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
这个问题很有趣。我有另一个可行的想法,不同于这篇文章的其他答案。其原理是利用角度之和来判断目标是在内部还是外部。也就是圈数。
设x为目标点。让数组[0,1,....N]是该区域的所有点。用一条线将目标点与每一个边界点连接起来。如果目标点在这个区域内。所有角的和是360度。如果不是,角度将小于360度。
参考这张图来对这个概念有一个基本的了解:
我的算法假设顺时针是正方向。这是一个潜在的输入:
[[-122.402015, 48.225216], [-117.032049, 48.999931], [-116.919132, 45.995175], [-124.079107, 46.267259], [-124.717175, 48.377557], [-122.92315, 47.047963], [-122.402015, 48.225216]]
下面是实现这个想法的python代码:
def isInside(self, border, target):
degree = 0
for i in range(len(border) - 1):
a = border[i]
b = border[i + 1]
# calculate distance of vector
A = getDistance(a[0], a[1], b[0], b[1]);
B = getDistance(target[0], target[1], a[0], a[1])
C = getDistance(target[0], target[1], b[0], b[1])
# calculate direction of vector
ta_x = a[0] - target[0]
ta_y = a[1] - target[1]
tb_x = b[0] - target[0]
tb_y = b[1] - target[1]
cross = tb_y * ta_x - tb_x * ta_y
clockwise = cross < 0
# calculate sum of angles
if(clockwise):
degree = degree + math.degrees(math.acos((B * B + C * C - A * A) / (2.0 * B * C)))
else:
degree = degree - math.degrees(math.acos((B * B + C * C - A * A) / (2.0 * B * C)))
if(abs(round(degree) - 360) <= 3):
return True
return False
其他回答
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
对于检测多边形上的命中,我们需要测试两件事:
如果点在多边形区域内。(可通过Ray-Casting算法实现) 如果点在多边形边界上(可以用与在折线(线)上检测点相同的算法来完成)。
我认为下面这段代码是最好的解决方案(从这里开始):
int pnpoly(int nvert, float *vertx, float *verty, float testx, float testy)
{
int i, j, c = 0;
for (i = 0, j = nvert-1; i < nvert; j = i++) {
if ( ((verty[i]>testy) != (verty[j]>testy)) &&
(testx < (vertx[j]-vertx[i]) * (testy-verty[i]) / (verty[j]-verty[i]) + vertx[i]) )
c = !c;
}
return c;
}
参数
nvert:多边形中的顶点数。是否在末端重复第一个顶点在上面的文章中已经讨论过了。 vertx, verty:包含多边形顶点的x坐标和y坐标的数组。 testx, testy:测试点的X坐标和y坐标。
它既简短又高效,适用于凸多边形和凹多边形。如前所述,您应该首先检查边界矩形,并单独处理多边形孔。
这背后的想法很简单。作者描述如下:
我从测试点水平运行一条半无限射线(增加x,固定y),并计算它穿过多少条边。在每个十字路口,光线在内部和外部之间切换。这叫做乔丹曲线定理。
当水平射线穿过任意一条边时,变量c从0变为1,从1变为0。基本上它记录了交叉边的数量是偶数还是奇数。0表示偶数,1表示奇数。
下面是nirg给出的答案的c#版本,它来自RPI教授。请注意,使用来自RPI源代码的代码需要归属。
在顶部添加了一个边界框复选。然而,正如James Brown所指出的,主代码几乎和边界框检查本身一样快,所以边界框检查实际上会减慢整体操作,因为您正在检查的大多数点都在边界框内。所以你可以让边界框签出,或者另一种选择是预先计算多边形的边界框,如果它们不经常改变形状的话。
public bool IsPointInPolygon( Point p, Point[] polygon )
{
double minX = polygon[ 0 ].X;
double maxX = polygon[ 0 ].X;
double minY = polygon[ 0 ].Y;
double maxY = polygon[ 0 ].Y;
for ( int i = 1 ; i < polygon.Length ; i++ )
{
Point q = polygon[ i ];
minX = Math.Min( q.X, minX );
maxX = Math.Max( q.X, maxX );
minY = Math.Min( q.Y, minY );
maxY = Math.Max( q.Y, maxY );
}
if ( p.X < minX || p.X > maxX || p.Y < minY || p.Y > maxY )
{
return false;
}
// https://wrf.ecse.rpi.edu/Research/Short_Notes/pnpoly.html
bool inside = false;
for ( int i = 0, j = polygon.Length - 1 ; i < polygon.Length ; j = i++ )
{
if ( ( polygon[ i ].Y > p.Y ) != ( polygon[ j ].Y > p.Y ) &&
p.X < ( polygon[ j ].X - polygon[ i ].X ) * ( p.Y - polygon[ i ].Y ) / ( polygon[ j ].Y - polygon[ i ].Y ) + polygon[ i ].X )
{
inside = !inside;
}
}
return inside;
}
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;
}
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