三维空间中基于对象方位的方向关系查询方法研究

论文摘要

方向关系是空间数据库中重要的空间关系之一,在地理信息系统、多媒体系统和图像数据库等领域都有着重要应用,它经常用作空间查询中的选择条件,而方向关系查询的效率一直是学术界关注的问题。目前对方向关系查询的研究主要集中在二维空间中,而三维空间中方向关系查询的研究相对较少。在这种情况下,本文对三维空间中基于对象方位的方向关系查询方法进行了研究和探索。首先,本文扩展二维空间中基于对象方位的方向关系描述模型,采用单纯形数据结构,提出三维空间中基于对象方位的27方向关系描述模型,同时探索单方向关系推理,得出了单方向关系推理的一些规律,并给出相应的证明。其次,本文用最小包围框MBB来近似表示空间对象,扩展二维空间中的开放区域基类,基于27方向关系模型提出三维空间中开放区域模型,其基本思想是通过构建开放区域的抽象数据类型把实际的方向区域作为开放区域,去除空间方向区域相关边界的计算,把对方向谓词的处理转化为开放区域和封闭的几何物体之间的拓扑操作,同时给出了相应拓扑操作的算法,并对算法的正确性和完整性进行了理论证明。最后,根据本文提出的开放区域模型,采用R*树索引结构进行三维空间中基于对象方位的方向关系查询,通过实验与传统范围查询方法做I/O性能比较,实验结果验证了本文所提出的开放区域方法在处理三维空间中基于对象方位的方向关系查询时的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容和组织结构
• 第2章 方向关系查询处理
• 2.1 空间数据结构
• 2.1.1 区域对象的表示
• 2.1.2 索引结构的选取
• 2.2 方向关系参考框架
• 2.3 基于向量运算的方向建模
• 2.3.1 点、向量和角度
• 2.3.2 方向建模
• 2.4 方向关系查询的步骤
• 2.5 本章小结
• 第3章 方向关系描述及其推理
• 3.1 引言
• 3.2 二维空间中方向关系
• 3.2.1 二维空间方向关系描述
• 3.2.2 二维空间方向关系推理
• 3.3 三维空间中方向关系
• 3.3.1 单纯形数据模型
• 3.3.2 三维空间中方向关系描述
• 3.3.3 三维空间中方向关系推理
• 3.3.4 单方向关系定性推理规律
• 3.4 本章小结
• 第4章 开放区域模型
• 4.1 引言
• 4.2 方向谓词集的定义
• 4.3 开放区域模型
• 4.3.1 二维空间中的开放区域模型
• 4.3.2 三维空间中的开放区域模型
• 4.4 开放区域的拓扑运算
• 4.5 本章小结
• 第5章 方向关系查询方法
• 5.1 引言
• 5.2 范围查询算法
• 5.3 开放区域算法
• 5.4 实验与性能评估
• 5.4.1 实验设计
• 5.4.2 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介