我试图创建一个快速的2D点内多边形算法,用于命中测试(例如多边形.contains(p:点))。对有效技术的建议将不胜感激。
当前回答
下面是golang版本的@nirg答案(灵感来自于@@m-katz的c#代码)
func isPointInPolygon(polygon []point, testp point) bool {
minX := polygon[0].X
maxX := polygon[0].X
minY := polygon[0].Y
maxY := polygon[0].Y
for _, p := range polygon {
minX = min(p.X, minX)
maxX = max(p.X, maxX)
minY = min(p.Y, minY)
maxY = max(p.Y, maxY)
}
if testp.X < minX || testp.X > maxX || testp.Y < minY || testp.Y > maxY {
return false
}
inside := false
j := len(polygon) - 1
for i := 0; i < len(polygon); i++ {
if (polygon[i].Y > testp.Y) != (polygon[j].Y > testp.Y) && testp.X < (polygon[j].X-polygon[i].X)*(testp.Y-polygon[i].Y)/(polygon[j].Y-polygon[i].Y)+polygon[i].X {
inside = !inside
}
j = i
}
return inside
}
其他回答
这个问题的大多数答案并没有很好地处理所有的极端情况。以下是一些微妙的极端情况: 这是一个javascript版本,所有角落的情况都得到了很好的处理。
/** Get relationship between a point and a polygon using ray-casting algorithm
* @param {{x:number, y:number}} P: point to check
* @param {{x:number, y:number}[]} polygon: the polygon
* @returns -1: outside, 0: on edge, 1: inside
*/
function relationPP(P, polygon) {
const between = (p, a, b) => p >= a && p <= b || p <= a && p >= b
let inside = false
for (let i = polygon.length-1, j = 0; j < polygon.length; i = j, j++) {
const A = polygon[i]
const B = polygon[j]
// corner cases
if (P.x == A.x && P.y == A.y || P.x == B.x && P.y == B.y) return 0
if (A.y == B.y && P.y == A.y && between(P.x, A.x, B.x)) return 0
if (between(P.y, A.y, B.y)) { // if P inside the vertical range
// filter out "ray pass vertex" problem by treating the line a little lower
if (P.y == A.y && B.y >= A.y || P.y == B.y && A.y >= B.y) continue
// calc cross product `PA X PB`, P lays on left side of AB if c > 0
const c = (A.x - P.x) * (B.y - P.y) - (B.x - P.x) * (A.y - P.y)
if (c == 0) return 0
if ((A.y < B.y) == (c > 0)) inside = !inside
}
}
return inside? 1 : -1
}
简单的解决方案是将多边形划分为三角形,并按这里解释的那样对三角形进行测试
如果你的多边形是凸多边形,可能有更好的方法。把这个多边形看作是无限条线的集合。每一行将空间一分为二。对于每一个点,很容易判断它是在直线的一边还是另一边。如果一个点在所有直线的同一侧,那么它在多边形内。
我知道这是旧的,但这里是一个在Cocoa实现的光线投射算法,如果有人感兴趣的话。不确定这是最有效的方法,但它可能会帮助别人。
- (BOOL)shape:(NSBezierPath *)path containsPoint:(NSPoint)point
{
NSBezierPath *currentPath = [path bezierPathByFlatteningPath];
BOOL result;
float aggregateX = 0; //I use these to calculate the centroid of the shape
float aggregateY = 0;
NSPoint firstPoint[1];
[currentPath elementAtIndex:0 associatedPoints:firstPoint];
float olderX = firstPoint[0].x;
float olderY = firstPoint[0].y;
NSPoint interPoint;
int noOfIntersections = 0;
for (int n = 0; n < [currentPath elementCount]; n++) {
NSPoint points[1];
[currentPath elementAtIndex:n associatedPoints:points];
aggregateX += points[0].x;
aggregateY += points[0].y;
}
for (int n = 0; n < [currentPath elementCount]; n++) {
NSPoint points[1];
[currentPath elementAtIndex:n associatedPoints:points];
//line equations in Ax + By = C form
float _A_FOO = (aggregateY/[currentPath elementCount]) - point.y;
float _B_FOO = point.x - (aggregateX/[currentPath elementCount]);
float _C_FOO = (_A_FOO * point.x) + (_B_FOO * point.y);
float _A_BAR = olderY - points[0].y;
float _B_BAR = points[0].x - olderX;
float _C_BAR = (_A_BAR * olderX) + (_B_BAR * olderY);
float det = (_A_FOO * _B_BAR) - (_A_BAR * _B_FOO);
if (det != 0) {
//intersection points with the edges
float xIntersectionPoint = ((_B_BAR * _C_FOO) - (_B_FOO * _C_BAR)) / det;
float yIntersectionPoint = ((_A_FOO * _C_BAR) - (_A_BAR * _C_FOO)) / det;
interPoint = NSMakePoint(xIntersectionPoint, yIntersectionPoint);
if (olderX <= points[0].x) {
//doesn't matter in which direction the ray goes, so I send it right-ward.
if ((interPoint.x >= olderX && interPoint.x <= points[0].x) && (interPoint.x > point.x)) {
noOfIntersections++;
}
} else {
if ((interPoint.x >= points[0].x && interPoint.x <= olderX) && (interPoint.x > point.x)) {
noOfIntersections++;
}
}
}
olderX = points[0].x;
olderY = points[0].y;
}
if (noOfIntersections % 2 == 0) {
result = FALSE;
} else {
result = TRUE;
}
return result;
}
这只适用于凸形状,但是Minkowski Portal Refinement和GJK也是测试一个点是否在多边形中的很好的选择。您使用闵可夫斯基减法从多边形中减去点,然后运行这些算法来查看多边形是否包含原点。
另外,有趣的是,你可以用支持函数更隐式地描述你的形状,它以一个方向向量作为输入,并输出沿该向量的最远点。这可以让你描述任何凸形状..弯曲的,由多边形制成的,或混合的您还可以执行一些操作,将简单支持函数的结果组合起来,以生成更复杂的形状。
更多信息: http://xenocollide.snethen.com/mpr2d.html
此外,game programming gems 7讨论了如何在3d中做到这一点(:
计算点p与每个多边形顶点之间的有向角和。如果总倾斜角是360度,那么这个点在里面。如果总数为0,则点在外面。
我更喜欢这种方法,因为它更健壮,对数值精度的依赖更小。
计算交集数量的均匀性的方法是有限的,因为你可以在计算交集数量的过程中“击中”一个顶点。
编辑:顺便说一下,这种方法适用于凹凸多边形。
编辑:我最近在维基百科上找到了一篇关于这个话题的完整文章。
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