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과학

구면 보로노이 다이어그램

구면 보로노이 다이어그램과학
영문명
Spherical Voronoi diagram
분할 대상
구의 표면
기준 정보
같은 구면 위의 생성점
영역 경계
둘 이상의 생성점까지 거리가 같은 위치
구면 보로노이 다이어그램은 구의 표면에 놓인 기준점들에 대해 가장 가까운 기준점이 같은 위치들을 영역으로 묶은 분할이다. 평면의 보로노이 구성을 구면 위의 거리와 곡률을 고려해 다룬다.

구면을 나누는 기준

구의 표면에서 각 위치를 가장 가까운 생성점에 배정한다. 거리를 구면의 짧은 대원호 길이로 정하면 지구본 위의 이동 거리를 생각하는 것과 비슷하다. 같은 구면 위 두 점의 중심각이 커질수록 현의 길이도 커지므로, 동일 반지름에서는 현 거리와 대원호 거리가 최근접점 순서에 같은 결과를 준다. 거리를 재는 수치 자체가 같다는 뜻은 아니다.

두 점 사이의 순서

반지름 R인 구에서 중심각 θ의 대원호 길이는 Rθ이고 현 길이는 2R sin(θ/2)다. θ가 0부터 π 사이이면 두 식이 모두 증가한다. 예를 들어 단위 구에서 중심각 60도는 호 길이 π/3, 현 길이 1이고 90도는 각각 π/2와 √2다. 두 방식 모두 앞의 점을 더 가깝게 판단하지만 길이 값은 다르다.

영역 면적과 입력 조건

모든 영역을 합하면 구의 표면을 덮으므로 중복 경계를 면적으로 세지 않을 때 총 면적은 4πR²다. 영역별 면적이 서로 같을 필요는 없다. 생성점 좌표가 같은 중심과 반지름의 구면 위에 있는지 확인해야 하며, 겹친 점이나 특수하게 퇴화한 배치는 수치 계산에서 별도 처리가 필요할 수 있다. 단순히 위도와 경도를 평면 좌표처럼 비교하는 방식과 구분한다.

경계를 그리는 방법

구면 위의 두 경계 꼭짓점을 평면의 직선으로 연결하면 그 선분은 보통 구의 내부를 지나간다. 표면을 따라 경계를 표시하려면 구면 보간이나 적절한 원호 표현이 필요하다. 넓은 지역을 평면 지도에 투영하면 길이와 면적이 달라 보일 수 있으므로 투영 화면의 모양만으로 원래 영역의 크기를 판단하지 않는다.

관련 문서

보로노이 다이어그램 / 들로네 삼각분할 / 구면 / 대원 / 유클리드 거리 / 푸아송 디스크 표본추출