একটি গোলাকার বহুভুজ সেন্ট্রয়েড গণনা করা হচ্ছে


11

আমি একটি গোলকের বহুভুজের জন্য সেন্ট্রয়েড গণনা করার একটি সাধারণ উপায় চাই।

এখনও অবধি, সেরা অনলাইন রেফারেন্সটি মনে হচ্ছে:

জেফ জেনেস দ্বারা গ্রাফিক্স এবং আকারের সরঞ্জামসমূহ

সেখানে বর্ণিত পদ্ধতিটি বহুভুজকে একাধিক গোলাকার ত্রিভুজগুলিতে বিভক্ত করার, এবং গোলাকার ত্রিভুজ অঞ্চলটি দ্বারা ভারাকৃত গোলাকার ত্রিভুজ সেন্ট্রয়েডের গড় গণনা করার পরামর্শ দেয়।

আমি জানি যে একটি গোলাকার বহুভুজ সেন্ট্রয়েড সংজ্ঞায়িত করার বিভিন্ন উপায় রয়েছে তবে আমি পয়েন্ট এবং পলিনাইনগুলির জন্য নিম্নলিখিত সংজ্ঞাগুলির সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ কিছু সন্ধান করছি:

  • পয়েন্টগুলি : পয়েন্টগুলি উপস্থাপন করে কার্টেসিয়ান ভেক্টরগুলির গাণিতিক গড়।
  • পলিনাইনস : প্রতিটি রেখাংশের মিডপয়েন্টগুলি উপস্থাপন করে কার্টেসিয়ান ভেক্টরগুলির ওজনযুক্ত গড়, প্রতিটি বিভাগের (গোলকের) দৈর্ঘ্য দ্বারা ভারিত।

বহুভুজ সেন্ট্রয়েডগুলি অঞ্চল দ্বারা ওজনযুক্ত ত্রিভুজাকার পচনের ওজনযুক্ত গড় হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যুক্তিসঙ্গত ধারাবাহিকতা বলে মনে হয়।

আমার প্রশ্নটি হ'ল উপরের রেফারেন্সের পদ্ধতিটি ত্রিভুজ পচে যাওয়া ব্যবহার না করেই কাজ করবে কিনা। বিশেষত, এটি একটি বহুবিধের সাথে বহিরাগত এমনকি নির্বিচার বিন্দুর তুলনায় ত্রিভুজগুলিতে বিভক্ত হওয়ার কথা উল্লেখ করে, যেমন কিছু ত্রিভুজগুলিতে নেতিবাচক ক্ষেত্র থাকে যা নেতিবাচক ওজনের অবদান রাখে।

সম্পর্কিত: কোন বস্তুর জ্যামিতির কেন্দ্র কীভাবে খুঁজে পাবেন?

উত্তর:


9

আপনি একক, নির্দিষ্ট পয়েন্টের সাথে সম্পর্কিত সমস্ত ত্রিভুজগুলি সঞ্চালন করলেও এটি অবিচ্ছিন্নভাবে কাজ করবে না । সমস্যাটি হ'ল গোলাকার এবং ইউক্লিডিয়ান গণনাগুলি কী বোঝাতে পারে তার কোনও বিবেচনা ছাড়াই মিশ্রিত করা হচ্ছে।

এটি সুস্পষ্ট করার একটি উপায় হ'ল গোলার্ধের প্রায় অর্ধেকের মতো একটি বরং চরম ত্রিভুজ বিবেচনা করা। উদাহরণস্বরূপ, (দীর্ঘ, লাত) = (-179, 0) থেকে শুরু করে নিরক্ষীয় বরাবর (0, 0) তে চালান, তারপরে উত্তর মেরুতে (0, 90), তারপরে শুরুতে ফিরে যান (- 179, 0)। এটি একটি 90-179-90 ত্রিভুজ যা পশ্চিম গোলার্ধের বেশিরভাগ উত্তর অর্ধেক অংশ নিয়ে গঠিত। সমস্যাটি হ'ল এর সমাপ্তিগুলি (চিত্রের সাদা বিন্দু হিসাবে দেখানো হয়েছে) একটি বিমানের মধ্যে কার্যতঃ রয়েছে: একটি মেরুতে রয়েছে এবং অন্য দুটি এটি প্রায় বিপরীত দিকে রয়েছে। সুতরাং তাদের গড়, গোলকের (লাল বিন্দুতে) প্রত্যাশিত প্রায় মেরুতে থাকে - তবে এটি যে কোনও যুক্তিসঙ্গত কেন্দ্র থেকে যতটা পেতে পারে ততটা দূরে :

বড় গোলাকার ত্রিভুজ

অন্য উদাহরণ হিসাবে, আসুন একটি বহুভুজ ত্রিভুজ যা এর কেন্দ্র, উত্তর মেরুর সাথে সম্পর্কিত উপরের গোলার্ধকে উপস্থাপন করে। আমরা সর্বদা পশ্চিমা গোলার্ধকে দুটি সমান ভাগে ভাগ করব, তাদের প্রত্যেককে 90-90-90 ত্রিভুজ (এর ফলে বিশাল, গোলার্ধের-স্প্যানিং ত্রিভুজগুলির সাথে কোনও সমস্যা এড়ানো)। পূর্ব গোলার্ধটি অবশ্য n সমান আধা-লুনে বিভক্ত হবে । লুন কে ( কে = 1, 2, ..., এন ) এর উল্লম্বগুলি (দীর্ঘ, ল্যাট) স্থানাঙ্ক রয়েছে

((k-1) * 180/n, 0),  (k * 180/n, 0),  (k * 180/n, 90).

কে = 8 এর জন্য লুনস

এই চিত্রটি কে = 8 এর সেটআপ দেখায়। লাল বিন্দুগুলি "গ্রাফিকস এবং আকারের সরঞ্জামগুলি" নথি, পিপি 65-67 অনুসারে পৃথক ত্রিভুজ "কেন্দ্র" হয়।

গণনাগুলি করে, আমি দেখতে পাচ্ছি যে কে = 2 দিয়ে অঞ্চল-ওজন কেন্দ্রটি প্রকৃতপক্ষে উত্তর মেরুতে রয়েছে (যেমন প্রতিসাম্য বিবেচনার দ্বারা নির্দেশিত হবে), তবে n বৃদ্ধি পাওয়ায় ফলটি দ্রুত পশ্চিম গোলার্ধে স্থানান্তরিত হয়েছে এবং সীমা, দ্রাঘিমাংশ -90 ডিগ্রি সহ 89.556 ডিগ্রি অক্ষাংশের নিকটে পৌঁছায়। এটি স্বয়ং উত্তর মেরু থেকে প্রায় 50 কিলোমিটার দক্ষিণে।

স্বীকার করা হয়, 20,000 কিলোমিটার বিস্তৃত বহুভুজের জন্য একটি +/- 50 কিলোমিটার ত্রুটি ছোট; মোট পরিমাণ নির্বিচারে বিভিন্ন triangulations কারণে ভেরিয়েশন এই ক্ষেত্রে শুধুমাত্র 0.5% হয়। স্পষ্টতই আপেক্ষিক ত্রুটিগুলি নেতিবাচকভাবে ত্রিভুজগুলি অন্তর্ভুক্ত করে বড় করা যায় (কেবলমাত্র একটি ছোট ত্রিভুজের সাথে কিছু সত্যিকারের বৃহত ত্রিভুজ যুক্ত এবং বিয়োগ)। নির্বিশেষে, যেহেতু যেহেতু গোলাকার গণনা করার প্রয়াসে যাচ্ছে স্পষ্টতই অভিক্ষেপ ত্রুটিগুলি এড়ানোর চেষ্টা করছেন, তাই তারা উচ্চ নির্ভুলতার সন্ধান করছেন। এই ত্রিভুজ্যকরণ পদ্ধতির প্রস্তাব দেওয়া যায় না।


আপনি প্রমাণ করেছেন যে ত্রুটিগুলি বড় বড় এনের জন্য জমা হতে পারে তবে এটি স্পষ্ট নয় যে পদ্ধতির অগত্যা ত্রুটি রয়েছে। সীমাবদ্ধ মান অর্জন করতে আপনি এন এর কোন মানটি ব্যবহার করেছেন?
জেসন ডেভিস 21

এছাড়াও, গণনাগুলি করার জন্য এবং গভীরভাবে এটি দেখার জন্য আপনাকে অনেক ধন্যবাদ। আমি বিষয়টি আরও স্থির করার আগে আমি আরও কিছুটা স্পষ্টতা চাই। :)
জেসন ডেভিস 21

জেসন, আমি আপনাকে কিছুটা অন্তর্দৃষ্টি দেওয়ার জন্য একটি প্রাথমিক উদাহরণ যুক্ত করেছি। সীমা নিজেই দ্রুত পৌঁছেছে; কয়েক ডজন লুন আপনাকে বেশ কয়েকটি উল্লেখযোগ্য সংখ্যা পাবে। তবে নতুন উদাহরণটিতে কোনও স্থির সন্দেহকে প্রশ্রয় দেওয়া উচিত যে এই ভারী ত্রিভুজানটি যুক্তিসঙ্গত কিছু করে - ছোট ত্রিভুজগুলি বাদে, যেখানে আপনি প্রথম স্থানে প্রত্যাশিত স্থানাঙ্কের গণনা করা থেকে আরও ভাল better গোলাকার গণনা করার একমাত্র কারণ হ'ল যখন আপনার বিশ্লেষণের ক্ষেত্রটি সত্যই বিশ্বব্যাপী, তখন সমস্ত অনুমানগুলি প্রচুর পরিমাণে বিকৃতি প্রবর্তন করে।
whuber

1
ধন্যবাদ, ধন্যবাদ। সুতরাং যদি আমি সঠিকভাবে বুঝতে পারি, কেবল কার্টেসিয়ান ভেক্টরগুলির গড় গড়ের ফলে কোনও গোলাকৃতির ত্রিভুজ (বিশেষত আপনার প্রথম উদাহরণের মতো বৃহত্তর) এর জন্য যুক্তিসঙ্গত সেন্ট্রয়েড তৈরি হয় না। আমি আরও ভাল পদ্ধতিগুলি তদন্ত করব যেমন গ্রেট-সার্কেল মিডিয়ানদের ছেদ খুঁজে।
জেসন ডেভিস

বিটিডাব্লু, আমি এখনও আশাবাদী যে উপরের মতো গোলক-অঞ্চল-ওজনযুক্ত সেন্ট্রয়েড কাজ করবে। কল্পনা করুন যে গোলকটির উত্সে একটি বহুভুজ যুক্ত করে বহুভুজকে একটি 3 ডি ভলিউম দেওয়া হচ্ছে। তারপরে গোলকের স্থলটিকে একটি অদৃশ্য স্ট্রিং দ্বারা এর উত্সের সাথে যুক্ত করে স্থগিত করুন এবং একটি স্থিতিশীল ভারসাম্য খুঁজে পান। সেন্ট্রয়েড হ'ল নীচেরতম বিন্দু (এটি গোলকের পৃষ্ঠের উপরে ভর কেন্দ্রের অভিক্ষেপ)। এটি কয়েকটি অস্পষ্ট মামলা থেকে আলাদা হয়ে কাজ করা উচিত, যেমন নিরক্ষীয় অঞ্চলে ঘুরে একটি স্ট্রিপ, যেখানে আমি কেবল একটি বুদ্ধিমান পয়েন্ট বেছে নিতে পারি। আপনি যদি এটির মূল্যবান বলে মনে করেন তবে নতুন প্রশ্নে আলোচনা করে খুশি।
জেসন ডেভিস

3

বহুভুজের সেন্ট্রয়েড থাকা উচিত এমন বৈশিষ্ট্যগুলি গণনা করা ভাল ধারণা। আমার মানদণ্ডটি এখানে:

(ক) এটি বহুভুজ অভ্যন্তরের একটি সম্পত্তি (শীর্ষে বা প্রান্তগুলির পরিবর্তে)। সুতরাং, একটি অতিরিক্ত ভার্টেক্স serুকিয়ে দুটি একটি প্রান্ত বিভক্ত করা সেন্ট্রয়েডের অবস্থান পরিবর্তন করা উচিত নয়। নোট করুন যে জেনেসের সেন্ট্রয়েডের সংজ্ঞা এই মানদণ্ডে ব্যর্থ হয়েছে, যেহেতু সেন্ট্রয়েডের অবস্থান নির্ভর করে যে বহুভুজ কীভাবে ত্রিভুজগুলিতে বিভক্ত হয় তার উপর নির্ভর করবে।

(খ) বহুভুজের আকৃতিটি সামান্য ঘনিয়ে ফেলার ফলে সেন্ট্রয়েডকে কিছুটা সরিয়ে নেওয়া উচিত। বহুভুজের সামগ্রিক পরিমাণে (যেমন, একক গোলার্ধে) কোনও বিধিনিষেধ আরোপ করা এখানে প্রয়োজনীয়। এই সীমাবদ্ধতা ব্যতীত, সেন্ট্রয়েড হঠাৎ করে একটি ভার্টেক্সের সামান্য গতিবেগের সাথে পৃথিবীর বিপরীত দিকে ঘুরবে এমন মামলাগুলি তৈরি করা সহজ। এই শর্তটি সেই পদ্ধতিগুলিকে বাদ দেয় যাতে প্রয়োজনীয় সেন্ট্রয়েড বহুভুজের মধ্যে থাকে require

(গ) এটি ছোট বহুভুজগুলির জন্য সেন্ট্রয়েডের পরিকল্পনামূলক সংজ্ঞা কমাতে হবে।

এই মানদণ্ডকে সন্তুষ্ট করার জন্য দুটি পদ্ধতির এখানে রয়েছে:

(১) উপবৃত্তাকার বহুভুজের জন্য সেন্ট্রয়েডকে তিন মাত্রায় গণনা করুন এবং উপবৃত্তাকার পৃষ্ঠের দিকে ফিরে প্রলম্বিত করুন (উপবৃত্তাকারে একটি স্বাভাবিক পাশাপাশি)। বড় সুবিধা: সেন্ট্রয়েডকে বহুভুজকে আরও সহজ আকারে ভেঙে গণনা করা যায়।

(২) সেন্ট্রয়েডটি বহুভুজের অভ্যন্তরের সমস্ত পয়েন্টের সর্বনিম্ন আরএমএস জিওডেসিক দূরত্ব সহ একটি বিন্দু। গ্রাফিক্স 20 , 95–126 (2001) -তে এসিএম লেনদেনগুলি বুস এবং ফিলমোর, "গোলাকৃতি গড় এবং অ্যাপ্লিকেশন টু স্পেরিকাল স্প্লাইজস এবং ইন্টারপোলেশন" দেখুন । বড় সুবিধা: ফলাফলটি বিন্দুটি কীভাবে আর 3-এ এমবেড করা হয় তার উপর নির্ভর করে না ।

দুর্ভাগ্যক্রমে, এই সংজ্ঞাগুলির কোনওটিই বাস্তবায়নের পক্ষে সোজা নয়। যাইহোক , প্রথম পদ্ধতিটি কেবল একটি গোলকের জন্য চালানো যেতে পারে। ব্যবহারের জন্য সর্বোত্তম "প্রাথমিক" ক্ষেত্রটি হল বহুভুজের এক প্রান্ত দ্বারা বেষ্টিত চতুর্ভুজ, প্রান্তের শেষ-পয়েন্টগুলির মধ্য দিয়ে দুটি মেরিডিয়ান এবং নিরক্ষীয় অঞ্চল। পুরো বহুভুজের জন্য ফলাফলটি প্রান্তগুলিতে অবদানের যোগফলকে সংযুক্ত করে। (বহুভুজ একটি মেরু ঘিরে রাখলে অতিরিক্ত পদক্ষেপ নেওয়া দরকার))

ধরুন প্রান্তটির শেষ-পয়েন্টগুলি (φ 1 , λ 1 ) এবং (φ 2 , λ 2 )। প্রান্ত এবং শেষের পয়েন্টগুলি আজিমিথগুলিকে α 1 এবং by 2 দিয়ে দিন । গোলকের ব্যাসার্ধ 1 বলে ধরে নিয়ে চতুর্ভুজটির ক্ষেত্রফল is

  = α 2 - α 1
      = 2 ট্যান −1 [টান ½ (λ 2 - λ 1 ) পাপ ½ (φ 2 + φ 1 ) / কোস ½ (φ 2 + φ 1 )]

(বেসেলের কারণে এই অঞ্চলের এই সূত্রটি সাধারণত ত্রিভুজের ক্ষেত্রের এল-হুইলির সূত্রের তুলনায় সংখ্যার চেয়ে ভাল আচরণ করা হয়))

এই চতুর্ভুজটির জন্য সেন্ট্রয়েডের উপাদানগুলি প্রদত্ত

  2 একটিএক্স ⟩ = φ 2 পাপ (λ 2 - λ 0 ) - φ 1 পাপ (λ 1 - λ 0 )
  2 একটিY ⟩ = কোসাইন্ α 02 - σ 1 ) - (φ 2 কোসাইন্ (λ 2 - λ 0 ) - φ 1 কোসাইন্ (λ 1 - λ 0 ))
  2 একটিz- র ⟩ = (λ 2 - λ 1 ) - α পাপ 02 - σ1 )

যেখানে σ 2 - σ 1 হল প্রান্তের দৈর্ঘ্য, এবং λ 0 এবং α 0 হল भूमध्यरेখাটি অতিক্রম করে এমন প্রান্তের দ্রাঘিমাংশ এবং অজিমূথ এবং x এবং y অক্ষগুলি প্রাচ্যযুক্ত যাতে নিরক্ষীয় ক্রসিং x = এ থাকে 1, y = 0. ( z অবশ্যই পোলের মাধ্যমে অক্ষ হয়)


আপনি কী ব্যাখ্যা করতে পারেন কেন জেনেসের সেন্ট্রয়েডের অবস্থান নির্ভর করে যে বহুভুজটি কীভাবে ত্রিভুজগুলিতে বিভক্ত? আমি @ হুইবারের উদাহরণ থেকে জানি যে গোলকের ত্রিভুজগুলির জন্য জেনেসের সেন্ট্রয়েড গণনাটি ভুল, তবে যদি গোলাকৃতির ত্রিভুজ মিডিয়ানের উপর ভিত্তি করে একটি সেন্ট্রয়েড পরিবর্তে ব্যবহৃত হয় তবে কী হবে? এটি কি এখনও ব্যর্থ হবে?
জেসন ডেভিস

জেনেস কার্যকরভাবে গোলাকার বহুভুজকে প্ল্যানার ত্রিভুজগুলির একটি সেট দ্বারা প্রতিস্থাপন করে এবং তাদের সেন্ট্রয়েড গণনা করে। স্পষ্টতই (?), ফলাফলটি পার্টিশনের উপর নির্ভর করবে। গোলাকার ত্রিভুজগুলির সেন্ট্রয়েডগুলি ব্যবহার করে আমি গণনাটি করা ঠিক আছে। আপনি জেই
ব্রকে

ব্রুকের কাগজটিতে আমি আরেকবার নজর রাখলাম। গোলাকৃতির ত্রিভুজটির ভর কেন্দ্রের জন্য তাঁর সূত্রটি ত্রিভুজের কিনারাগুলির উপরে একটি যোগ জড়িত। সুতরাং বহুভুজকে প্রয়োগ করার জন্য এটি তুচ্ছভাবে সাধারণীকরণ করা যেতে পারে (এটিকে ত্রিভুজগুলিতে ভাঙার প্রয়োজন ছাড়াই)।
সিএফেকে

আপনারও বেসেলের কারণে অঞ্চল গণনার জন্য একটি রেফারেন্স দেওয়ার বিষয়ে আপত্তি আছে? আমি এটি কোথাও খুঁজে পাচ্ছি না এবং আমি একটি দ্রুত (এবং নির্ভুল) গোলাকার বহুভুজ অঞ্চল রুটিন লিখতে আগ্রহী। ধন্যবাদ!
জেসন ডেভিস 21

আমি এটি খুঁজে পেয়েছি এবং বুঝতে পেরেছি আপনি এটি ইংরেজিতে অনুবাদ করেছেন, তাই আপনাকে ধন্যবাদ। :)
জেসন ডেভিস
আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.