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

一般来说，最简单(也是最优)的算法是检查由边创建的半平面的哪一边是点。

以下是关于GameDev的一些高质量信息，包括性能问题。

这里有一些代码让你开始:

float sign (fPoint p1, fPoint p2, fPoint p3)
{
    return (p1.x - p3.x) * (p2.y - p3.y) - (p2.x - p3.x) * (p1.y - p3.y);
}

bool PointInTriangle (fPoint pt, fPoint v1, fPoint v2, fPoint v3)
{
    float d1, d2, d3;
    bool has_neg, has_pos;

    d1 = sign(pt, v1, v2);
    d2 = sign(pt, v2, v3);
    d3 = sign(pt, v3, v1);

    has_neg = (d1 < 0) || (d2 < 0) || (d3 < 0);
    has_pos = (d1 > 0) || (d2 > 0) || (d3 > 0);

    return !(has_neg && has_pos);
}

2010-01-12 14:27:02

其他回答

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

一般来说，最简单(也是最优)的算法是检查由边创建的半平面的哪一边是点。

以下是关于GameDev的一些高质量信息，包括性能问题。

这里有一些代码让你开始:

float sign (fPoint p1, fPoint p2, fPoint p3)
{
    return (p1.x - p3.x) * (p2.y - p3.y) - (p2.x - p3.x) * (p1.y - p3.y);
}

bool PointInTriangle (fPoint pt, fPoint v1, fPoint v2, fPoint v3)
{
    float d1, d2, d3;
    bool has_neg, has_pos;

    d1 = sign(pt, v1, v2);
    d2 = sign(pt, v2, v3);
    d3 = sign(pt, v3, v1);

    has_neg = (d1 < 0) || (d2 < 0) || (d3 < 0);
    has_pos = (d1 > 0) || (d2 > 0) || (d3 > 0);

    return !(has_neg && has_pos);
}

2010-01-12 14:27:02

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

我只是想用一些简单的向量数学来解释安德里亚斯给出的重心坐标解，它会更容易理解。

区域A定义为s * v02 + t * v01给出的任意向量，条件s >= 0, t >= 0。如果三角形v0 v1 v2内的任意一点，它一定在区域A内。

如果进一步限制s, t属于[0,1]。得到包含s * v02 + t * v01的所有向量的区域B，条件s, t属于[0,1]。值得注意的是，区域B的下部是三角形v0, v1, v2的镜像。问题来了，我们是否可以给定一定的s和t条件，来进一步排除区域B的低部分。

假设我们给出一个值s, t在[0,1]内变化。在下图中，点p位于v1v2的边缘。s * v02 + t * v01的所有向量沿着虚线通过简单向量和得到。在v1v2和虚线交点p处，我们有:

（1-S）|V0v2|/ |v0v2|= tp|v0v1|/ |v0v1|

得到1 - s = tp，然后1 = s + tp。如果任意t > tp，即1 < s + t where在双虚线上，则该向量在三角形外，任意t <= tp，即1 >= s + t where在单虚线上，则该向量在三角形内。

如果我们给出[0,1]中的任意s，对应的t必须满足1 >= s + t，对于三角形内的向量。

最后我们得到v = s * v02 +t * v01, v在三角形内，条件s, t, s+t属于[0,1]。然后翻译到点，我们有

P - p0 = s * (p1 - p0) + t * (p2 - p0)， and s, t, s + t in [0,1]

和Andreas解方程组的解是一样的 P = p0 + s * (p1 - p0) + t * (p2 - p0)，带s, t, s + t属于[0,1]。

2016-07-14 19:33:55

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

如何确定一个点是否在二维三角形中?

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