เปลือกนูนสัมพัทธ์

ในเรขาคณิตแบบไม่ต่อเนื่องและเรขาคณิตเชิงคำนวณขอบเขตนูนสัมพัทธ์หรือขอบเขตนูนเชิงจีโอเดสิกเป็นสิ่งที่เทียบเคียงได้กับขอบเขตนูนสำหรับจุดภายในรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายหรือเส้นโค้งปิดแบบง่ายที่สามารถหาความยาว ได้
คำนิยาม
อนุญาตให้ เป็นรูปหลายเหลี่ยมอย่างง่ายหรือเส้นโค้งปิดอย่างง่ายที่สามารถหาความยาวได้ และให้เป็นเซตใดๆ ที่ล้อมรอบด้วยเส้นทางจีโอเดสิกที่เชื่อมระหว่างสองจุดในคือเส้นทางที่สั้นที่สุดที่เชื่อมจุดสองจุดนั้นเข้าด้วยกัน โดยต้องอยู่ภายในขอบเขตที่กำหนดเท่านั้นเซตย่อยของจุดภายในกล่าวกันว่าเป็นรูปทรงนูนสัมพัทธ์รูปทรงนูนตามเส้นทางโค้งหรือ-นูนถ้าสำหรับทุกๆ สองจุดของเส้นทางจีโอเดสิกที่เชื่อมระหว่างพวกเขาทั้งสองในอยู่ภายในจากนั้นจะเป็นขอบนูนสัมพัทธ์ของสามารถนิยามได้ว่าเป็นจุดตัดของเซตที่นูนสัมพัทธ์ทั้งหมดที่ประกอบด้วย[ 1 ]
ในทำนองเดียวกัน ขอบเขตความนูนสัมพัทธ์คือรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายที่มี เส้นรอบรูปน้อยที่สุด ในที่ล้อมรอบนี่คือสูตรดั้งเดิมของขอบเขตนูนสัมพัทธ์โดยSklansky, Chazin & Hansen (1972) [ 2 ] อย่างไรก็ตามคำจำกัดความนี้มีความซับซ้อนเนื่องจากจำเป็นต้องใช้รูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายที่อ่อนแอ (โดยทั่วไปคือรูปหลายเหลี่ยมที่ขอบเขตของรูปหลายเหลี่ยมสามารถสัมผัสหรือทับซ้อนกันได้ แต่ไม่สามารถตัดกันได้) แทนที่จะใช้รูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายเมื่อมันถูกตัดขาด และส่วนประกอบต่างๆ ไม่สามารถมองเห็นกันได้ทั้งหมด
กรณีพิเศษ
เซตจำกัดของจุด
Toussaint (1986)ได้นำเสนออัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างโครงร่างนูนสัมพัทธ์สำหรับเซตจุดจำกัดภายในรูป หลายเหลี่ยม แบบง่าย[ 3 ]ด้วยการปรับปรุงขอบเขตเวลาสำหรับสองรูทีนย่อย การค้นหาเส้นทางที่สั้นที่สุดระหว่างจุดสอบถามในรูปหลายเหลี่ยม[ 4 ]และการสร้างสามเหลี่ยมของรูปหลายเหลี่ยม[ 5 ]อัลกอริทึมนี้ใช้เวลาบนอินพุตด้วยจุดในรูปหลายเหลี่ยมที่มีจุดยอด[ 4 ]นอกจากนี้ยังสามารถบำรุงรักษาแบบไดนามิกได้ในเวลาย่อยเชิงเส้นต่อการอัปเดต[ 6 ]
ขอบเขตความนูนสัมพัทธ์ของเซตจุดจำกัดนั้นจะเป็นรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายอย่างอ่อน เสมอ แต่ในความเป็นจริงแล้วมันอาจไม่ใช่รูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายก็ได้ เพราะบางส่วนของมันอาจเชื่อมต่อกันด้วยส่วนของเส้นตรงหรือเส้นทางรูปหลายเหลี่ยม แทนที่จะเป็นบริเวณที่มีพื้นที่ไม่เป็นศูนย์
รูปหลายเหลี่ยมอย่างง่าย
สำหรับขอบนูนสัมพัทธ์ของรูปหลายเหลี่ยมแบบง่าย สามารถใช้นิยามความนูนแบบอื่นที่เทียบเท่ากันได้ รูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายภายในรูปหลายเหลี่ยมธรรมดาอีกรูปหนึ่งมีความนูนค่อนข้างมากหรือ-นูน ถ้าทุกส่วนของเส้นตรงที่บรรจุอยู่ภายในที่เชื่อมต่อจุดสองจุดอยู่ภายใน. ขอบเขตความนูนสัมพัทธ์ของรูปหลายเหลี่ยมอย่างง่ายภายในสามารถนิยามได้ว่าเป็นจุดตัดของทั้งหมด-รูปหลายเหลี่ยมนูนที่ประกอบด้วยเนื่องจากมีขนาดเล็กที่สุด- รูปหลายเหลี่ยมนูนที่ประกอบด้วยหรือในรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายที่มีเส้นรอบรูปน้อยที่สุดที่บรรจุอยู่ภายในและถูกจำกัดโดย[ 1 ]
Klette (2010)ขยาย อัลกอริทึม เวลาเชิงเส้นสำหรับขอบนูนของรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายไปสู่ขอบนูนสัมพัทธ์ของรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายรูปหนึ่งภายในอีกรูปหนึ่ง อย่างไรก็ตาม อัลกอริทึมที่ขยายแล้วนี้ไม่ใช่เวลาเชิงเส้น ความซับซ้อนของเวลาขึ้นอยู่กับความลึกของการซ้อนของคุณลักษณะบางอย่างของรูปหลายเหลี่ยมรูปหนึ่งภายในอีกรูปหนึ่ง ในกรณีนี้ ขอบนูนสัมพัทธ์ก็คือรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายนั่นเอง[ 1 ]อัลกอริทึมเวลาเชิงเส้นทางเลือกที่อิงตามการวางแผนเส้นทางเป็นที่รู้จัก[ 7 ]
นิยามที่คล้ายกันนี้สามารถกำหนดให้กับขอบเขตความนูนสัมพัทธ์ของรูปหลายเหลี่ยมธรรมดาสองรูปที่แยกจากกันได้ ขอบเขตประเภทนี้สามารถใช้ในอัลกอริธึมสำหรับการทดสอบว่ารูปหลายเหลี่ยมทั้งสองสามารถแยกออกเป็นระนาบครึ่งที่ไม่ทับซ้อนกันได้หรือไม่โดยการเคลื่อนที่เชิงเส้นต่อเนื่อง[ 8 ]และในโครงสร้างข้อมูลสำหรับการตรวจจับการชนกันของรูปหลายเหลี่ยมที่เคลื่อนที่[ 9 ]
มิติที่สูงกว่า
นิยามของขอบเขตนูนสัมพัทธ์โดยอิงจากการปิดล้อมขั้นต่ำไม่ขยายไปถึงมิติที่สูงกว่า เนื่องจาก (แม้จะไม่ได้ถูกล้อมรอบด้วยรูปร่างภายนอก) พื้นที่ผิวปิดล้อมขั้นต่ำของเซตที่ไม่นูนโดยทั่วไปจะไม่นูน[ 7 ]อย่างไรก็ตาม สำหรับขอบเขตนูนสัมพัทธ์ของเซตที่เชื่อมต่อกันภายในเซตอื่น สามารถใช้นิยามที่คล้ายกับนิยามสำหรับรูปหลายเหลี่ยมแบบง่ายได้ ในกรณีนี้เซตที่นูนสัมพัทธ์สามารถกำหนดได้อีกครั้งว่าเป็นเซตย่อยของเซตภายนอกที่กำหนดซึ่งมีส่วนของเส้นตรงทั้งหมดในเซตภายนอกระหว่างจุดคู่ของมัน ขอบเขตนูนสัมพัทธ์สามารถกำหนดได้ว่าเป็นจุดตัดของเซตที่นูนสัมพัทธ์ทั้งหมดที่มีเซตภายใน[ 10 ]