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
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。
其他回答
我认为这是迄今为止所有答案中最简洁的一个。
例如,假设我们有一个多边形,它带有多边形凹,看起来像这样:
大多边形顶点的二维坐标为
[[139, 483], [227, 792], [482, 849], [523, 670], [352, 330]]
方框顶点的坐标为
[[248, 518], [336, 510], [341, 614], [250, 620]]
空心三角形顶点的坐标为
[[416, 531], [505, 517], [495, 616]]
假设我们想要测试两个点[296,557]和[422,730],如果它们在红色区域内(不包括边缘)。如果我们定位这两个点,它将是这样的:
显然,[296,557]不在读取区域内,而[422,730]在。
我的解决方案是基于圈数算法。下面是我只使用numpy的4行python代码:
def detect(points, *polygons):
import numpy as np
endpoint1 = np.r_[tuple(np.roll(p, 1, 0) for p in polygons)][:, None] - points
endpoint2 = np.r_[polygons][:, None] - points
p1, p2 = np.cross(endpoint1, endpoint2), np.einsum('...i,...i', endpoint1, endpoint2)
return ~((p1.sum(0) < 0) ^ (abs(np.arctan2(p1, p2).sum(0)) > np.pi) | ((p1 == 0) & (p2 <= 0)).any(0))
要测试实现:
points = [[296, 557], [422, 730]]
polygon1 = [[139, 483], [227, 792], [482, 849], [523, 670], [352, 330]]
polygon2 = [[248, 518], [336, 510], [341, 614], [250, 620]]
polygon3 = [[416, 531], [505, 517], [495, 616]]
print(detect(points, polygon1, polygon2, polygon3))
输出:
[False True]
答案取决于你用的是简单多边形还是复杂多边形。简单多边形不能有任何线段交点。所以它们可以有洞,但线不能交叉。复杂区域可以有直线交点,所以它们可以有重叠的区域,或者只有一点相交的区域。
对于简单多边形,最好的算法是光线投射(交叉数)算法。对于复杂多边形,该算法不检测重叠区域内的点。所以对于复杂多边形你必须使用圈数算法。
下面是一篇用C实现这两种算法的优秀文章。我试过了,效果不错。
http://geomalgorithms.com/a03-_inclusion.html
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。
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
Java版本:
public class Geocode {
private float latitude;
private float longitude;
public Geocode() {
}
public Geocode(float latitude, float longitude) {
this.latitude = latitude;
this.longitude = longitude;
}
public float getLatitude() {
return latitude;
}
public void setLatitude(float latitude) {
this.latitude = latitude;
}
public float getLongitude() {
return longitude;
}
public void setLongitude(float longitude) {
this.longitude = longitude;
}
}
public class GeoPolygon {
private ArrayList<Geocode> points;
public GeoPolygon() {
this.points = new ArrayList<Geocode>();
}
public GeoPolygon(ArrayList<Geocode> points) {
this.points = points;
}
public GeoPolygon add(Geocode geo) {
points.add(geo);
return this;
}
public boolean inside(Geocode geo) {
int i, j;
boolean c = false;
for (i = 0, j = points.size() - 1; i < points.size(); j = i++) {
if (((points.get(i).getLongitude() > geo.getLongitude()) != (points.get(j).getLongitude() > geo.getLongitude())) &&
(geo.getLatitude() < (points.get(j).getLatitude() - points.get(i).getLatitude()) * (geo.getLongitude() - points.get(i).getLongitude()) / (points.get(j).getLongitude() - points.get(i).getLongitude()) + points.get(i).getLatitude()))
c = !c;
}
return c;
}
}
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