我如何“膨胀”一个多边形?也就是说,我想做一些类似的事情:

要求是,新的(膨胀的)多边形的边/点与旧的(原始的)多边形的边/点的距离都是相同的(在示例图片上,它们不是,因为这样它就必须使用弧来膨胀顶点,但让我们暂时忘记这一点;))。

我要找的数学术语实际上是向内/向外多边形偏移。balint指出这一点+1。另一种命名是多边形缓冲。

我的搜索结果:

以下是一些链接:

多边形偏移策略综述 多边形偏移,问题 缓冲多边形数据


当前回答

这是这里解释的算法的c#实现。它也使用Unity数学库和集合包。

public static NativeArray<float2> ExpandPoly(NativeArray<float2> oldPoints, float offset, int outer_ccw = 1)
{
    int num_points = oldPoints.Length;
    NativeArray<float2> newPoints = new NativeArray<float2>(num_points, Allocator.Temp);

    for (int curr = 0; curr < num_points; curr++)
    {
        int prev = (curr + num_points - 1) % num_points;
        int next = (curr + 1) % num_points;

        float2 vn = oldPoints[next] - oldPoints[curr];
        float2 vnn = math.normalize(vn);
        float nnnX = vnn.y;
        float nnnY = -vnn.x;

        float2 vp = oldPoints[curr] - oldPoints[prev];
        float2 vpn = math.normalize(vp);
        float npnX = vpn.y * outer_ccw;
        float npnY = -vpn.x * outer_ccw;

        float bisX = (nnnX + npnX) * outer_ccw;
        float bisY = (nnnY + npnY) * outer_ccw;

        float2 bisn = math.normalize(new float2(bisX, bisY));
        float bislen = offset / math.sqrt((1 + nnnX * npnX + nnnY * npnY) / 2);

        newPoints[curr] = new float2(oldPoints[curr].x + bislen * bisn.x, oldPoints[curr].y + bislen * bisn.y);
    }

    return newPoints;
}

其他回答

听起来你想要的是

Starting at a vertex, face anti-clockwise along an adjacent edge. Replace the edge with a new, parallel edge placed at distance d to the "left" of the old one. Repeat for all edges. Find the intersections of the new edges to get the new vertices. Detect if you've become a crossed polygon and decide what to do about it. Probably add a new vertex at the crossing-point and get rid of some old ones. I'm not sure whether there's a better way to detect this than just to compare every pair of non-adjacent edges to see if their intersection lies between both pairs of vertices.

生成的多边形位于所需的距离上,与旧多边形距离顶点“足够远”。在一个顶点附近,距离旧多边形d的点的集合,正如你所说,不是一个多边形,所以不能满足所述的要求。

我不知道这个算法是否有名字,网络上的示例代码,或者是一个残酷的优化,但我认为它描述了你想要的东西。

根据@JoshO'Brian的建议,R语言中的rGeos包实现了这个算法。参见rGeos::gBuffer。

你要找的多边形在计算几何中称为内/外偏移多边形,它与直骨架密切相关。

这是一个复杂多边形的几个偏移多边形:

这是另一个多边形的直骨架:

正如在其他评论中指出的那样,取决于你计划“膨胀/收缩”你的多边形的程度,你最终可以得到不同的输出连接。

从计算的角度来看:一旦你有了直线骨架,你应该能够相对容易地构建偏移多边形。开源的CGAL库(非商业免费)有一个实现这些结构的包。请参阅此代码示例使用CGAL计算偏移多边形。

包手册应该给你一个很好的起点,即使你不打算使用CGAL,如何构造这些结构,并包含参考文献的数学定义和属性:

CGAL手册:2D直骨架和多边形偏移

我想我可以简单地提到我自己的多边形裁剪和偏移库- Clipper。

虽然Clipper主要是为多边形裁剪操作而设计的,但它也做多边形偏移。该库是用Delphi、c++和c#编写的开源免费软件。它有一个非常无限制的Boost许可证,允许它在免费软件和商业应用程序中免费使用。

多边形偏移可以使用三种偏移样式之一-方形,圆形和斜切。

2022年8月: Clipper2现在已经正式发布,它取代了Clipper(又名Clipper1)。

谢谢你在这个话题上的帮助,如果有人感兴趣,这里是c++的代码。测试过了,很管用。如果你给offset = -1.5,它会缩小多边形。

    typedef struct {
        double x;
        double y;
    } Point2D;
    
    double Hypot(double x, double y)
    {
        return std::sqrt(x * x + y * y);
    }
    
    Point2D NormalizeVector(const Point2D& p)
    {
        double h = Hypot(p.x, p.y);
        if (h < 0.0001)
            return Point2D({ 0.0, 0.0 });
    
        double inverseHypot = 1 / h;
        return Point2D({ (double)p.x * inverseHypot, (double)p.y * inverseHypot });
    }
    
    void offsetPolygon(std::vector<Point2D>& polyCoords, std::vector<Point2D>& newPolyCoords, double offset, int outer_ccw)
    {
        if (offset == 0.0 || polyCoords.size() < 3)
            return;
    
        Point2D vnn, vpn, bisn;
        double vnX, vnY, vpX, vpY;
        double nnnX, nnnY;
        double npnX, npnY;
        double bisX, bisY, bisLen;
    
        unsigned int nVerts = polyCoords.size() - 1;
    
        for (unsigned int curr = 0; curr < polyCoords.size(); curr++)
        {
            int prev = (curr + nVerts - 1) % nVerts;
            int next = (curr + 1) % nVerts;
    
            vnX = polyCoords[next].x - polyCoords[curr].x;
            vnY = polyCoords[next].y - polyCoords[curr].y;
            vnn = NormalizeVector({ vnX, vnY });
            nnnX = vnn.y;
            nnnY = -vnn.x;
    
            vpX = polyCoords[curr].x - polyCoords[prev].x;
            vpY = polyCoords[curr].y - polyCoords[prev].y;
            vpn = NormalizeVector({ vpX, vpY });
            npnX = vpn.y * outer_ccw;
            npnY = -vpn.x * outer_ccw;
    
            bisX = (nnnX + npnX) * outer_ccw;
            bisY = (nnnY + npnY) * outer_ccw;
    
            bisn = NormalizeVector({ bisX, bisY });
            bisLen = offset / std::sqrt((1 + nnnX * npnX + nnnY * npnY) / 2);
    
            newPolyCoords.push_back({ polyCoords[curr].x + bisLen * bisn.x, polyCoords[curr].y + bisLen * bisn.y });
        }
    }