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为了弥补现有的二维空间对象方向关系表达模型大都利用点、最小外包矩形等近似地代替空间对象，距离真实空间对象间方向关系的描述与推理仍存在差距的不足，提出了一种基于Voronoi图的非连通空间对象方向关系表达模型。该模型借助Gestalt心理学理论，通过提取非连通空间对象的特征点、特征链，构建空间对象间的可视区域，生成方向关系Voronoi图，实现了非连通、含洞的参考对象与目标对象间方向关系的表达，该模型较好地顾及了空间对象形状、大小等因素带来的影响，表达精度更高、适用范围更广。为了提高复杂空间对象方向关系复合推理的精度，基于该模型提出了一个非连通对象间主方向关系复合推理算法，该算法借助Tile-union运算和Pr运算，实现了该模型下基本主方向关系的复合推理，降低推理结果的不确定性。分析和验证的结果表明，提出的非连通空间对象方向关系模型及复合推理算法，提高了表达与推理的精度，完善和提高了对复杂空间对象方位关系的分析与处理能力。