bobobobo引用的Eric Haines的文章真的很棒。特别有趣的是比较算法性能的表格;角度求和法和其他方法比起来真的很差。同样有趣的是，使用查找网格将多边形进一步细分为“in”和“out”扇区的优化可以使测试非常快，即使是在> 1000条边的多边形上。

不管怎样，现在还为时过早，但我的投票倾向于“交叉”方法，我认为这几乎就是Mecki所描述的。然而，我发现大卫·伯克(David Bourke)对它进行了最简洁的描述和编纂。我喜欢它不需要真正的三角函数，它适用于凸和凹，而且随着边数的增加，它的表现也相当不错。

顺便说一下，这是Eric Haines文章中的一个性能表，在随机多边形上进行测试。

                       number of edges per polygon
                         3       4      10      100    1000
MacMartin               2.9     3.2     5.9     50.6    485
Crossings               3.1     3.4     6.8     60.0    624
Triangle Fan+edge sort  1.1     1.8     6.5     77.6    787
Triangle Fan            1.2     2.1     7.3     85.4    865
Barycentric             2.1     3.8    13.8    160.7   1665
Angle Summation        56.2    70.4   153.6   1403.8  14693

Grid (100x100)          1.5     1.5     1.6      2.1      9.8
Grid (20x20)            1.7     1.7     1.9      5.7     42.2
Bins (100)              1.8     1.9     2.7     15.1    117
Bins (20)               2.1     2.2     3.7     26.3    278

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。

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。

这个问题的大多数答案并没有很好地处理所有的极端情况。以下是一些微妙的极端情况: 这是一个javascript版本，所有角落的情况都得到了很好的处理。

/** Get relationship between a point and a polygon using ray-casting algorithm
 * @param {{x:number, y:number}} P: point to check
 * @param {{x:number, y:number}[]} polygon: the polygon
 * @returns -1: outside, 0: on edge, 1: inside
 */
function relationPP(P, polygon) {
    const between = (p, a, b) => p >= a && p <= b || p <= a && p >= b
    let inside = false
    for (let i = polygon.length-1, j = 0; j < polygon.length; i = j, j++) {
        const A = polygon[i]
        const B = polygon[j]
        // corner cases
        if (P.x == A.x && P.y == A.y || P.x == B.x && P.y == B.y) return 0
        if (A.y == B.y && P.y == A.y && between(P.x, A.x, B.x)) return 0

        if (between(P.y, A.y, B.y)) { // if P inside the vertical range
            // filter out "ray pass vertex" problem by treating the line a little lower
            if (P.y == A.y && B.y >= A.y || P.y == B.y && A.y >= B.y) continue
            // calc cross product `PA X PB`, P lays on left side of AB if c > 0 
            const c = (A.x - P.x) * (B.y - P.y) - (B.x - P.x) * (A.y - P.y)
            if (c == 0) return 0
            if ((A.y < B.y) == (c > 0)) inside = !inside
        }
    }

    return inside? 1 : -1
}

在大多数情况下，这是一个比其他算法都快的算法。

它又新又雅致。我们花费O(n * log(n))时间构建一个表，允许我们在O(log(n) + k)时间内测试多边形中的点。

与光线跟踪或角度不同，使用扫描光束表可以更快地对同一多边形进行多次检查。我们必须预先构建一个扫描束活动边表，这是大多数代码正在做的事情。

We calculate the scanbeam and the active edges for that position in the y-direction. We make a list of points sorted by their y-component and we iterate through this list, for two events. Start-Y and End-Y, we track the active edges as we process the list. We process the events in order and for each scanbeam we record the y-value of the event and the active edges at each event (events being start-y and end-y) but we only record these when our event-y is different than last time (so everything at the event point is processed before we mark it in our table).

我们得到我们的表格:

[] p6p5、p6p7 p6p5, p6p7, p2p3, p2p1 p6p7, p5p4, p2p3, p3p1 p7p8, p5p4, p2p3, p2p1 p7p8, p5p4, p3p4, p2p1 p7p8 p2p1、 p7p8、p1p0 p8p0、p1p0 []

在构建该表之后，实际执行工作的代码只有几行。

注意:这里的代码使用复数值作为点。所以。real是。x。imag是。y。

def point_in_scantable(actives_table, events, xi, point):
    beam = bisect(events, point.imag) - 1  # Binary search in sorted array.
    actives_at_y = actives_table[beam]
    total = sum([point.real > xi(e, point.imag) for e in actives_at_y])
    return bool(total % 2)

我们对事件进行二进制搜索，以找到特定值的actives_at_y。对于在y点的所有活动，我们计算在我们点的特定y点的x段值。每次x截距大于点的x分量时加1。然后对总数乘以2。(这是偶数-奇数填充规则，你可以很容易地适应任何其他填充规则)。

完整的代码:

from bisect import bisect

def build_edge_list(polygon):
    edge_list = []
    for i in range(1, len(polygon)):
        if (polygon[i].imag, polygon[i].real) < (polygon[i - 1].imag, polygon[i - 1].real):
            edge_list.append((polygon[i], i))
            edge_list.append((polygon[i - 1], ~i))
        else:
            edge_list.append((polygon[i], ~i))
            edge_list.append((polygon[i - 1], i))

    def sort_key(e):
        return e[0].imag, e[0].real, ~e[1]

    edge_list.sort(key=sort_key)
    return edge_list


def build_scanbeam(edge_list):
    actives_table = []
    events = []
    y = -float("inf")
    actives = []
    for pt, index in edge_list:
        if y != pt.imag:
            actives_table.append(list(actives))
            events.append(y)
        if index >= 0:
            actives.append(index)
        else:
            actives.remove(~index)
        y = pt.imag
    return actives_table, events

def point_in_polygon(polygon, point):
    def x_intercept(e, y):
        pt0 = polygon[e-1]
        pt1 = polygon[e]
        if pt1.real - pt0.real == 0:
            return pt0.real
        m = (pt1.imag - pt0.imag) / (pt1.real - pt0.real)
        b = pt0.imag - (m * pt0.real)
        return (y - b) / m

    edge_list = build_edge_list(polygon)
    actives_table, events = build_scanbeam(edge_list)
    try:
        if len(point):
            return [point_in_scantable(actives_table, events, x_intercept, p) for p in point]
    except TypeError:
        return point_in_scantable(actives_table, events, x_intercept, point)

def point_in_scantable(actives_table, events, xi, point):
    beam = bisect(events, point.imag) - 1  # Binary search in sorted array.
    actives_at_y = actives_table[beam]
    total = sum([point.real > xi(e, point.imag) for e in actives_at_y])
    return bool(total % 2)

如果忽略，则扫描表的构建时间为O(n*log(n))。我们实际上是在O(log(n) + k)时间内查到的。其中n是多边形中段数的大小，k是该多边形中典型的活动边数。其他的光线追踪方法实际上需要O(n)时间。每次我们检查一个点，它迭代整个多边形。所以即使有这个明显的次优实现，它也轻而易举地打败了其他所有的。

There's a few performance tricks that could be done, for example, we can lower the time complexity to O(log(n) + log(k)) time. To do this we would implement Bentley-Ottmann into the sweep line, and rather than processing the intersections as different events, we split the lines at the intersections. We then also sort the active edges by their x-intercepts. We then know that no intersections occur during a scanbeam and since we sorted our segments (taking care to order them correctly within the scanbeam even if they start at the same initial point (you need to look at the slopes, or just compare midpoints of the segments). We then have a sorted intersection-less actives lists scanbeam table which means we can binary search into active edge list as well. Though that sounds like a lot of work for a value of k which is going to be typically 2 or maybe 4.

此外，由于这基本上变成了一个查找表和一些x截距的最小计算，它更能用GPU完成。你不再需要在多边形上循环了。所以你可以用numpy这样的东西来大量计算这些点，这样你就可以一次做所有的计算，从而提高性能。

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!