Like David Segonds' answer suggests I use an approach of angle summation derived from my concave polygon drawing algorithm. It relies of adding up the approximate angles of subtriangles around the point to obtain a weight. A weight around 1.0 means the point is inside the triangle, a weight around 0.0 means outside, a weight around -1.0 is what happens when inside the polygon but in reverse order (like with one of the halves of a bowtie-shaped tetragon) and a weight of NAN if exactly on an edge. The reason it's not slow is that angles don't need to be estimated accurately at all. Holes can be handled by treating them as separate polygons and subtracting the weights.

typedef struct { double x, y; } xy_t;

xy_t sub_xy(xy_t a, xy_t b)
{
    a.x -= b.x;
    a.y -= b.y;
    return a;
}

double calc_sharp_subtriangle_pixel_weight(xy_t p0, xy_t p1)
{
    xy_t rot, r0, r1;
    double weight;

    // Rotate points (unnormalised)
    rot = sub_xy(p1, p0);
    r0.x = rot.x*p0.y - rot.y*p0.x;
    r0.y = rot.x*p0.x + rot.y*p0.y;
    r1.y = rot.x*p1.x + rot.y*p1.y;

    // Calc weight
    weight = subtriangle_angle_approx(r1.y, r0.x) - subtriangle_angle_approx(r0.y, r0.x);

    return weight;
}

double calc_sharp_polygon_pixel_weight(xy_t p, xy_t *corner, int corner_count)
{
    int i;
    xy_t p0, p1;
    double weight = 0.;

    p0 = sub_xy(corner[corner_count-1], p);
    for (i=0; i < corner_count; i++)
    {
        // Transform corner coordinates
        p1 = sub_xy(corner[i], p);

        // Calculate weight for each subtriangle
        weight += calc_sharp_subtriangle_pixel_weight(p0, p1);
        p0 = p1;
    }

    return weight;
}

因此，对于多边形的每一段，都形成一个子三角形，并计算点，然后旋转每个子三角形以计算其近似角度并添加到权重。

调用subtriangle_angle_approx(y, x)可以替换为atan2(y, x) / (2.*pi)，但是一个非常粗略的近似值就足够精确了:

double subtriangle_angle_approx(double y, double x)
{
    double angle, d;
    int obtuse;

    if (x == 0.)
        return NAN;

    obtuse = fabs(y) > fabs(x);
    if (obtuse)
        swap_double(&y, &x);

    // Core of the approximation, a very loosely approximate atan(y/x) / (2.*pi) over ]-1 , 1[
    d = y / x;
    angle = 0.13185 * d;

    if (obtuse)
        angle = sign(d)*0.25 - angle;

    return angle;
}

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(:

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。

在C语言的多边形测试中，有一个点没有使用光线投射。它可以用于重叠区域(自我交叉)，请参阅use_holes参数。

/* math lib (defined below) */
static float dot_v2v2(const float a[2], const float b[2]);
static float angle_signed_v2v2(const float v1[2], const float v2[2]);
static void copy_v2_v2(float r[2], const float a[2]);

/* intersection function */
bool isect_point_poly_v2(const float pt[2], const float verts[][2], const unsigned int nr,
                         const bool use_holes)
{
    /* we do the angle rule, define that all added angles should be about zero or (2 * PI) */
    float angletot = 0.0;
    float fp1[2], fp2[2];
    unsigned int i;
    const float *p1, *p2;

    p1 = verts[nr - 1];

    /* first vector */
    fp1[0] = p1[0] - pt[0];
    fp1[1] = p1[1] - pt[1];

    for (i = 0; i < nr; i++) {
        p2 = verts[i];

        /* second vector */
        fp2[0] = p2[0] - pt[0];
        fp2[1] = p2[1] - pt[1];

        /* dot and angle and cross */
        angletot += angle_signed_v2v2(fp1, fp2);

        /* circulate */
        copy_v2_v2(fp1, fp2);
        p1 = p2;
    }

    angletot = fabsf(angletot);
    if (use_holes) {
        const float nested = floorf((angletot / (float)(M_PI * 2.0)) + 0.00001f);
        angletot -= nested * (float)(M_PI * 2.0);
        return (angletot > 4.0f) != ((int)nested % 2);
    }
    else {
        return (angletot > 4.0f);
    }
}

/* math lib */

static float dot_v2v2(const float a[2], const float b[2])
{
    return a[0] * b[0] + a[1] * b[1];
}

static float angle_signed_v2v2(const float v1[2], const float v2[2])
{
    const float perp_dot = (v1[1] * v2[0]) - (v1[0] * v2[1]);
    return atan2f(perp_dot, dot_v2v2(v1, v2));
}

static void copy_v2_v2(float r[2], const float a[2])
{
    r[0] = a[0];
    r[1] = a[1];
}

注意:这是一个不太理想的方法，因为它包含很多对atan2f的调用，但它可能会引起阅读这个线程的开发人员的兴趣(在我的测试中，它比使用线交方法慢23倍)。

nirg的c#版本的答案在这里:我只分享代码。这可能会节省一些时间。

public static bool IsPointInPolygon(IList<Point> polygon, Point testPoint) {
            bool result = false;
            int j = polygon.Count() - 1;
            for (int i = 0; i < polygon.Count(); i++) {
                if (polygon[i].Y < testPoint.Y && polygon[j].Y >= testPoint.Y || polygon[j].Y < testPoint.Y && polygon[i].Y >= testPoint.Y) {
                    if (polygon[i].X + (testPoint.Y - polygon[i].Y) / (polygon[j].Y - polygon[i].Y) * (polygon[j].X - polygon[i].X) < testPoint.X) {
                        result = !result;
                    }
                }
                j = i;
            }
            return result;
        }

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
}