如何确定一个点是否在二维三角形中?

我在JavaScript中改编的高性能代码(文章如下):

function pointInTriangle (p, p0, p1, p2) {
  return (((p1.y - p0.y) * (p.x - p0.x) - (p1.x - p0.x) * (p.y - p0.y)) | ((p2.y - p1.y) * (p.x - p1.x) - (p2.x - p1.x) * (p.y - p1.y)) | ((p0.y - p2.y) * (p.x - p2.x) - (p0.x - p2.x) * (p.y - p2.y))) >= 0;
}

pointInTriangle(p, p0, p1, p2) -用于逆时针方向的三角形 pointInTriangle(p, p0, p1, p2) -用于顺时针三角形

在jsFiddle(包括性能测试)中，在一个单独的函数中也有缠绕检查。或按下面的“运行代码片段”

受此启发: http://www.phatcode.net/articles.php?id=459

2016-05-13 23:34:09

重心法Java版:

class Triangle {
    Triangle(double x1, double y1, double x2, double y2, double x3,
            double y3) {
        this.x3 = x3;
        this.y3 = y3;
        y23 = y2 - y3;
        x32 = x3 - x2;
        y31 = y3 - y1;
        x13 = x1 - x3;
        det = y23 * x13 - x32 * y31;
        minD = Math.min(det, 0);
        maxD = Math.max(det, 0);
    }

    boolean contains(double x, double y) {
        double dx = x - x3;
        double dy = y - y3;
        double a = y23 * dx + x32 * dy;
        if (a < minD || a > maxD)
            return false;
        double b = y31 * dx + x13 * dy;
        if (b < minD || b > maxD)
            return false;
        double c = det - a - b;
        if (c < minD || c > maxD)
            return false;
        return true;
    }

    private final double x3, y3;
    private final double y23, x32, y31, x13;
    private final double det, minD, maxD;
}

上面的代码可以准确地处理整数，假设没有溢出。它也适用于顺时针和逆时针三角形。它不适用于共线三角形(但您可以通过测试det==0来检查)。

如果你要用同一个三角形测试不同的点，以重心为中心的版本是最快的。

重心版本在3个三角形点上是不对称的，所以它可能不如Kornel Kisielewicz的边缘半平面版本一致，因为浮点舍入误差。

图片来源:我根据维基百科关于重心坐标的文章制作了上面的代码。

2014-08-17 06:22:25

python中的其他函数，比Developer的方法更快(至少对我来说)，并受到Cédric Dufour解决方案的启发:

def ptInTriang(p_test, p0, p1, p2):       
     dX = p_test[0] - p0[0]
     dY = p_test[1] - p0[1]
     dX20 = p2[0] - p0[0]
     dY20 = p2[1] - p0[1]
     dX10 = p1[0] - p0[0]
     dY10 = p1[1] - p0[1]

     s_p = (dY20*dX) - (dX20*dY)
     t_p = (dX10*dY) - (dY10*dX)
     D = (dX10*dY20) - (dY10*dX20)

     if D > 0:
         return (  (s_p >= 0) and (t_p >= 0) and (s_p + t_p) <= D  )
     else:
         return (  (s_p <= 0) and (t_p <= 0) and (s_p + t_p) >= D  )

你可以用:

X_size = 64
Y_size = 64
ax_x = np.arange(X_size).astype(np.float32)
ax_y = np.arange(Y_size).astype(np.float32)
coords=np.meshgrid(ax_x,ax_y)
points_unif = (coords[0].reshape(X_size*Y_size,),coords[1].reshape(X_size*Y_size,))
p_test = np.array([0 , 0])
p0 = np.array([22 , 8]) 
p1 = np.array([12 , 55]) 
p2 = np.array([7 , 19]) 
fig = plt.figure(dpi=300)
for i in range(0,X_size*Y_size):
    p_test[0] = points_unif[0][i]
    p_test[1] = points_unif[1][i]
    if ptInTriang(p_test, p0, p1, p2):
        plt.plot(p_test[0], p_test[1], '.g')
    else:
        plt.plot(p_test[0], p_test[1], '.r')

绘制网格需要花费很多时间，但是该网格在0.0195319652557秒内测试，而开发人员代码为0.0844349861145秒。

最后是代码注释:

# Using barycentric coordintes, any point inside can be described as:
# X = p0.x * r + p1.x * s + p2.x * t
# Y = p0.y * r + p1.y * s + p2.y * t
# with:
# r + s + t = 1  and 0 < r,s,t < 1
# then: r = 1 - s - t
# and then:
# X = p0.x * (1 - s - t) + p1.x * s + p2.x * t
# Y = p0.y * (1 - s - t) + p1.y * s + p2.y * t
#
# X = p0.x + (p1.x-p0.x) * s + (p2.x-p0.x) * t
# Y = p0.y + (p1.y-p0.y) * s + (p2.y-p0.y) * t
#
# X - p0.x = (p1.x-p0.x) * s + (p2.x-p0.x) * t
# Y - p0.y = (p1.y-p0.y) * s + (p2.y-p0.y) * t
#
# we have to solve:
#
# [ X - p0.x ] = [(p1.x-p0.x)   (p2.x-p0.x)] * [ s ]
# [ Y - p0.Y ]   [(p1.y-p0.y)   (p2.y-p0.y)]   [ t ]
#
# ---> b = A*x ; ---> x = A^-1 * b
# 
# [ s ] =   A^-1  * [ X - p0.x ]
# [ t ]             [ Y - p0.Y ]
#
# A^-1 = 1/D * adj(A)
#
# The adjugate of A:
#
# adj(A)   =   [(p2.y-p0.y)   -(p2.x-p0.x)]
#              [-(p1.y-p0.y)   (p1.x-p0.x)]
#
# The determinant of A:
#
# D = (p1.x-p0.x)*(p2.y-p0.y) - (p1.y-p0.y)*(p2.x-p0.x)
#
# Then:
#
# s_p = { (p2.y-p0.y)*(X - p0.x) - (p2.x-p0.x)*(Y - p0.Y) }
# t_p = { (p1.x-p0.x)*(Y - p0.Y) - (p1.y-p0.y)*(X - p0.x) }
#
# s = s_p / D
# t = t_p / D
#
# Recovering r:
#
# r = 1 - (s_p + t_p)/D
#
# Since we only want to know if it is insidem not the barycentric coordinate:
#
# 0 < 1 - (s_p + t_p)/D < 1
# 0 < (s_p + t_p)/D < 1
# 0 < (s_p + t_p) < D
#
# The condition is:
# if D > 0:
#     s_p > 0 and t_p > 0 and (s_p + t_p) < D
# else:
#     s_p < 0 and t_p < 0 and (s_p + t_p) > D
#
# s_p = { dY20*dX - dX20*dY }
# t_p = { dX10*dY - dY10*dX }
# D = dX10*dY20 - dY10*dX20

2017-09-25 16:13:20

一个简单的方法是:

找出连接分别指向三角形的三个点顶点和夹角之和这些向量。如果它们的和角度是2*那么点是在三角形里面。

两个解释替代方案的好网站是:

黑卒和沃尔夫勒姆

2010-01-12 14:31:40

通过使用重心坐标的解析解(由Andreas Brinck指出)和:

不是把乘法分布在括号里的项上通过存储相同的项来避免多次计算还原比较(如coproc和Thomas Eding所指出的)

可以最小化“昂贵”操作的数量:

function ptInTriangle(p, p0, p1, p2) {
    var dX = p.x-p2.x;
    var dY = p.y-p2.y;
    var dX21 = p2.x-p1.x;
    var dY12 = p1.y-p2.y;
    var D = dY12*(p0.x-p2.x) + dX21*(p0.y-p2.y);
    var s = dY12*dX + dX21*dY;
    var t = (p2.y-p0.y)*dX + (p0.x-p2.x)*dY;
    if (D<0) return s<=0 && t<=0 && s+t>=D;
    return s>=0 && t>=0 && s+t<=D;
}

代码可以粘贴在Perro Azul jsfiddle中，或者通过点击下面的“运行代码片段”来尝试

导致:

变量“召回”:30 可变存储:7 补充:4 减法:8 乘法:6 部门:没有比较:4

这与Kornel Kisielewicz解决方案(25次召回，1次存储，15次减法，6次乘法，5次比较)相比非常好，如果需要顺时针/逆时针检测(它本身需要6次召回，1次加法，2次减法，2次乘法和1次比较，使用解析解行列式，如rhgb所指出的)，可能会更好。

2015-12-04 17:08:58

bool point2Dtriangle(double e,double f, double a,double b,double c, double g,double h,double i, double v, double w){
    /* inputs: e=point.x, f=point.y
               a=triangle.Ax, b=triangle.Bx, c=triangle.Cx 
               g=triangle.Ay, h=triangle.By, i=triangle.Cy */
    v = 1 - (f * (b - c) + h * (c - e) + i * (e - b)) / (g * (b - c) + h * (c - a) + i * (a - b));
    w = (f * (a - b) + g * (b - e) + h * (e - a)) / (g * (b - c) + h * (c - a) + i * (a - b));
    if (*v > -0.0 && *v < 1.0000001 && *w > -0.0 && *w < *v) return true;//is inside
    else return false;//is outside
    return 0;
}

从质心转换而来的几乎完美的笛卡尔坐标在*v (x)和*w (y)双精度内导出。在每种情况下，两个导出双精度对象前面都应该有一个*字符，可能是*v和*w 代码也可以用于四边形的另一个三角形。特此签名只写三角形abc从顺时针abcd的四边形。

A---B
|..\\.o|  
|....\\.| 
D---C

o点在ABC三角形内对于带有第二个三角形的测试，将此函数称为CDA方向，*v=1-*v后的结果应正确;* w = 1 - * w;为了四合院

2018-02-12 13:00:15

如何确定一个点是否在二维三角形中?

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