如何确定一个点是否在二维三角形中?

有没有一种简单的方法来确定一个点是否在三角形内?是2D的，不是3D的。

当前回答

我要做的是预先计算三个面法线，

在三维中通过边向量和面法向量的叉乘得到。通过简单地交换分量和负一个，

对于任意一条边的内/外都是边法线和点到点向量的点积，改变符号。重复其他两(或更多)面。

好处:

在同一个三角形上进行多点测试，很多都是预先计算好的。早期拒签的常见情况是外分多内分。(如果点分布偏向一侧，可以先测试这一侧。)

2012-10-29 23:28:23

其他回答

下面是一个高效的Python实现:

def PointInsideTriangle2(pt,tri):
    '''checks if point pt(2) is inside triangle tri(3x2). @Developer'''
    a = 1/(-tri[1,1]*tri[2,0]+tri[0,1]*(-tri[1,0]+tri[2,0])+ \
        tri[0,0]*(tri[1,1]-tri[2,1])+tri[1,0]*tri[2,1])
    s = a*(tri[2,0]*tri[0,1]-tri[0,0]*tri[2,1]+(tri[2,1]-tri[0,1])*pt[0]+ \
        (tri[0,0]-tri[2,0])*pt[1])
    if s<0: return False
    else: t = a*(tri[0,0]*tri[1,1]-tri[1,0]*tri[0,1]+(tri[0,1]-tri[1,1])*pt[0]+ \
              (tri[1,0]-tri[0,0])*pt[1])
    return ((t>0) and (1-s-t>0))

和一个示例输出:

2014-01-06 11:32:43

我同意Andreas Brinck的观点，重心坐标对于这项任务来说非常方便。注意，不需要每次都求解一个方程组:只需计算解析解。使用Andreas的符号，解是:

s = 1/(2*Area)*(p0y*p2x - p0x*p2y + (p2y - p0y)*px + (p0x - p2x)*py);
t = 1/(2*Area)*(p0x*p1y - p0y*p1x + (p0y - p1y)*px + (p1x - p0x)*py);

其中Area是三角形的(带符号的)面积:

Area = 0.5 *(-p1y*p2x + p0y*(-p1x + p2x) + p0x*(p1y - p2y) + p1x*p2y);

只计算st和1-s-t。点p在三角形内当且仅当它们都是正的。

编辑:请注意，上面的区域表达式假设三角形节点编号是逆时针方向的。如果编号是顺时针的，这个表达式将返回一个负的面积(但大小正确)。然而，测试本身(s>0 && t>0 && 1-s-t>0)并不依赖于编号的方向，因为如果三角形节点的方向改变，上面乘以1/(2*Area)的表达式也会改变符号。

编辑2:为了获得更好的计算效率，请参阅下面的coproc注释(其中指出，如果三角形节点的方向(顺时针或逆时针)事先已知，则可以避免在s和t的表达式中除以2*Area)。在Andreas Brinck的回答下面的评论中也可以看到Perro Azul的jsfiddle-code。

2013-01-17 15:42:17

下面是一个python解决方案，它是高效的，文档化的，包含三个单元测试。它具有专业级的质量，并且可以以模块的形式放入您的项目中。

import unittest

###############################################################################
def point_in_triangle(point, triangle):
    """Returns True if the point is inside the triangle
    and returns False if it falls outside.
    - The argument *point* is a tuple with two elements
    containing the X,Y coordinates respectively.
    - The argument *triangle* is a tuple with three elements each
    element consisting of a tuple of X,Y coordinates.

    It works like this:
    Walk clockwise or counterclockwise around the triangle
    and project the point onto the segment we are crossing
    by using the dot product.
    Finally, check that the vector created is on the same side
    for each of the triangle's segments.
    """
    # Unpack arguments
    x, y = point
    ax, ay = triangle[0]
    bx, by = triangle[1]
    cx, cy = triangle[2]
    # Segment A to B
    side_1 = (x - bx) * (ay - by) - (ax - bx) * (y - by)
    # Segment B to C
    side_2 = (x - cx) * (by - cy) - (bx - cx) * (y - cy)
    # Segment C to A
    side_3 = (x - ax) * (cy - ay) - (cx - ax) * (y - ay)
    # All the signs must be positive or all negative
    return (side_1 < 0.0) == (side_2 < 0.0) == (side_3 < 0.0)

###############################################################################
class TestPointInTriangle(unittest.TestCase):

    triangle = ((22 , 8),
                (12 , 55),
                (7 , 19))

    def test_inside(self):
        point = (15, 20)
        self.assertTrue(point_in_triangle(point, self.triangle))

    def test_outside(self):
        point = (1, 7)
        self.assertFalse(point_in_triangle(point, self.triangle))

    def test_border_case(self):
        """If the point is exactly on one of the triangle's edges,
        we consider it is inside."""
        point = (7, 19)
        self.assertTrue(point_in_triangle(point, self.triangle))

###############################################################################
if __name__ == "__main__":
    suite = unittest.defaultTestLoader.loadTestsFromTestCase(TestPointInTriangle)
    unittest.TextTestRunner().run(suite)

上面的算法有一个额外的可选图形测试，以确认其有效性:

import random
from matplotlib import pyplot
from triangle_test import point_in_triangle

###############################################################################
# The area #
size_x = 64
size_y = 64

# The triangle #
triangle = ((22 , 8),
            (12 , 55),
            (7 , 19))

# Number of random points #
count_points = 10000

# Prepare the figure #
figure = pyplot.figure()
axes = figure.add_subplot(111, aspect='equal')
axes.set_title("Test the 'point_in_triangle' function")
axes.set_xlim(0, size_x)
axes.set_ylim(0, size_y)

# Plot the triangle #
from matplotlib.patches import Polygon
axes.add_patch(Polygon(triangle, linewidth=1, edgecolor='k', facecolor='none'))

# Plot the points #
for i in range(count_points):
    x = random.uniform(0, size_x)
    y = random.uniform(0, size_y)
    if point_in_triangle((x,y), triangle): pyplot.plot(x, y, '.g')
    else:                                  pyplot.plot(x, y, '.b')

# Save it #
figure.savefig("point_in_triangle.pdf")

制作以下图表:

2018-07-23 12:57:41

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

因为没有JS的答案，顺时针和逆时针解决方案:

function triangleContains(ax, ay, bx, by, cx, cy, x, y) {

    let det = (bx - ax) * (cy - ay) - (by - ay) * (cx - ax)

    return  det * ((bx - ax) * (y - ay) - (by - ay) * (x - ax)) >= 0 &&
            det * ((cx - bx) * (y - by) - (cy - by) * (x - bx)) >= 0 &&
            det * ((ax - cx) * (y - cy) - (ay - cy) * (x - cx)) >= 0    

}

编辑:修正了两个拼写错误(关于符号和比较)。

https://jsfiddle.net/jniac/rctb3gfL/

我在这里使用与上面描述的相同的方法:如果一个点分别位于AB, BC, CA的“同”边，则它在ABC内。

2017-12-08 23:11:28

如何确定一个点是否在二维三角形中?

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