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
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;
}
其他回答
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。
当我还是Michael Stonebraker手下的一名研究员时,我做了一些关于这方面的工作——你知道,就是那位提出了Ingres、PostgreSQL等的教授。
我们意识到最快的方法是首先做一个边界框,因为它非常快。如果它在边界框之外,它就在外面。否则,你就得做更辛苦的工作……
如果你想要一个伟大的算法,看看开源项目PostgreSQL的源代码的地理工作…
我想指出的是,我们从来没有深入了解过左撇子和右撇子(也可以表达为“内”和“外”的问题……
更新
BKB's link provided a good number of reasonable algorithms. I was working on Earth Science problems and therefore needed a solution that works in latitude/longitude, and it has the peculiar problem of handedness - is the area inside the smaller area or the bigger area? The answer is that the "direction" of the verticies matters - it's either left-handed or right handed and in this way you can indicate either area as "inside" any given polygon. As such, my work used solution three enumerated on that page.
此外,我的工作使用单独的函数进行“在线”测试。
...因为有人问:我们发现当垂直的数量超过某个数字时,边界盒测试是最好的——如果有必要,在做更长的测试之前做一个非常快速的测试……边界框是通过简单地将最大的x,最小的x,最大的y和最小的y放在一起,组成一个框的四个点来创建的……
另一个提示是:我们在网格空间中进行了所有更复杂的“调光”计算,都是在平面上的正点上进行的,然后重新投影到“真实”的经度/纬度上,从而避免了在经度180线交叉时和处理极地时可能出现的环绕错误。工作好了!
令人惊讶的是之前没有人提出这个问题,但是对于需要数据库的实用主义者来说:MongoDB对Geo查询提供了出色的支持,包括这个查询。
你需要的是:
db.neighborhoods。findOne({geometry: {$geoIntersects: {$geometry: { type: "Point",坐标:["经度","纬度"]}}} })
communities是存储一个或多个标准GeoJson格式多边形的集合。如果查询返回null,则表示不相交,否则为。
这里有详细的记录: https://docs.mongodb.com/manual/tutorial/geospatial-tutorial/
在330个不规则多边形网格中,超过6000个点分类的性能不到一分钟,没有任何优化,包括用各自的多边形更新文档的时间。
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。
VBA版本:
注意:请记住,如果你的多边形是地图中的一个区域,纬度/经度是Y/X值,而不是X/Y(纬度= Y,经度= X),因为从我的理解来看,这是历史含义,因为经度不是一个测量值。
类模块:CPoint
Private pXValue As Double
Private pYValue As Double
'''''X Value Property'''''
Public Property Get X() As Double
X = pXValue
End Property
Public Property Let X(Value As Double)
pXValue = Value
End Property
'''''Y Value Property'''''
Public Property Get Y() As Double
Y = pYValue
End Property
Public Property Let Y(Value As Double)
pYValue = Value
End Property
模块:
Public Function isPointInPolygon(p As CPoint, polygon() As CPoint) As Boolean
Dim i As Integer
Dim j As Integer
Dim q As Object
Dim minX As Double
Dim maxX As Double
Dim minY As Double
Dim maxY As Double
minX = polygon(0).X
maxX = polygon(0).X
minY = polygon(0).Y
maxY = polygon(0).Y
For i = 1 To UBound(polygon)
Set q = polygon(i)
minX = vbMin(q.X, minX)
maxX = vbMax(q.X, maxX)
minY = vbMin(q.Y, minY)
maxY = vbMax(q.Y, maxY)
Next i
If p.X < minX Or p.X > maxX Or p.Y < minY Or p.Y > maxY Then
isPointInPolygon = False
Exit Function
End If
' SOURCE: http://www.ecse.rpi.edu/Homepages/wrf/Research/Short_Notes/pnpoly.html
isPointInPolygon = False
i = 0
j = UBound(polygon)
Do While i < UBound(polygon) + 1
If (polygon(i).Y > p.Y) Then
If (polygon(j).Y < p.Y) Then
If p.X < (polygon(j).X - polygon(i).X) * (p.Y - polygon(i).Y) / (polygon(j).Y - polygon(i).Y) + polygon(i).X Then
isPointInPolygon = True
Exit Function
End If
End If
ElseIf (polygon(i).Y < p.Y) Then
If (polygon(j).Y > p.Y) Then
If p.X < (polygon(j).X - polygon(i).X) * (p.Y - polygon(i).Y) / (polygon(j).Y - polygon(i).Y) + polygon(i).X Then
isPointInPolygon = True
Exit Function
End If
End If
End If
j = i
i = i + 1
Loop
End Function
Function vbMax(n1, n2) As Double
vbMax = IIf(n1 > n2, n1, n2)
End Function
Function vbMin(n1, n2) As Double
vbMin = IIf(n1 > n2, n2, n1)
End Function
Sub TestPointInPolygon()
Dim i As Integer
Dim InPolygon As Boolean
' MARKER Object
Dim p As CPoint
Set p = New CPoint
p.X = <ENTER X VALUE HERE>
p.Y = <ENTER Y VALUE HERE>
' POLYGON OBJECT
Dim polygon() As CPoint
ReDim polygon(<ENTER VALUE HERE>) 'Amount of vertices in polygon - 1
For i = 0 To <ENTER VALUE HERE> 'Same value as above
Set polygon(i) = New CPoint
polygon(i).X = <ASSIGN X VALUE HERE> 'Source a list of values that can be looped through
polgyon(i).Y = <ASSIGN Y VALUE HERE> 'Source a list of values that can be looped through
Next i
InPolygon = isPointInPolygon(p, polygon)
MsgBox InPolygon
End Sub
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