedingung
hinzufügen
Voronoi-Diagramm
Orte & Kante
(identischer Abstand)
Anwendungen:
Nearest Neighbour Search
Facility location setting
3.Largest City Circle
4.Path planning
Interpolation
Dreieck
Polynomansatz:
T(u,v) = u
P + v
Q + (1-u-v)*R
Rechteck
Zerlegung in zwei Dreiecken
bilineare Interpolation
z=A_00 (1-dy)(1-dx)+A_01 (1-dy)dx+A_10 dy(1-dx)+A_11 dxdy
WICHTIG
: dx,dy [0,1] :warning:
bessere Interpolation(Approximation),
geringerer Rechenaufwand
Richtung der Linie wichig! :warning:
Schnitt
duales Verfahren
(kann voneinander überführt werden)
Delauney-Dreieck = Knoten in Voronoi
Orte in Voronoi = Knote in Delauney-Dreieck
keine inverse Operation :!:
Vergleich
gesamter Prozess:
Vorverarbeitung -> Konvertierung -> Linienglättung