Une implémentation de la structure QuadTree en Java. Cette structure permet de partitionner un espace 2D sous la forme d'un arbre. Chaque noeud possède 0 ou 4 enfants, suivant la granularité souhaitée pour une région.


Exemple de partitionnement 2D et le QuadTree correspondant

Code java : Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part
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import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
/**
 * Cette classe implémente la structure QuadTree
 * 
 * @author Xavier Philippeau
 *
 */
public class QuadTreeNode {
 
	// organisation des noeuds enfant:
	//  _________ 
	// |    |    |
	// | NW | NE |           
	// |____|____|
	// |    |    |
	// | SW | SE | 
	// |____|____| 
 
	// types de noeuds
	static final int TYPE_ROOT=-1, TYPE_NW=0, TYPE_NE=1, TYPE_SW=2, TYPE_SE=3;
 
	// informations utilisées pour la navigation dans le QuadTree
 
	// types des ancetres communs
	private static final int[] rightAncestors = new int[] {TYPE_NW,TYPE_SW};
	private static final int[] leftAncestors  = new int[] {TYPE_NE,TYPE_SE};
	private static final int[] bottomAncestors= new int[] {TYPE_NW,TYPE_NE};
	private static final int[] topAncestors   = new int[] {TYPE_SW,TYPE_SE};
 
	// tableau de symetrie pour l'inversion des chemins
	private static final int[] horizontalReverter = new int[] {TYPE_NE,TYPE_NW,TYPE_SE,TYPE_SW};
	private static final int[] verticalReverter   = new int[] {TYPE_SW,TYPE_SE,TYPE_NW,TYPE_NE};
 
	// types des enfants
	private static final int[] leftNodes   = new int[] {TYPE_NW,TYPE_SW};
	private static final int[] rightNodes  = new int[] {TYPE_NE,TYPE_SE};
	private static final int[] topNodes    = new int[] {TYPE_NW,TYPE_NE};
	private static final int[] bottomNodes = new int[] {TYPE_SW,TYPE_SE};
	private static final int[] AllNodes    = new int[] {TYPE_NW,TYPE_NE,TYPE_SW,TYPE_SE};
 
	// profondeur maximum de l'arbre
	public static int MAXDEPTH=0;
 
	// composants du noeud
	public int type;
	public int depth;
	public QuadTreeNode parent;
	public QuadTreeNode[] children = null;
 
	public Object object; // champ libre (donnée utilisateur) 
 
	/** constructeur public (racine de l'arbre) */
	public QuadTreeNode(Object o) {
		this.parent = null;
		this.type = TYPE_ROOT;
		this.depth = 0;
		this.object = o;
	}
 
	// constructeur privé (utilisé lors du split)
	private QuadTreeNode(QuadTreeNode parent, int type, Object o) {
		this.parent = parent;
		this.type = type;
		this.depth = parent.depth+1;
		this.object = o;
		if (depth>MAXDEPTH) MAXDEPTH=depth;
	}
 
	// retourne le noeud voisin d'un noeud (algorithme générique)
	private static QuadTreeNode sibling(QuadTreeNode node, int[] ancestortype, int[] reverter) {
		int[] path = new int[MAXDEPTH+1];
		int pathlength=0;
 
		// recherche du plus proche ancetre commun
		QuadTreeNode ancestor=node;
		while(true) {
			if (ancestor.type==-1) return null; // no common ancestor -> exit
			path[pathlength] = ancestor.type; pathlength++;
			if (ancestor.type==ancestortype[0]) {ancestor = ancestor.parent; break;}
			if (ancestor.type==ancestortype[1]) {ancestor = ancestor.parent; break;}
			ancestor = ancestor.parent;
		}
 
		// parcours de l'arbre en utilsant le chemin symetrique
		QuadTreeNode cursor=ancestor,next=null;
		for(int i=pathlength-1;i>=0;i--) {
			if (cursor.children==null) break;
			next = cursor.children[ reverter[ path[i] ] ];
			if (next==null) break;
			cursor=next;
		}
		return cursor;
	}
 
	// parcours reccursif des enfants. Helper pour la methode childrens()
	private void childrens_atom(List<QuadTreeNode> results, QuadTreeNode node, int[] finaltypes) {
		if (node==null) return;
		if (node.children==null) {
			results.add(node); 
			return;
		}
		for(int type:finaltypes){
			childrens_atom(results,node.children[type],finaltypes);
		}
	}
 
	// retourne la liste des feuilles accessibles à partir d'un noeud
	private List<QuadTreeNode> childrens(QuadTreeNode node, int[] finaltypes) {
		List<QuadTreeNode> results = new ArrayList<QuadTreeNode>();
		childrens_atom(results,node,finaltypes);
		return results;
	}
 
	// ----------------------------------------------------------------------------------
 
	/** split un noeud, i.e. création des 4 enfants (ordre=NW,NE,SW,SE)*/
	public void split(Object... objects) {
		if (children!=null) return;
		children = new QuadTreeNode[4];
		children[TYPE_NW] = new QuadTreeNode(this,TYPE_NW,null);
		children[TYPE_NE] = new QuadTreeNode(this,TYPE_NE,null);
		children[TYPE_SW] = new QuadTreeNode(this,TYPE_SW,null);
		children[TYPE_SE] = new QuadTreeNode(this,TYPE_SE,null);
 
		if(objects.length>=1) children[TYPE_NW].object = objects[0];
		if(objects.length>=2) children[TYPE_NE].object = objects[1];
		if(objects.length>=3) children[TYPE_SW].object = objects[2];
		if(objects.length>=4) children[TYPE_SE].object = objects[3];
	}
 
	// ----------------------------------------------------------------------------------
 
	/** retourne le noeud représentant la case de droite */
	public QuadTreeNode getRightSibling() {
		return 	sibling(this,QuadTreeNode.rightAncestors,QuadTreeNode.horizontalReverter);
	}
 
	/** retourne le noeud représentant la case de gauche */
	public QuadTreeNode getLeftSibling() {
		return 	sibling(this,QuadTreeNode.leftAncestors,QuadTreeNode.horizontalReverter);
	}
 
	/** retourne le noeud représentant la case du dessus */
	public QuadTreeNode getTopSibling() {
		return 	sibling(this,QuadTreeNode.topAncestors,QuadTreeNode.verticalReverter);
	}
 
	/** retourne le noeud représentant la case du dessous */
	public QuadTreeNode getBottomSibling() {
		return 	sibling(this,QuadTreeNode.bottomAncestors,QuadTreeNode.verticalReverter);
	}
 
	// ----------------------------------------------------------------------------------
 
	/** retourne toutes les feuilles de type: gauche */
	public List<QuadTreeNode> getLeftChildren() {
		return 	childrens(this,QuadTreeNode.leftNodes);
	}
 
	/** retourne toutes les feuilles de type: droite */
	public List<QuadTreeNode> getRightChildren() {
		return childrens(this,QuadTreeNode.rightNodes);
	}
 
	/** retourne toutes les feuilles de type: haut */
	public List<QuadTreeNode> getTopChildren() {
		return childrens(this,QuadTreeNode.topNodes);
	}
 
	/** retourne toutes les feuilles de type: bas */
	public List<QuadTreeNode> getBottomChildren() {
		return childrens(this,QuadTreeNode.bottomNodes);
	}
 
	/** retourne toutes les feuilles */
	public List<QuadTreeNode> getLeaves() {
		return childrens(this,QuadTreeNode.AllNodes);
	}
 
	// ----------------------------------------------------------------------------------
 
	/** retourne les noeuds représentant les cases voisines à gauche */
	public List<QuadTreeNode> getRightNeighbors() {
		QuadTreeNode sibling = this.getRightSibling();
		if (sibling==null) return new ArrayList<QuadTreeNode>();
		return 	sibling.getLeftChildren();
	}
 
	/** retourne les noeuds représentant les cases voisines à droite */
	public List<QuadTreeNode> getLeftNeighbors() {
		QuadTreeNode sibling = this.getLeftSibling();
		if (sibling==null) return new ArrayList<QuadTreeNode>();
		return 	sibling.getRightChildren();
	}
 
	/** retourne les noeuds représentant les cases voisines au dessus */
	public List<QuadTreeNode> getTopNeighbors() {
		QuadTreeNode sibling = this.getTopSibling();
		if (sibling==null) return new ArrayList<QuadTreeNode>();
		return 	sibling.getBottomChildren();
	}	
 
	/** retourne les noeuds représentant les cases voisines en dessous */
	public List<QuadTreeNode> getBottomNeighbors() {
		QuadTreeNode sibling = this.getBottomSibling();
		if (sibling==null) return new ArrayList<QuadTreeNode>();
		return 	sibling.getTopChildren();
	}
}

Voici un exemple d'utilisation de cette classe qui permet de réaliser le partitionnement montré dans l'image d'exemple:
Code java : Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part
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// Creation du noeud "racine"
QuadTreeNode root = new QuadTreeNode("ROOT");
 
// split du noeud "racine" en 4 
root.split("1","2","3","4");
 
// Reference du noeud "1"
QuadTreeNode n1 = root.children[TYPE_NW];
 
// split du noeud "1" en 4
n1.split("1.1","1.2","1.3","1.4");

Pour afficher les voisins de gauche du noeud "2":
Code java : Sélectionner tout - Visualiser dans une fenêtre à part
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// Reference du noeud "2"
QuadTreeNode n2 = root.children[TYPE_NE];
 
// Affiche les voisins de gauche du noeud "2" --> affiche: 1.2 1.4
for( QuadTreeNode voisin : n2.getLeftNeighbors() )
	System.out.println(voisin.object);

PRomu@ld : sources