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(:
其他回答
Obj-C版本nirg的答案与样本方法测试点。Nirg的回答对我很有效。
- (BOOL)isPointInPolygon:(NSArray *)vertices point:(CGPoint)test {
NSUInteger nvert = [vertices count];
NSInteger i, j, c = 0;
CGPoint verti, vertj;
for (i = 0, j = nvert-1; i < nvert; j = i++) {
verti = [(NSValue *)[vertices objectAtIndex:i] CGPointValue];
vertj = [(NSValue *)[vertices objectAtIndex:j] CGPointValue];
if (( (verti.y > test.y) != (vertj.y > test.y) ) &&
( test.x < ( vertj.x - verti.x ) * ( test.y - verti.y ) / ( vertj.y - verti.y ) + verti.x) )
c = !c;
}
return (c ? YES : NO);
}
- (void)testPoint {
NSArray *polygonVertices = [NSArray arrayWithObjects:
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(13.5, 41.5)],
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(42.5, 56.5)],
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(39.5, 69.5)],
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(42.5, 84.5)],
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(13.5, 100.0)],
[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(6.0, 70.5)],
nil
];
CGPoint tappedPoint = CGPointMake(23.0, 70.0);
if ([self isPointInPolygon:polygonVertices point:tappedPoint]) {
NSLog(@"YES");
} else {
NSLog(@"NO");
}
}
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;
}
这大概是一个稍微不那么优化的C代码版本,它来自于这个页面。
我的c++版本使用std::vector<std::pair<double, double>>和两个double作为x和y。逻辑应该与原始C代码完全相同,但我发现我的更容易阅读。我不能为表演说话。
bool point_in_poly(std::vector<std::pair<double, double>>& verts, double point_x, double point_y)
{
bool in_poly = false;
auto num_verts = verts.size();
for (int i = 0, j = num_verts - 1; i < num_verts; j = i++) {
double x1 = verts[i].first;
double y1 = verts[i].second;
double x2 = verts[j].first;
double y2 = verts[j].second;
if (((y1 > point_y) != (y2 > point_y)) &&
(point_x < (x2 - x1) * (point_y - y1) / (y2 - y1) + x1))
in_poly = !in_poly;
}
return in_poly;
}
原始的C代码是
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;
}
为了完整性,这里是nirg提供的算法的lua实现,由Mecki讨论:
function pnpoly(area, test)
local inside = false
local tx, ty = table.unpack(test)
local j = #area
for i=1, #area do
local vxi, vyi = table.unpack(area[i])
local vxj, vyj = table.unpack(area[j])
if (vyi > ty) ~= (vyj > ty)
and tx < (vxj - vxi)*(ty - vyi)/(vyj - vyi) + vxi
then
inside = not inside
end
j = i
end
return inside
end
变量区域是一个点的表,这些点依次存储为2D表。例子:
> A = {{2, 1}, {1, 2}, {15, 3}, {3, 4}, {5, 3}, {4, 1.5}}
> T = {2, 1.1}
> pnpoly(A, T)
true
GitHub Gist的链接。
我已经做了nirg的c++代码的Python实现:
输入
Bounding_points:组成多边形的节点。 Bounding_box_positions:筛选的候选点。(在我从边界框创建的实现中。 (输入为元组列表,格式为:[(xcord, ycord),…])
返回
多边形内的所有点。
def polygon_ray_casting(self, bounding_points, bounding_box_positions):
# Arrays containing the x- and y-coordinates of the polygon's vertices.
vertx = [point[0] for point in bounding_points]
verty = [point[1] for point in bounding_points]
# Number of vertices in the polygon
nvert = len(bounding_points)
# Points that are inside
points_inside = []
# For every candidate position within the bounding box
for idx, pos in enumerate(bounding_box_positions):
testx, testy = (pos[0], pos[1])
c = 0
for i in range(0, nvert):
j = i - 1 if i != 0 else nvert - 1
if( ((verty[i] > testy ) != (verty[j] > testy)) and
(testx < (vertx[j] - vertx[i]) * (testy - verty[i]) / (verty[j] - verty[i]) + vertx[i]) ):
c += 1
# If odd, that means that we are inside the polygon
if c % 2 == 1:
points_inside.append(pos)
return points_inside
同样,这个想法也是从这里得来的
推荐文章
- 确定记录是否存在的最快方法
- 阅读GHC核心
- Python: List vs Dict用于查找表
- 为什么MATLAB的矩阵乘法运算这么快?
- for循环和for-each循环在性能上有区别吗?
- 就性能而言,使用std::memcpy()还是std::copy()更好?
- 什么时候我应该(不)想要在我的代码中使用熊猫apply() ?
- 如何加速gwt编译器?
- MySQL OR与IN性能
- 应该……接住环内还是环外?
- 哪个更快/最好?SELECT *或SELECT columnn1, colum2, column3等
- 加快R中的循环操作
- INT和VARCHAR主键之间有真正的性能差异吗?
- c++标准是否要求iostreams的性能很差,或者我只是在处理一个糟糕的实现?
- 大概的成本访问各种缓存和主存储器?