Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.11
no.2
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pp.97-106
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2006
Voronoi diagrams have been known for numerous important applications in science and engineering including CAD/CAM. Especially, the Voronoi diagram for 3D spheres has been known as very useful tool to analyze spatial structural properties of molecules or materials modeled by a set of spherical atoms. In this paper, we present two algorithms, the edge-tracing algorithm and the region-expansion algorithm, for constructing the Voronoi diagram of 3D spheres and applications to protein structure analysis. The basic scheme of the edge-tracing algorithm is to follow Voronoi edges until the construction is completed in O(mn) time in the worst-case, where m and n are the numbers of edges and spheres, respectively. On the other hand, the region-expansion algorithm constructs the desired Voronoi diagram by expanding Voronoi regions for one sphere after another via a series of topology operations, starting from the ordinary Voronoi diagram for the centers of spheres. It turns out that the region-expansion algorithm also has the worst-case time complexity of O(mn). The Voronoi diagram for 3D spheres can play key roles in various analyses of protein structures such as the pocket recognition, molecular surface construction, and protein-protein interaction interface construction.
Jo, Yeong-Song;Kim, Dong-Uk;Jo, Cheol-Hyeong;Kim, Deok-Su
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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2005.05a
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pp.842-847
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2005
Although there are many applications of Euclidean Voronoi diagram for spheres in a 3D space in various disciplines from sciences and engineering, it has not been studied as much as it deserves. In this paper, we present an edge-tracing algorithm to compute the Euclidean Voronoi diagram of 3-dimensional spheres in O(mn) in the worst-case, where m is the number of edges of Voronoi diagram and n is the number of spheres. After building blocks for the algorithm, we show an example of Voronoi diagram for atoms using actual protein data and discuss its applications for protein analysis.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.3
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pp.224-239
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2013
An exact performance analysis of an ML detector for a 2-dimensional rotation-transform aided QPSK system operating over an impulsive noise environment is presented using Rieman integrals of a two-dimensional Gaussian Q-function over Voronoi cells. A set of interesting features of the Voronoi cells is also characterised systematically. An optimum rotation angle yielding the minimum BER is also studied. The differences between the proposed exact method and the previous approximate analysis method are investigated in terms of the corresponding BERs and the derived optimum angles.
Researches using DEM are actively progressed in field of water resource, and especially the extraction of watershed and stream based on topographic and hydrologic analysis, is widely used in GIS analysis recently. However, because it is extracted that watershed which is type of sliver polygon and stream which is type of straight line in low topographic region, they're not efficient for application. This study determined buffer zone from stream and tried smooth elevation change to buffer zone in order to efficiently extract abnormal watershed and stream being occurred in low topographic region. Especially, we applied equal-distance assignment model using Voronoi Diagram to determine smooth elevation change. Also, we extracted watershed and stream using stream recognition DEM and origional DEM, and evaluated the efficiency of research through comparing the shape of watershed and stream in low topographic region.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.35
no.4
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pp.235-243
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2012
The Voronoi diagram of spheres and power diagram have been known as powerful tools to analyze spatial characteristics of weighted points, and these structures have variety range of applications including molecular spatial structure analysis, location based optimization, architectural design, etc. Due to the fact that both diagrams are based on different distance metrics, one has better usability than another depending on application problems. In this paper, we compare these diagrams in various situations from the user's viewpoint, and show the Voronoi diagram of spheres is more effective in the problems based on the Euclidean distance metric such as nearest neighbor search, path bottleneck locating, and internal void finding.
Seo, Jeong-Yeon;Kim, Dong-Uk;Cho, Young-Song;Ryu, Joong-Hyun;Kim, Deok-Soo
International Journal of CAD/CAM
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v.7
no.1
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pp.91-101
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2007
To understand the structure of molecules, various computational methodologies have been extensively investigated such as the Voronoi diagram of the centers of atoms in molecule and the power diagram for the weighted points where the weights are related to the radii of the atoms. For a more improved efficiency, constructs like an $\alpha$-shape or a weighted $\alpha$-shape have been developed and used frequently in a systematic analysis of the morphology of molecules. However, it has been recently shown that $\alpha$-shapes and weighted $\alpha$-shapes lack the fidelity to Euclidean distance for molecules with polysized spherical atoms. We present the theory as well as algorithms of $\beta$-shape and $\beta$-complex in $\mathbb{R}^3$ which reflects the size difference among atoms in their full Euclidean metric. We show that these new concepts are more natural for most applications and therefore will have a significant impact on applications based on particles, in particular in molecular biology. The theory will be equivalently useful for other application areas such as computer graphics, geometric modeling, chemistry, physics, and material science.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.7
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pp.785-792
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2012
Foam structure is usually hard to model due to the complexity of the geometry of cells. So, many simplified models to represent complicated foam structures have been proposed, but most of them are not actually describe the random feature of the cell structure well. So, in this study, two dimensional isotropic and anisotropic closed cell structures of the foam were modeled using the concept of Voronoi cells. The elasto-plastic deformation behavior under compressive loads was investigated by finitie element analysis, and the results were compared with ideal honeycomb structure. In addition, the effect of anisotropy of Voronoi cell structures of the foam on Young's modulus and yield stress under compressive loads was studied.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.15
no.1
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pp.33-42
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2010
In this study, new medial surface calculation methods using Voronoi diagrams are investigated for the point samples extracted on closed surface models. The medial surface is defined by the closure of all points having more than one closest point on the shape boundary. It is a one of essential geometric information in 3D and can be used in many areas such as 3D shape analysis, dimension reduction, freeform shape deformation, image processing, computer vision, FEM analysis, etc. In industrial parts, the idealized solid parts and shell shapes including sharp edges and vertices are frequently used. Other medial surface extraction methods using Voronoi diagram have inherent separation and branch problems, so that they are not appropriate to the sharp edged objects and have difficulties to be applied to industrial parts. In addition, the branched surfaces on sharp edges in shell shapes should be eliminated to obtain representative medial shapes. In order to avoid separation and branch problems, the new approach by analyzing the shapes and specially sampling on surfaces has been developed.
Topological maps have drawn more attention recently because they are compact, provide natural interfaces, and are applicable to path planning easily. To build a topological map incrementally, Voronoi diagram was used by many researchers. The Voronoi diagram, however, has difficulty in applying to arbitrarily shaped objects and needs long computation time. In this paper, we present a new method for global topological map from the local topological maps incrementally. The local topological maps are created through a thinning algorithm from a local grid map, which is built based on the sensor information at the current robot position. A thinning method requires simpler computation than the Voronoi diagram. Localization based on the topological map is usually difficult, but additional nodes created by the thinning method can improve localization performance. A series of experiments have been conducted using a two-wheeled mobile robot equipped with a laser scanner. It is shown that the proposed scheme can create satisfactory topological maps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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