65
Введение в Введение в компьютерные методы компьютерные методы метрико-топологических метрико-топологических построений. построений. Г.Г.Рябов (МГУ) Г.Г.Рябов (МГУ) 2007г 2007г

Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

  • Upload
    baxter

  • View
    68

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений. Г.Г.Рябов (МГУ) 2007г. Современная вычислительная среда. Глобальная модель циркуляции «атмосфера-океан»(М ITcgm)-10 7 -10 9 узлов ( кубов). Обтекание «Аэробуса»-10 7 тетраэдров. Биотомограф-1000х1000х1000(10 9 ) вокселов. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Введение в компьютерные Введение в компьютерные методы метрико-методы метрико-

топологических построений.топологических построений.

Г.Г.Рябов (МГУ)Г.Г.Рябов (МГУ)2007г 2007г

Page 2: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Современная вычислительная Современная вычислительная среда.среда.

Глобальная модель циркуляции «атмосфера-Глобальная модель циркуляции «атмосфера-океан»(Мокеан»(МITcgm)-10ITcgm)-1077-10-1099 узловузлов((кубов).кубов).

Обтекание «Аэробуса»-10Обтекание «Аэробуса»-1077 тетраэдров. тетраэдров. Биотомограф-1000х1000х1000(10Биотомограф-1000х1000х1000(1099)) вокселов.вокселов. Фармацевтика- триангуляция молекулярной Фармацевтика- триангуляция молекулярной

поверхности-10поверхности-1077.. Перколяционные задачи- решетка 10Перколяционные задачи- решетка 1099.. Архитектура и строительство -минимальные Архитектура и строительство -минимальные

поверхности.поверхности. Научно-техническая визуализация -Научно-техническая визуализация -101077-10-1088

треугольников.треугольников.

Page 3: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Геометрико - топологические Геометрико - топологические особенности.особенности.

Меры по сохранению устойчивости Меры по сохранению устойчивости решениярешения((число и геометрия тетраэдров).число и геометрия тетраэдров).

Проведение оперативных преобразований Проведение оперативных преобразований среды.(кластеризация и разбиениесреды.(кластеризация и разбиение для для распараллеливания вычислений).распараллеливания вычислений).

Сохранение при преобразованиях Сохранение при преобразованиях топологических инвариантов и заданных топологических инвариантов и заданных геометрических отношений(тел).геометрических отношений(тел).

Page 4: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Digital geometry and topologyDigital geometry and topologyDiscrete differential geometryDiscrete differential geometry

США ( США ( MIT, Caltech, Stanford)MIT, Caltech, Stanford) Франция(Франция(INRIA)INRIA) ГерманияГермания (Un.Gumbold) (Un.Gumbold) Швеция (Швеция (Un.Upsala)Un.Upsala) ВенгрияВенгрия (Un.Seged) (Un.Seged) Нов.ЗеландияНов.Зеландия (Un.Oakland) (Un.Oakland) Япония (Япония (Un.Chiba)Un.Chiba)

Page 5: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений
Page 6: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Комбинаторная топология.Комбинаторная топология. Конечный Конечный

элемент-симплекс.элемент-симплекс. Комплекс –Комплекс –

множество множество правильно правильно расположенных расположенных симплексов.симплексов.

Звездный полиэдр-Звездный полиэдр-окрестность.окрестность.

Преобразование Преобразование комплексов -сумма комплексов -сумма допустимых допустимых преобразований преобразований звездных звездных полиэдров.полиэдров.

Page 7: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Целые точки и простые ребра.Целые точки и простые ребра. Симплексы с Симплексы с

вершинами в целых вершинами в целых точках и простыми точках и простыми ребрами (не имеющими ребрами (не имеющими внутренних целых внутренних целых точек).точек).

Модельные множества Модельные множества ((ZZnn, Up), n-, Up), n-размерность размерность пространства, пространства, p-p-норма норма простых ребер(простых ребер(p=max p=max IIxxiiII;i=1-n);i=1-n)..

Основные построения Основные построения для для n=3,4,5,6 ; p=1;n=3,4,5,6 ; p=1;

Page 8: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Основная последовательность Основная последовательность базисных построений.базисных построений.

Построение однородных звездчатых Построение однородных звездчатых полиэдров (стереоэдров) на простых полиэдров (стереоэдров) на простых симплексах.симплексах.

Покрытие такими полиэдрами всего Покрытие такими полиэдрами всего пространства(нормальное,правильное пространства(нормальное,правильное разбиение).разбиение).

Определение симплициальных Определение симплициальных комплексов.комплексов.

Аналоги гомотопных преобразований на Аналоги гомотопных преобразований на комплексах-преобразования на граничных комплексах-преобразования на граничных зв.полиэдрах (гомотопные волны).зв.полиэдрах (гомотопные волны).

Page 9: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

(Z(Z22, U, U11) ) и все 6 типов 2и все 6 типов 2d d зв.полиэдров зв.полиэдров

Page 10: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Перестройки разбиения - выделение Перестройки разбиения - выделение параллелограммов и замена диагоналей.параллелограммов и замена диагоналей.

Page 11: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Двоичный код-инвариант при перестройках Двоичный код-инвариант при перестройках

1-го типа (диагональ-диагональ)1-го типа (диагональ-диагональ)

Page 12: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Классификация Классификация типов зв. полиэдров.типов зв. полиэдров.

1.Транслируемые.1.Транслируемые.

22.Конгруэнтные..Конгруэнтные.

33.Парнотранслируемые..Парнотранслируемые.

Page 13: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Перечисление всех неконгруэнтных Перечисление всех неконгруэнтных триангуляций куба.триангуляций куба.

Любая триангуляция на Любая триангуляция на вершинах куба порождает вершинах куба порождает диагональное разбиение диагональное разбиение граней куба.граней куба.

Каждому разбиению Каждому разбиению соответствует вектор степеней соответствует вектор степеней вершин (инцидентных вершин (инцидентных диагоналей).диагоналей).

Разные векторы-Разные векторы-неконгруэнтные триангуляции.неконгруэнтные триангуляции.

v1-1,v2-1,v3-2,v4-2,v5-3,v6-1, v1-1,v2-1,v3-2,v4-2,v5-3,v6-1, v7-0,v8-2;v7-0,v8-2;

(1,3,3,1)(1,3,3,1)

Page 14: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Диофантовы уравнения.Диофантовы уравнения. i-i-число диагоналей сходящихся к вершине.число диагоналей сходящихся к вершине. xxii--число вершин с число вершин с i i сходящимися сходящимися

диагоналямидиагоналями.. ΣΣ x xii =8; i=0-3; =8; i=0-3; ΣΣ i x i xii=12; i=0-3; =12; i=0-3; Решения: (2Решения: (2,2,2,2);(0,6,0,2); (1,3,3,1); ,2,2,2);(0,6,0,2); (1,3,3,1);

(2,0,6,0);(4,0,4,0);(0,4,4,0); (2,0,6,0);(4,0,4,0);(0,4,4,0);

Page 15: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Все типы неконгруэнтных Все типы неконгруэнтных триангуляций куба.триангуляций куба.

(0,6,0,2) (2,0,6,0) (1,3,3,1) (2,2,2,2) (4,0,0,4)(0,6,0,2) (2,0,6,0) (1,3,3,1) (2,2,2,2) (4,0,0,4)

Page 16: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Решение (0,4,4,0) не соответствует Решение (0,4,4,0) не соответствует никакой триангуляции.никакой триангуляции.

Ни при какой Ни при какой диагонали диагонали внутри куба внутри куба невозможно невозможно правильное правильное разбиение на разбиение на пирамиды.пирамиды.

Page 17: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Все 3Все 3dd звездчатые полиэдры (4 звездчатые полиэдры (4 типа симплексов) на (типа симплексов) на (Z3,V1)Z3,V1)..

Page 18: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Разбиение кубов проекциями-Разбиение кубов проекциями-транслируемая полиэдризация транслируемая полиэдризация RR33..

Разбиение Разбиение единичного единичного куба на 6 куба на 6 тетраэдров-тетраэдров-симплексов.симплексов.

Page 19: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Ребра и грани вокруг (0,0,0)Ребра и грани вокруг (0,0,0) Трансляция Трансляция

построений построений во все кубы во все кубы R3R3..

Звездный Звездный полиэдр для полиэдр для (0,0,0)(0,0,0)

Page 20: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

CCтруктура полиэдра.труктура полиэдра. 24 симпплекса 24 симпплекса

внутри внутри транслируемогтранслируемого звездного о звездного полиэдра.полиэдра.

Объем Объем полиэдра полиэдра V=24x1/6=4.V=24x1/6=4.

Page 21: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Транслируемый 3Транслируемый 3dd звездчатый полиэдр звездчатый полиэдр MSPMSP..

Кубододекаэдр-Кубододекаэдр-14,36,24.14,36,24.

Вершин-15 (1+14)Вершин-15 (1+14) Ребер- 50(14+36)Ребер- 50(14+36) Граней-48(24+24)Граней-48(24+24) 33d cd cимплексовимплексов-24-24 Объем=4Объем=4 Строго выпуклый Строго выпуклый

(по Малеру)(по Малеру)

Page 22: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Дуальный полиэдр.Дуальный полиэдр.

Page 23: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Построение транслируемых Построение транслируемых nd-nd-полиэдров как полиэдров как отображение отображение RRnn на подпространства.на подпространства.

Page 24: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Транслируемый 4Транслируемый 4d d зв. полиэдр.зв. полиэдр.

Два полярных Два полярных 44d d куба с куба с одной общей одной общей вершиной и вершиной и доп. ребрами.доп. ребрами.

Page 25: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Структура Структура n-n-куба.куба. ff(I(Inn)=(f)=(f00,f,f11,f,f22,…f,…fn-1n-1,f,fnn) – ) –

вектор граней.вектор граней. ff00--число вершинчисло вершин;; ff11--число реберчисло ребер;; ff22--число квадратовчисло квадратов;; ff33--число кубовчисло кубов;;…… ffnn-I-Inn;; ffkk=C(n,k)2=C(n,k)2n-kn-k;; f(If(I44)=(16,32,24,8,1);)=(16,32,24,8,1);

Page 26: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Характеристика Эйлера-ПуанкареХарактеристика Эйлера-Пуанкаре

Формула Эйлера:В-Р+Г=2Формула Эйлера:В-Р+Г=2 Топологический инвариантТопологический инвариант χχ=f=f00-f-f11+f+f22-f-f33+…+(-1)+…+(-1)n-1n-1ffn-1n-1;;

Page 27: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Треугольник и пирамида Паскаля.Треугольник и пирамида Паскаля.

Треугольник Треугольник C(x,y)=C(x-1,y)+C(x,y-1);C(0,0)=1;C(x,y)=C(x-1,y)+C(x,y-1);C(0,0)=1; Пирамида Пирамида V(x,y,z)=V(x-1,y,z)+V(x,y-1,z)+V(x,y,z-1); V(0,0,0)=1;V(x,y,z)=V(x-1,y,z)+V(x,y-1,z)+V(x,y,z-1); V(0,0,0)=1;

Page 28: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Триномиальные коэффициенты.Триномиальные коэффициенты. ((a+b+c)a+b+c)nn

V(n,k,l)aV(n,k,l)allbbkkccn-k-ln-k-l

l=x;k=y;n=x+y+z;l=x;k=y;n=x+y+z;

V(n,k,l)= n!/l!k!(n-k-l)!V(n,k,l)= n!/l!k!(n-k-l)! ΣΣ V(n,k,l)=C(n,k)2 V(n,k,l)=C(n,k)2n-kn-k; ;

l=1-(n-k);l=1-(n-k); ΣΣV(n,k,l)=fV(n,k,l)=fkk;; (16,32,24,8)(16,32,24,8)

Page 29: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Кодирование Кодирование kk-граней.-граней. Каждой Каждой kk-грани -грани

соответствует соответствует кратчайший путь кратчайший путь по решетке в по решетке в вершину слоя вершину слоя n c n c y=k;y=k;

Каждый путь Каждый путь кодируется кодируется троичным кодомтроичным кодом.. {0,1,2}{0,1,2}

Page 30: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Кодировка Кодировка II44

0000 0000 в 0001 в 0002 р 0010 в 0011 в 0012 рв 0001 в 0002 р 0010 в 0011 в 0012 р 0020 р 0021 р 0022 к 0100 в 0101 в 0102 р0020 р 0021 р 0022 к 0100 в 0101 в 0102 р 0200 р 0201 р 0202 к 0210 р 0211 р 0212 к0200 р 0201 р 0202 к 0210 р 0211 р 0212 к 0220 к … 2220 г 2221 г 2222 0220 к … 2220 г 2221 г 2222 II44

Вершины- традиционная кодировка.Вершины- традиционная кодировка. Ребра- коды с одной «двойкой»Ребра- коды с одной «двойкой» К-грани- с к «двойками»К-грани- с к «двойками»

Page 31: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Геометрическая интерпретацияГеометрическая интерпретация

Код 2120Код 2120 Ребра 0020 и Ребра 0020 и

2000 2000 -> -> грань грань 20202020

Грань 2020 Грань 2020 транслируется транслируется из (0000) в из (0000) в (0100)(0100)

Page 32: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Генерация примитивной Генерация примитивной триангуляции (путевые симплексы)триангуляции (путевые симплексы)

Симметрическая Симметрическая группа подстановок группа подстановок SSnn..

ssi i € S€ Snn 11 2 2 3 …3 … n n aai1 i1 aai2i2 a ai3i3… a… ainin eeai1ai1, e, eai1ai1+e+eai2ai2, ,

eeai1ai1+e+eai2ai2+e+eai3ai3,… ,… --последовательные последовательные вершины симплексавершины симплекса

Рис. -Рис. -> 1 2 4 3> 1 2 4 3

Page 33: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Примитивная триангуляция Примитивная триангуляция II44.. 24 c24 cимплекса имплекса

могут быть могут быть закодированы закодированы 5-ью 5-ью двоичными двоичными разрядами.разрядами.

Page 34: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

3d 3d звезда-полиэдр и ее симплексы.звезда-полиэдр и ее симплексы.

Вклад кубов (по числу симплексов) из 8 октантов, Вклад кубов (по числу симплексов) из 8 октантов, содержащих (000). содержащих (000).

Page 35: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Симплициальная структура Симплициальная структура транслируемого транслируемого ndnd звезды-полиэдра звезды-полиэдра

W(k)-W(k)-число число симплексов с симплексов с вершиной вершиной r=kr=k

S(k)-S(k)-число число n-n-кубов с кубов с вершиной вершиной r=k r=k в в (00…0)(00…0)

W(k)=k!(n-k)!;W(k)=k!(n-k)!; S(k)=C(n,k);S(k)=C(n,k); S=S=ΣΣ W(k)S(k)= W(k)S(k)=

(n+1)!;(n+1)!; V(P)=n+1;V(P)=n+1;

Page 36: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Кодирование симплексов .Кодирование симплексов . 1234,1243,1324,1342,1423,1432,1234,1243,1324,1342,1423,1432, 0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5 2134,2143,2314,2341,2413,2431,2134,2143,2314,2341,2413,2431, 5 7 8 9 10 115 7 8 9 10 11 3124,3142,3214,3241,3412,3421,3124,3142,3214,3241,3412,3421, 12 13 14 15 16 1712 13 14 15 16 17 4123,4132,4213,4231,4312,43214123,4132,4213,4231,4312,4321 18 19 20 21 22 2318 19 20 21 22 23 aa00 n!+a n!+a11(n-1)!+…+a(n-1)!+…+an-2n-2 2!+a 2!+an-1n-1 1!= 1!=№№; a; akk<k+1;<k+1;

21=(321=(3,1,1) -> 4231,1,1) -> 4231:3+1=4, 1+1=2-ая из :3+1=4, 1+1=2-ая из ост.ост. -> ->2, 2, 1+1=2-ая из ост.1+1=2-ая из ост.->3; ->3; и ост.1и ост.1

Page 37: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Транслируемые звездчатые Транслируемые звездчатые nd-nd-полиэдрыполиэдры..

22d 3d 4d 5d d 3d 4d 5d 6d 6d 7d 7d

ВВ 6 14 6 14 30 30 62 62 126 126 254254

S 6 24 120 720 5040 40320S 6 24 120 720 5040 40320

V 3 4 V 3 4 5 5 66 7 7 88

Page 38: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Гомотопные расширения и Гомотопные расширения и сжатия комплексов-сумма сжатия комплексов-сумма

преобразований преобразований MSP MSP на границе на границе комплексов. комплексов.

Топологический контроль-проверка Топологический контроль-проверка связности в связности в MSPMSP до и после до и после преобразования.преобразования.

Для общего 3Для общего 3d d случаяслучая объем вычислений объем вычислений Q~Q~ NN33xxVVxxEExxNN ((длядля N N =10=1033 Q= Q= 10101414 памятьпамять MM== 100Г100Гb b ))

Для топол. процессора Для топол. процессора Q=Q=101011 11 M=M=11ГГbb

Page 39: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Допустимые преобразования без Допустимые преобразования без склеек и разрывов.склеек и разрывов.

Расширение Расширение «желтого» «желтого» без склеек и без склеек и разрывов разрывов «желтого» и «желтого» и «красного» «красного» зависит зависит только от только от ситуации в ситуации в «выколотом» «выколотом» зв.полиэдре.зв.полиэдре.

Page 40: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Анализ связности множествАнализ связности множеств М1 и М2 на границе полиэдра. М1 и М2 на границе полиэдра.

М1 на границе М1 на границе несвязно.несвязно.

М2 на границе М2 на границе связно.связно.

Если переход Если переход (000) в М1, то (000) в М1, то М1 и М2 М1 и М2 связны- связны- изменения в изменения в связностях связностях недопустимы!недопустимы!

Page 41: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Три Три 2d 2d комплексакомплекса

Page 42: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Расширение черного.Расширение черного.

Page 43: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Расширение черного.Расширение черного.

Page 44: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Сжатие черного.Сжатие черного.

Page 45: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Приближение к евклидовой Приближение к евклидовой метрике на метрике на ZnZn..

Метрика на ребрах звездчатых Метрика на ребрах звездчатых полиэдров (многогранная полиэдров (многогранная метрика) далека от евклидовой.метрика) далека от евклидовой.

Расширить множество простых Расширить множество простых ребер (увеличить норму) в ребер (увеличить норму) в зависимости от заданной зависимости от заданной погрешности приближения.погрешности приближения.

Page 46: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Линейные преобразования на Линейные преобразования на решетках.решетках.

Унимодулярные матрицы- модуль определителя =1.Унимодулярные матрицы- модуль определителя =1. Линейные унимодулярные преобразования сохраняют Линейные унимодулярные преобразования сохраняют

площадь (объем) фигур(тел).площадь (объем) фигур(тел).

Page 47: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Составление веера.Составление веера.

Стыковку секторов веера обеспечивают Стыковку секторов веера обеспечивают «соседние» унимодулярные матрицы.«соседние» унимодулярные матрицы.

Page 48: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Несократимые дроби и простые Несократимые дроби и простые ребра (веер Фарея).ребра (веер Фарея).

В каждом секторе В каждом секторе целые точки целые точки образуют образуют решетки с решетки с базисами базисами {(0,1),{(0,1),(1,1)}; {(1,1),(1,1)}; {(1,1),(1,0)}.(1,0)}.

С увеличением С увеличением порядка Ф(к) порядка Ф(к) длина по ребрам длина по ребрам решеток решеток приближается к приближается к евклидовой.евклидовой.

ΔΔ==L-Le/Le=~ L-Le/Le=~ φφ22/4+o(/4+o(φφ44));;

Page 49: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Увеличение порядка Ф(к).Увеличение порядка Ф(к).

Page 50: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Увеличение порядка Ф(к).Увеличение порядка Ф(к).

Page 51: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Отображения Отображения ZZ22(0,(0,ππ/2) /2) на на ZZ22(i,i+1)(i,i+1)

Page 52: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Веер Фарея 3-го порядка.Веер Фарея 3-го порядка.

Page 53: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Неравномерность уменьшения Неравномерность уменьшения углов в секторах веера.углов в секторах веера.

Для веера Ф(3):Для веера Ф(3): Сектор ((0Сектор ((0/1)(1/3))~1/3/1)(1/3))~1/3.. CCектор ((1ектор ((1//33)(1/2))~1/6)(1/2))~1/6.. Коррекция процедуры генерации Коррекция процедуры генерации

несократимых дробей-наибольшие несократимых дробей-наибольшие углы разбивать чаще.углы разбивать чаще.

Page 54: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Приближение к евклидовой Приближение к евклидовой метрике.метрике.

Для сектора веера с базисом Для сектора веера с базисом bbii,b,bjj и и углом углом φφ::

L=L=λλ11ρρ(b(bii)+)+λλ22ρρ(b(bjj););на решетке,на решетке, LLee--евклидова длина между этими евклидова длина между этими

точками.точками. Максимальная отн. погрешность в Максимальная отн. погрешность в

секторе: секторе: ΔΔm(m(φφ)=L-L)=L-Lee/L/Lee==φφ22/4+O(/4+O(φφ44/16);/16);

Page 55: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Для построения веера в Для построения веера в Rn.Rn. Множество целочисленных квадратных Множество целочисленных квадратных

матриц:матриц:{Ai}{Ai}.. Ai =1 Ai =1 сохраняет объемы.сохраняет объемы. Бесконечная группа с Е-ед.диагон.м.Бесконечная группа с Е-ед.диагон.м. Аналог несократимых дробей- Аналог несократимых дробей-

простые целые простые целые nn-мерные вектора -мерные вектора (компоненты вектора, как целые (компоненты вектора, как целые числа не имеют общего делителя числа не имеют общего делителя >1>1))..

Page 56: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Построение 3Построение 3d d веера для заданной веера для заданной ΔΔ--итерационная процедураитерационная процедура на1на1//48 сферы.48 сферы.

Вырезанному Вырезанному сектору сектору соответствуесоответствует матрица Ао т матрица Ао из простых из простых векторов.векторов.

IAoI=1;IAoI=1; Замена Замена

строки в строки в матрице матрице суммой суммой строки с строки с другой не другой не меняет меняет основных основных свойств свойств матрицы.матрицы.

Page 57: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Веерная триангуляция.Веерная триангуляция. Определение Определение

грани(ребра) грани(ребра) с макс. углом с макс. углом и разбиение и разбиение ребра ребра сложением сложением векторов векторов (строк (строк матрицы).матрицы).

ПродолжениПродолжение процедуры, е процедуры, пока макс. пока макс. угол угол <<φφ00((ΔΔ).).

Затем Затем зеркальные зеркальные отображения отображения на всю на всю сферу. сферу.

000

Page 58: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Nd-Nd-случай.случай. Для Для nd nd случая триангулируется (а случая триангулируется (а

затем и хранится в памяти) 1затем и хранится в памяти) 1/2/2nn n! n! –– часть часть nd nd сферы.сферы.

Вся Вся ndnd сфера может покрываться сфера может покрываться зеркальными отображениями.зеркальными отображениями.

Page 59: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Проекция 3Проекция 3dd веера на сферу веера на сферу(для (для ΔΔ==L-Le/Le=L-Le/Le=00,00,001)1)

После После зеркальных зеркальных отображений отображений 11//48 части48 части на на всю сферу.всю сферу.

Веер Веер содержит 7610 содержит 7610 реберребер..

Page 60: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

СравнениеСравнение по числу реберпо числу ребер 3d 3d веера Фарея и решеточного веера Фарея и решеточного

расслоения .расслоения . K 2 3 4 5 6 … 19 K 2 3 4 5 6 … 19

ΔΔ(%) 4,85 2,41 1,44 1,17 0,76 … 0,1 (%) 4,85 2,41 1,44 1,17 0,76 … 0,1

N(k) 98 290 578 1154 1730 … 50114 (~kN(k) 98 290 578 1154 1730 … 50114 (~k33))

N* 74 194 266 530 722 … 7610 (~kN* 74 194 266 530 722 … 7610 (~k22))

Page 61: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Основные операции прототипа Основные операции прототипа топологического процессора.топологического процессора.

Задание решетки и метода полиэдризации.Задание решетки и метода полиэдризации. Задание границ и преград.Задание границ и преград. Задание комплексов. Индексные массивы(1:128)Задание комплексов. Индексные массивы(1:128) Определение связности комплексов и характеристики Эйлера-Определение связности комплексов и характеристики Эйлера-

Пуанкаре.Пуанкаре. Задание преобразований и их режимов(целевых функций).Задание преобразований и их режимов(целевых функций). Проведение преобразований. Анализ Проведение преобразований. Анализ MSP-MSP-один такт!один такт! Выделение триангулированной границы.Выделение триангулированной границы. Генерация решеточного веера по заданной погрешности.Генерация решеточного веера по заданной погрешности. Прогон метрической волны от множества-источника и Прогон метрической волны от множества-источника и

построение эквидистантного графа.построение эквидистантного графа. Операции над эквидистантными графами. Операции над эквидистантными графами. Все операции эмулированы и верифицированы на решетках Все операции эмулированы и верифицированы на решетках

до 200х200х200.до 200х200х200. Видеопоказ на Видеопоказ на httphttp:://www.vizcom.srcc.msu.ru//www.vizcom.srcc.msu.ru

Page 62: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Построение «сферы» как 2Построение «сферы» как 2dd многообразия.многообразия.

Заданы центр «сферы» и Заданы центр «сферы» и преграды(2пластины).преграды(2пластины).

Построить «сферу» Построить «сферу» минимального радиуса.минимального радиуса.

Условие: преграды Условие: преграды внутри «сферы», внутри «сферы», ΔΔ = = 00,01;,01;

CCхема решения-хема решения-генерация веера для генерация веера для ΔΔ=0,01=0,01;;метрическая метрическая волна и эквидистантный волна и эквидистантный графграф;;сжатие комплекса сжатие комплекса до преграддо преград;; выделение выделение трианг. границы.трианг. границы.

(750 000 симплексов)(750 000 симплексов) Т(2Ггц,512Т(2Ггц,512Mb)=2Mb)=2мин.мин.

Page 63: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Ближайшие задачи.Ближайшие задачи. Перенос комплекса на кластер НИВЦ Перенос комплекса на кластер НИВЦ

МГУ с целями:МГУ с целями: 1.Решение задач на решетках:31.Решение задач на решетках:3dd--

2000200033,4,4d-500d-50044,5d-200,5d-20055,6d-50,6d-5066.. 2.2.Использование Использование

распараллеливания, потенциально распараллеливания, потенциально близкого к клеточным автоматам.близкого к клеточным автоматам.

3.Полиэкранная визуализация 3.Полиэкранная визуализация сечений многомерных комплексов.сечений многомерных комплексов.

Page 64: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Основные ссылки.Основные ссылки. Л.С.Понтрягин. Основы комбинаторной Л.С.Понтрягин. Основы комбинаторной

топологии.топологии. П.С.Александров. Комбинаторная топология.П.С.Александров. Комбинаторная топология. Б.Н.Делоне. Теория стереоэдров.Б.Н.Делоне. Теория стереоэдров. К.Чандрасекхаран. Введение в аналитическую К.Чандрасекхаран. Введение в аналитическую

теорию чисел.теорию чисел. Д.Касселс. Введение в геометрию чисел.Д.Касселс. Введение в геометрию чисел. И.М.Гельфанд. Лекции по линейной алгебре.И.М.Гельфанд. Лекции по линейной алгебре. В.А.Ковалевский. Конечная топология.В.А.Ковалевский. Конечная топология. Ж.Бертран, М.Купри. Гомотопные преобразования.Ж.Бертран, М.Купри. Гомотопные преобразования. И.Кенмочи, А.Имийя. Глобальная полиэдризация.И.Кенмочи, А.Имийя. Глобальная полиэдризация. Г.Г.Рябов. Метрические и топологические волны на Г.Г.Рябов. Метрические и топологические волны на

решетках.решетках. О.Д.Авраамова. Язык О.Д.Авраамова. Язык VRML.VRML.

Page 65: Введение в компьютерные методы метрико-топологических построений

Поклон корифеям!Поклон корифеям!

П.С.Александров Л.С.Понтрягин Б.Н ДелонеП.С.Александров Л.С.Понтрягин Б.Н Делоне