Geometria Computacional


(Este curso foi substituido pelos cursos de algoritmos / processamento geometrico)


O propósito da Geometria Computacional é estudar problemas geométricos sob o ponto de vista algorítmico. Há um paralelo entre Geometria Computacional e Desenho Geométrico: em ambos o objetivo freqüentemente é obter novos elementos geométricos a partir de construções elementares. A diferença está em que, na Geometria Computacional, as figuras geométricas e construções correspondem a estruturas de dados e algoritmos, respectivamente. O problema de interesse, em geral, é o de efetuar uma determinada construção de modo a utilizar o menor número possível de passos elementares.


Nível

Mestrado

Este curso é parte do Programa Inter-institucional de CAD e Computação Gráfica (PiCG), uma realização conjunta do IMPA com a PUC-Rio.


Pré-requisitos

  • Cálculo Vetorial
  • Noções de algoritmos, estuturas de dados e programação

Programa

  1. Introdução
    • Algoritmos geométricos: caracterização e classificação
    • Tipos de problemas geométricos:
      • decisão, seleção, construção;
      • estático, on-line, dinâmico;
      • one-shot, queries;
    • Introdução à complexidade de algoritmos
  2. Algoritmos básicos
    • Áreas de polígonos e poliedros
    • Localização de pontos em polígonos e poliedros
  3. Volumes limitantes
    • Fecho convexo
    • Retângulos alinhados
    • Retângulos não alinhados
    • Círculos
  4. Pesquisa e seleção geométricas
    • Estruturas de dados para pesquisa rápida baseada em volumes limitantes
      • para pontos: quadtrees, k-d trees, r-trees
      • para curvas: strip trees, arc trees, bbox-trees
    • Queries
      • Quais objetos estão num dado retângulo?
      • Qual o objeto mais próximo de um dado ponto?
  5. Pesquisa e seleção com topologia
    • Estruturas de dados para subdivisões planares
    • Localização em mapas
  6. Interseção de segmentos de retas
    • Detecção e identificação de interseções: caso geral, caso red-blue.
  7. Interpolação
    • Dados discretos: diagramas de Voronoi -- construção e localização
    • Dados contínuos: triangulações (Delaunay e outras), interpoladores
  8. Reconstrução de formas
    • Redução de dados em curvas digitalizadas
    • Ajuste de retas, círculos por mínimos quadrados
    • Ajuste polinomial por partes

Referências básicas

  • P. C. P. Carvalho e L. H. de Figueiredo, Introdução à Geometria Computational, 18° Colóquio Brasileiro de Matemática, IMPA, 1991.
  • M. de Berg, M. van Kreveld, M. Overmars, O. Schwarzkopf, Computational Geometry: Algorithms and Applications, Springer-Verlag, 1997.

Outras referências

  • F. P. Preparata e M. I. Shamos, Computational Geometry: an Introduction, Springer-Verlag, 1985.
  • P. J. de Resende e J. Stolfi, Fundamentos de Geometria Computacional , IX Escola de Computação, SBC, 1994.
  • J. O'Rourke, Computational Geometry in C, Cambridge University Press, 1994. Segunda edição, 1998.
  • L. J. Guibas e J. Stolfi, Notes on Computational Geometry, Notas de aula, Stanford University, 1982.
  • H. Edelsbrunner, Algorithms in Combinatorial Geometry, Springer-Verlag, 1987.
  • K. Melhorn, Data Structures and Algorithms, Springer-Verlag, 1984.
  • R. Sedgewick, Algorithms, Addison-Wesley, 1988.
  • G. Toussaint (ed.), Computational Geometry, North-Holland, 1985.
  • T. H. Cormen, C. E. Leiserson e R. L. Rivest, Introduction to Algorithms, MIT Press, 1990.
  • D. Mount, Computational Geometry, Notas de curso, University of Maryland, 2002.
  • C. Davis , Geometria Computacional para Sistemas de Informação Geográfica.
  • J.-D. Boissonnat e M. Yvinec, Algorithmic Geometry, Cambridge University Press, 1998.

Surveys

  • J. Erickson, Computational Geometry Pages.
  • D. Eppstein, Geometry in Action.
  • D. P. Dobkin, Computational Geometry: Then and Now, in: R. A. Earnshaw (ed.), Theoretical Foundations of Computer Graphics and CAD, Springer-Verlag, 1988.
  • F. F. Yao, Computational Geometry, in: J. van Leeuwen (ed.), Handbook of Theoretical Computer Science, MIT, 1990.

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