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Closed-Form Gaussian Mixture Representations of d-Dimensional Triangulated Domains

Darijani, Ali ORCID iD icon 1,2,3,4; Stratmann, Benedikt 4; Hanebeck, Uwe D. 2,3; Thapa, Ratan Bahadur 5; Beyerer, Jürgen 1,2,3; Afifi, Nehal ORCID iD icon 2,6
1 Fakultät für Informatik – Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme (Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB)
5 Universität Stuttgart (Uni Stuttgart)
6 Institut für Produktentwicklung (IPEK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

We derive a Gaussian Mixture (GM) representation of a full-dimensional subset of Euclidean space with finite volume from a finite simplicial triangulation in closed form. On each simplex, we replace the uniform probability density function (PDF) with a Gaussian PDF that minimizes the Kullback--Leibler (KL) divergence, arriving at the information projection onto the family of Gaussian PDFs. By exploiting affine isomorphisms between simplices, the joint convexity and bijection invariance properties of the KL divergence, identities for Dirichlet PDFs, and a partition-of-unity argument, we establish a dimension-dependent but geometry-independent sharp upper bound on the global KL divergence between the resulting GM PDF and the uniform PDF on the original domain. Numerical examples illustrate the construction and demonstrate its potential in practical applications.


Originalveröffentlichung
DOI: 10.48550/arXiv.2611.00922
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR)
Institut für Produktentwicklung (IPEK)
Fakultät für Informatik – Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme (Lehrstuhl IES Beyerer: Interaktive Echtzeitsysteme)
Publikationstyp Forschungsbericht/Preprint
Publikationsjahr 2026
Sprache Englisch
Identifikator KITopen-ID: 1000198759
Verlag arxiv
Umfang 17 S.
Projektinformation SFB 1574 KLF, 471687386 (DFG, DFG KOORD, SFB 1574/1)
Bemerkung zur Veröffentlichung Accepted to "2026 IEEE Sensor Data Fusion: Trends, Solutions, Applications (SDF)"
Schlagwörter Information Theory (cs.IT), Numerical Analysis (math.NA), Probability (math.PR), G.3; G.1; I.2; J.2, 94A15, 68T37, 62R40, 60B05
Nachgewiesen in arXiv
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