一种三维空间复合体对象间拓扑关系的分析方法技术

本发明专利技术公布了一种三维空间复合体对象间拓扑关系的分析方法，本发明专利技术所述方法包括：输入第一复合体对象Ｂ↓［１］和第二复合体对象Ｂ↓［２］；将第一复合体对象Ｂ↓［１］分解为ｎ个基本体对象，将第二复合体对象Ｂ↓［２］分解为ｍ个基本体对象；求出基本体对象之间的拓扑关系；采用复合的方法分析推导得出第一复合体对象Ｂ↓［１］的基本体对象与第一复合体对象Ｂ↓［２］间的拓扑关系；采用复合的方法推导得出第一复合体对象Ｂ↓［１］和第二复合体对象Ｂ↓［２］之间的９交拓扑关系。本发明专利技术具有良好的拓扑健壮性，适用对象广，拓扑分析能力强，灵活高效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，主要用于分析三维空间 复合体对象间的拓扑关系，属于计算机图形学领域。
技术介绍
三维空间对象间存在着多种关系，如度量关系、顺序关系、拓扑关系等，其中最为有 用的是拓扑关系，拓扑关系是指拓扑变换(平移、縮放、旋转)下的不变量，如空间对象 间是否相离、相离或相交等。拓扑关系是最基本的空间关系，它体现了空间实体在空间上 的一种不依赖于几何形变的内在联系。拓扑关系的计算在地理信息系统(GIS)中尤为重要， 有无拓扑关系的计算、建立与分析，被认为是GIS的重要特征之一。拓扑关系在空间信息 查询、提高空间信息输入的准确性等多方面都有重要的应用。体对象是三维空间中最为常见的一类空间对象，典型的如云团、煤层、城市建筑等都 可抽象为空间多面体。体对象间的拓扑分析在很多领域如军事、气象、交通等都具有重要 的应用价值。因此具有空间分析能力的系统必须提供对三维空间体对象的支持。由于三维空间对象的复杂，开放地理空间协会(open geometric consortium, OGC)和国 际标准化组织ISO只提出了二维点、线、面之间必须实现的拓扑分析操作，至今尚未对三 维空间体对象间的分析有明确的要求。因此现有系统都定义了各自的实现，有着不同的针 对性。三维空间地理信息系统如ESRI公司的Imagine VisualGIS、适普公司的IMAGIS等仅 能解决三维空间体对象的表示问题，而尚不具备三维空间拓扑分析能力。具备一定空间数 据存储能力的一些数据库系统如Oracle spatial、 PostGIS等仅实现了二维空间对象的存储与 拓扑分析能力，对三维空间对象特别是体对象并不提供支持。现在也已有了一些商业的和 开源的用于拓扑分析操作的计算几何程序库，如LEDA、 CGAL、 ERIT等，但仅能分析得 出空间体对象是否相交，而无法得出其他更为详细的拓扑关系，无法分析更为复杂的空间 体对象间的拓扑关系。文献提出了一套名为ERIT (efficient and reliable intersection tests)拓扑分析程序库，它实现了包括判断线段、三角形、圆柱体等三维空间对象之间相交与否的 基本拓扑分析操作，被应用于碰撞检测。但该算法只能在己知 空间对象类型的情况下，充分考虑其所具有的几何性质，如事先确定球体的中心、半径， 圆柱体的中轴线等，再进行相交关系的判断。因此仅能分析简单空间对象间的拓扑关系， 无法对复杂体对象间拓扑关系进行分析。文献提出了利用选择 Nef复形(selective Nef complex)进行三维空间体对象布尔操作的算法，它采用选择Nef 复形表示的Nef多面体进行空间体对象间的布尔操作，如交、并、补等。但该方法三维分 析能力不足，仅能判断是否相交或相离等简单拓扑关系，缺乏对复杂拓扑关系的表达能力。总体来看，当前国内外对三维空间体对象特别是复杂三维空间体对象之间的拓扑关系 分析研究得较少，缺乏成熟的系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种三维空间复合体对象间 拓扑关系的分析方法。本专利技术，其特征在于包含以下步骤步骤1)输入2个复合体对象即第一复合体对象A和第二复合体对象52;步骤2)将步骤1所述的2个复合体对象分别分解为多个基本体对象；步骤3)将步骤2所述的基本体对象经过均衡分层得到构成第一复合体对象&的基本体对象与构成第二复合体对象&的基本体对象之间的拓扑关系步骤4)将步骤3所述的构成第一复合体对象&的基本体对象经过对象复合得到每个 构成第一复合体对象A的所有基本体对象与第二复合体对象&间的拓扑关系；步骤5)采用步骤3与步骤4所述的拓扑关系经过复合得到步骤1所述的2个复合体对 象之间的9交拓扑关系。本专利技术提出的复合体对象之间的拓扑分析方法，与现有的其他典型拓扑分析方法相比 主要具有以下3个优点(1) 适用对象广。本专利技术方法通过点、线、面和体等描述空间对象，不仅能对基本空 间体对象进行拓扑分析，还能推导得出由基本体空间对象构成的复合空间体对象之间的拓 扑关系，拓扑关系分析能力强。(2) 拓扑分析能力强。本专利技术方法能得出用9交拓扑关系编码表示的具体结果，如5j 与仄之间为包含关系(R179)，它们边界之间、边界与内部、外部与边界、外部与内部相 交为空，内部之间、内部与边界、外部之间、边界与外部、内部与外部相交不为空，因此 能分析空间体对象间更为复杂的的拓扑关系。(3)灵活高效性。本专利技术方法的实现在底层使用了诸如判断二维空间点与面、三维空 间点与体、以及判断点线面共面与否等子操作，不依赖于任何一种具体算法，因此可以根 据具体情况采用各种高效的拓扑分析算法如均衡分层法或平面扫描算法等以求解。附图说明图1是进行复合体对象拓扑分析的流程示意图。图2是已知基本体对象间拓扑关系，进行基本体对象与复合体对象拓扑分析的流程示 意图。图3是已知基本体对象与复合体对象间拓扑关系，进行复合体与体拓扑分析推理方法 的流程示意图。图4是一个具体实例结构图。具体实施例方式对拓扑关系的表达可采用9交模型，但由于9交模型本身包含多种可能的拓扑关系， 且没有对空间对象进行约束，因此存在冗余情况。为简化9交模型对拓扑关系的讨论，分 析复合空间对象之间的拓扑关系，以下定义4种基本空间对象，在此基础上给出复合三维 空间体对象之间的拓扑关系分析方法。基本点 一个三维空间中的基本点对象p由单个的点(x,少,z)所构成，对应于Realms点 对象。点集拓扑学中将点对象的边界表示为空集。基本线段 一条三维空间中的线段对象/表示由一对点^、 p2连接而成的线段，对应 于Realms线段对象。其边界为^、 p2， /中除点/n、"的部分构成内部。基本面 一个三维空间中的面对象r表示由一组邻接的线段对象仏，/2, ...， / }所围成的 凸多边形，对应于Realms圈对象。其边界为仏，/2, ...，/ }，包围部分构成基本面对象内部。基本体 一个三维空间中的体对象6表示由一组邻接的面对象的集合(n,r2， ...，r")所包 围形成的凸多面体，对应于Realms实体对象。其边界为(n, O,...， }，包围的部分构成基 本体对象内部。为了拓扑关系表达的方便，空间对象间的拓扑关系采用9交关系编码表示。 9交关系编码按照9交模型的表示方法，设空间对象^4和5， X。、 &4、 i分别表示^的内部、边界和外部，对9个交集按如下顺序排序a4n朋、爿。nw、 a4nw、爿。n朋、才 门万-、jns万、,n"。、 a4ns-和」。门s-。如果相交结果不为空集，则记为i，否则记为o。再将其转为十进制数，称为该拓扑关系的9交关系编码。 每种9交关系编码都代表一种拓扑关系，如R031表示9交关系组合。用9交关系编码表示的空间拓扑关系可根据具体情况用一个拓扑关系名进行表述，如线与体之间9交关系编码R031表示线与体之间的拓扑关系为相离关系(DISJOINT)。三维空间对象间 的任何一种拓扑关系既可以用关系名表示，也可以直接用其对应的9交关系编码表示。基本体对象最后共得到了 8种可能的拓扑关系，用9交拓扑编码分别表示为R031， R287、 R179和R435， R220和R4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维空间复合体对象间拓扑关系的分析方法，其特征在于包含以下步骤：　步骤１）输入２个复合体对象即第一复合体对象Ｂ↓［１］和第二复合体对象Ｂ↓［２］；　步骤２）将步骤１所述的２个复合体对象分别分解为多个基本体对象；　步骤３ ）将步骤２所述的基本体对象经过均衡分层得到构成第一复合体对象Ｂ↓［１］的基本体对象与构成第二复合体对象Ｂ↓［２］的基本体对象之间的拓扑关系：　步骤４）将步骤３所述的构成第一复合体对象Ｂ↓［１］的基本体对象经过对象复合得到每个构成第一复 合体对象Ｂ↓［１］的所有基本体对象与第二复合体对象Ｂ↓［２］间的拓扑关系；　步骤５）采用步骤３与步骤４所述的拓扑关系经过复合得到步骤１所述的２个复合体对象之间的９交拓扑关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦小麟，张骏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]