A computational basis for higher-dimensional computational geometry and applications

AbstractIn this paper we describe and discuss a kernel for higher-dimensional computational geometry and we present its application in the calculation of convex hulls and Delaunay triangulations. The kernel is available in form of a software library module programmed in C++ extending LEDA. We introduce the basic data types like points, vectors, directions, hyperplanes, segments, rays, lines, spheres, affine transformations, and operations connecting these types. The description consists of a motivation for the basic class layout as well as topics like layered software design, runtime correctness via checking routines and documentation issues. Finally we shortly describe the usage of the kernel in the application domain

Planar Nef polyhedra and generic higher-dimensional geometry

We present two generic software projects that are part of the software library CGAL. The first part described the design of a geometry kernel for higher-dimensional Euclidian geometry and the interaction with application programs. We describe software structures, interface concepts, and their models that are based on cooordinate representation, number types, and memory layout. In the higher-dimensional software kernel the interaction between linear algebra and geometric objects and primitves is one important facet. In the actual design our users can replace number types, representation types, and the traits classes that inflate kernel functionality into our current application programs: higher-dimensional convex hulls and Delaunay tedrahedralisations. In the second part we present the realization of planar Nef polyhedra. The concept of Nef polyhedra subsumes all kinds of rectilinear polyhedral subdivisions and is therefore of general applicability within a geometric software library. The software is based on the theory of extended points and segments that allows us to reuse classical algorithmic solutions like plane sweep to realize binary operations of Nef polyhedra.Wir präsentieren zwei Softwareprojekte, die Teil der Softwarebibliothek CGAL sind. Der erste Teil beschreibt den Entwurf eines Geometriekerns für höherdimensionale euklidische Geometrie und dessen Interaktion mit Anwendungsprogrammen. Wir beschreiben die Softwarestruktur, die auf der Herausarbeitung von Schnittstellenkonzepten und ihren Modellen hinsichtlich Koordinatenrepräsentation, Zahlentypen und Speicherablage beruht. Dabei spielt im Höherdimensionalen die Interaktion zwischen linearer Algebra und den entsprechenden geometrischen Objekten und primitiven Operationen eine wesentliche Rolle. Unser Entwurf erlaubt das Auswechseln von Zahlentypen, Repräsentations- und Traitsklassen bei der Berechnung von d-dimensionalen konvexen Hüllen und Delaunay-Simplexzerlegungen. Im zweiten Teil stellen wir die Realisierung von planaren Nef-Polyedern vor. Das Konzept der Nef-Polyeder umfasst alle linear-polyedrisch begrenzten Unterteilungen. Wir beschreiben ein Softwaremodul das umfassende Funktionalität zur Verfügung stellt. Als theoretische Grundlage des Entwurfs dient die Theorie erweiterter Punkte und Segmente, die es uns erlaubt, vorhandene Algorithmen wie z.B. Plane-Sweep zur Realisierung binärer Operationen von Nef-Polyedern zu nutzen