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三角形内点选取


TrianglePointPickingWrong

给定一个顶点位于原点,另两个顶点位于位置 v_1v_2 的三角形,人们可能认为三角形内部的随机点可以由下式给出

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

其中 A_1A_2 是区间 [0,1] 内的均匀变量。然而,正如在上面的图中可以看到的,这会非均匀地采样三角形,将点集中在 v_1 角落。

TrianglePointPickingTrilinears

从均匀分布 [0,1] 中随机选取每个 三线坐标 也不会在三角形内产生均匀的点间距。如上图所示,结果点集中在中心附近。

TrianglePointPicking

为了在三角形内部均匀选取点,可以改为选取

 x=a_1v_1+a_2v_2,
(2)

其中 A_1A_2 是区间 [0,1] 内的均匀变量,这会给出均匀分布在 四边形 中的点(左图)。不在 三角形内部 的点可以被丢弃,或者变换到三角形内部的对应点(右图)。

从单位边长的 等边三角形 内部随机选取的点到三角形中心的期望距离是

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

到固定顶点的期望距离是

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

到最近顶点的期望距离是

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

而到最远顶点的期望距离是

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

从单位面积的三角形中独立且均匀地选取 n 个点,得到的 凸包 的期望面积为

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

其中 H_n调和数 (Buchta 1984, 1986)。前几个值是 0, 0, 1/12, 1/6, 43/180, 3/10, 197/560, ... (OEIS A093762A093763)。这是 单纯形单纯形选取 的一个特例。


另请参阅

圆盘内点选取, 单纯形单纯形选取, 正方形内点选取, 三角形内部, 三角形线段选取, 三角形三角形选取

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参考文献

Buchta, C. "凸多边形中的随机多边形." J. reine angew. Math. 347, 212-220, 1984.Buchta, C. "关于四面体中随机多面体体积的注记." Ill. J. Math. 30, 653-659, 1986.Sloane, N. J. A. "整数序列在线百科全书" 中的序列 A093762A093763

在 Wolfram|Alpha 中被引用

三角形内点选取

请引用为

Weisstein, Eric W. "三角形内点选取." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源. https://mathworld.net.cn/TrianglePointPicking.html

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