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三角形內點選取


TrianglePointPickingWrong

給定一個頂點位於原點,另兩個頂點位於位置 v_1v_2 的三角形,人們可能認為三角形內部的隨機點可以由下式給出

 x=a_1v_1+(1-a_1)a_2v_2,
(1)

其中 A_1A_2 是區間 [0,1] 內的均勻變數。然而,正如在上面的圖中可以看到的,這會非均勻地取樣三角形,將點集中在 v_1 角落。

TrianglePointPickingTrilinears

從均勻分佈 [0,1] 中隨機選取每個 三線座標 也不會在三角形內產生均勻的點間距。如上圖所示,結果點集中在中心附近。

TrianglePointPicking

為了在三角形內部均勻選取點,可以改為選取

 x=a_1v_1+a_2v_2,
(2)

其中 A_1A_2 是區間 [0,1] 內的均勻變數,這會給出均勻分佈在 四邊形 中的點(左圖)。不在 三角形內部 的點可以被丟棄,或者變換到三角形內部的對應點(右圖)。

從單位邊長的 等邊三角形 內部隨機選取的點到三角形中心的期望距離是

 d^__(center)=1/(72)[8sqrt(3)+3sinh^(-1)(sqrt(3))+ln(2+sqrt(3))],
(3)

到固定頂點的期望距離是

 d^__(vertex)=1/(12)(4+3ln3).
(4)

到最近頂點的期望距離是

 d^__(closest vertex)=(4+3ln3)/(12sqrt(3)),
(5)

而到最遠頂點的期望距離是

 d^__(farthest vertex) 
 =1/(36)[27ln3+sqrt(3)(4+3ln3)-6sqrt(3)sinh^(-1)(sqrt(3))].
(6)

從單位面積的三角形中獨立且均勻地選取 n 個點,得到的 凸包 的期望面積為

A(n)=1-2/(n+1)sum_(k=1)^(n)1/k
(7)
=1-(2H_n)/(n+1),
(8)

其中 H_n調和數 (Buchta 1984, 1986)。前幾個值是 0, 0, 1/12, 1/6, 43/180, 3/10, 197/560, ... (OEIS A093762A093763)。這是 單純形單純形選取 的一個特例。


另請參閱

圓盤內點選取, 單純形單純形選取, 正方形內點選取, 三角形內部, 三角形線段選取, 三角形三角形選取

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參考文獻

Buchta, C. "凸多邊形中的隨機多邊形." J. reine angew. Math. 347, 212-220, 1984.Buchta, C. "關於四面體中隨機多面體體積的註記." Ill. J. Math. 30, 653-659, 1986.Sloane, N. J. A. "整數序列線上百科全書" 中的序列 A093762A093763

在 中被引用

三角形內點選取

請引用為

Weisstein, Eric W. "三角形內點選取." 來自 Web 資源. https://mathworld.tw/TrianglePointPicking.html

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