【算法学习】射线法判断点在多边形内外(C#)以及确定内外两点连线与边界的交点
1.前言:
在GIS开发中,经常会遇到确定一个坐标点是否在一块区域的内部这一问题。
如果这个问题不是一个单纯的数学问题,例如:在判断DEM、二维图像像素点、3D点云点等含有自身特征信息的这些点是否在一个区域范围内部的时候,可以结合其高程信息、RGB信息、深度信息来辅助处理,相比与单纯从数学角度来看更简单、快速。
举几个我认为正确的例子:SLAM中前端角点的选取,利用的是OpenCV来提取;DEM提取边界,根据周围高程的有无;PS中扣出某物边界,利用的是RGB差异性;点云提取可以利用深度信息(本质也是RGB)来做。
但是,如果我现在只拥有点的坐标,该问题就变成一个数学问题了。
2.射线法:
该算法基本思路是从待定点朝任意方向射出一条射线(通常是水平向右),判断该射线与多边形边的交点个数。一般来说,交点个数为偶数(包括0),点在外部;交点个数为奇数,点在内部。
因为点和图形的位置是固定不动的,所以射线的朝向,对于最终的交点个数,也就是位置结果是没有影响的。
2.1 算法介绍
在分析前要先明白几个问题:
- 如果没有特殊需求,待求点在图形的边界(线段、交点)上,默认是属于图形内部的。
- 默认待求点的射线沿着x轴方向水平射出(水平向右)。
- 射线经过边界交点情况很常见,为了防止上一个线段的末顶点和下一个线段的首顶点(这两个是一个点)被算作两次,所以只看线段的y更小的一端,即参数方程的值域符号:[y1,y2)。
假如逆时针遍历各边,看下图示例:
(1)从简单情况开始分析:
最简单的情况当属一个规整的四边形,射线与四边形的交点个数存在的情况有:0,1,2。
如果,不考虑穿过顶点,不考虑点的射线与边平行(重合),就单纯考虑穿的全部是边,遇到这种情况:
先建立遍历边的参数方程,找到射线与参数方程的交点,再判断交点X交和待定点的位置关系。
如果P在X交左侧,有一个交点则计数+1;
如果P和X交是一个点,则说明P在边界线段上,直接返回true;
如果在X交右侧,没有交点。
注意:这里的上下yi和yj的取值,要包含下界,不包含上界,否则会被计算两次,而且这样可以有效忽略水平边界而待求点在左侧的问题。
当然,反过来也可以,都选择更大的y值。
(2)我认为的几种特殊情况,这几种特殊情况有特点:就是无法找到线段去做参数方程或者实际交点无数个。这几种特殊情况需要单独处理。
- 待求点就是边界交点:通过坐标判断,直接返回是否在边界内。
- 待求点在水平边界线上:通过坐标判断,直接返回是否在边界内。
- 待求点在水平边界线左侧:配合前后该水平边界先后线段参数方程的值域,这种情况可以直接忽略!(忽略不是没有考虑)
2.2 C#代码实现
using System;
using System.Collections.Generic;public class Point
{public double X { get; set; }public double Y { get; set; }public Point(double x, double y){X = x;Y = y;}
}
public class Polygon
{private List<Point> vertices;public Polygon(List<Point> points){vertices = points;}public bool IsPointInside(Point testPoint){int intersectionCount = 0;int vertexCount = vertices.Count;for (int i = 0, j = vertexCount - 1; i < vertexCount; j = i++){Point vi = vertices[i];Point vj = vertices[j];// 检查测试点是否在顶点上if ((vi.X == testPoint.X && vi.Y == testPoint.Y) ||(vj.X == testPoint.X && vj.Y == testPoint.Y)){return true;}// 检查测试点是否在水平边上if (vi.Y == vj.Y && vi.Y == testPoint.Y){if (testPoint.X > Math.Min(vi.X, vj.X) && testPoint.X < Math.Max(vi.X, vj.X)){return true;}}// 检查testpoint.y是否在两个端点的中间//if ((vi.Y > testPoint.Y) != (vj.Y > testPoint.Y)) // 这行代码更简单,但是有点小小的不直观if ((vi.Y <= testPoint.Y && vj.Y > testPoint.Y) || (vj.Y <= testPoint.Y && vi.Y > testPoint.Y)){double intersectionX = (vj.X - vi.X) * (testPoint.Y - vi.Y) / (vj.Y - vi.Y) + vi.X;// 处理边界情况if (testPoint.X == intersectionX){return true;}if (testPoint.X < intersectionX){intersectionCount++;}}}// 如果交点数为奇数,则点在多边形内部return intersectionCount % 2 != 0;}
}
internal class Program
{static void Main(string[] args){List<Point> vertices = new List<Point>{new Point(0,0),new Point(1,0),new Point(2,-1),new Point(3,0),new Point(5,0),new Point(5,1),new Point(4,1),new Point(4,2),new Point(3,3),new Point(3,4),new Point(2,4),new Point(2,3),new Point(1,3),new Point(1,4),new Point(0,4),new Point(0,2),new Point(-1,1),};Polygon polygon = new Polygon(vertices);List<Point> testPoint = new List<Point>();for (int i = -1; i < 6; i++){for (int j = -1; j < 7; j++){testPoint.Add(new Point(i, j));}}foreach (var p in testPoint){Console.WriteLine($"p点坐标:({p.X}, {p.Y}),是否在图形内部:{polygon.IsPointInside(p)}");}Console.ReadKey();}
}
用for循环写了一个从(-1,-1)到(5,6)覆盖的测试点,最后结果:
p点坐标:(-1, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(-1, 0),是否在图形内部:False
p点坐标:(-1, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(-1, 2),是否在图形内部:False
p点坐标:(-1, 3),是否在图形内部:False|p点坐标:(-1, 4),是否在图形内部:False
p点坐标:(-1, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(-1, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(0, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(0, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(0, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(0, 2),是否在图形内部:True
p点坐标:(0, 3),是否在图形内部:True|p点坐标:(0, 4),是否在图形内部:True
p点坐标:(0, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(0, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(1, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(1, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(1, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(1, 2),是否在图形内部:True
p点坐标:(1, 3),是否在图形内部:True|p点坐标:(1, 4),是否在图形内部:True
p点坐标:(1, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(1, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(2, -1),是否在图形内部:True|p点坐标:(2, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(2, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(2, 2),是否在图形内部:True
p点坐标:(2, 3),是否在图形内部:True|p点坐标:(2, 4),是否在图形内部:True
p点坐标:(2, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(2, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(3, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(3, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(3, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(3, 2),是否在图形内部:True
p点坐标:(3, 3),是否在图形内部:True|p点坐标:(3, 4),是否在图形内部:True
p点坐标:(3, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(3, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(4, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(4, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(4, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(4, 2),是否在图形内部:True
p点坐标:(4, 3),是否在图形内部:False|p点坐标:(4, 4),是否在图形内部:False
p点坐标:(4, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(4, 6),是否在图形内部:False
p点坐标:(5, -1),是否在图形内部:False|p点坐标:(5, 0),是否在图形内部:True
p点坐标:(5, 1),是否在图形内部:True|p点坐标:(5, 2),是否在图形内部:False
p点坐标:(5, 3),是否在图形内部:False|p点坐标:(5, 4),是否在图形内部:False
p点坐标:(5, 5),是否在图形内部:False|p点坐标:(5, 6),是否在图形内部:False
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随着全球化的深入发展,越来越多的国内企业将市场拓展到海外。为了确保外贸业务的顺利进行,企业需要建立一个稳定、安全且高速的网络。那么,外贸企业应该选择哪种网络呢?本文将为您详细介绍。 外贸企业应选择什么网络? …...
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Redis 7.x 系列【14】数据类型之流(Stream)
有道无术,术尚可求,有术无道,止于术。 本系列Redis 版本 7.2.5 源码地址:https://gitee.com/pearl-organization/study-redis-demo 文章目录 1. 概述2. 常用命令2.1 XADD2.2 XRANGE2.3 XREVRANGE2.4 XDEL2.5 XLEN2.6 XREAD2.7 XG…...
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(四)opengl函数加载和错误处理
#include <glad/glad.h>//glad必须在glfw头文件之前包含 #include <GLFW/glfw3.h> #include <iostream>void frameBufferSizeCallbakc(GLFWwindow* window, int width, int height) {glViewport(0, 0, width, height);std::cout << width << &qu…...
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RuoYi-Vue3不启动后端服务如何登陆?
RuoYi-Vue3不启动后端服务如何登陆?RuoYi-Vue3使用的前端技术栈 是:Vue3 + Element Plus + Vite。 github开源地址:https://github.com/yangzongzhuan/RuoYi-Vue3 前后的分离在线演示项目地址:https://vue.ruoyi.vip/ 这种方式是用若依提供的在线后端接口,可以在此基础上修…...
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TP8/6 子域名绑定应用
原www.xxx.com/admin改为admincms.xxx.com config/app.php 官方文档:ThinkPHP官方手册...
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web基础与HTTP协议(企业网站架构部署与优化)
补充:http服务首页文件在/var/www/html下的,一定是index.html命名的文件。才会显示出来。 如果该路径下没有相应的文件,会显示/usr/share/httpd/noindex下的index.html文件。 如果/usr/share/httpd/noindex没有index.html文件,会…...
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大数据面试题之Presto[Trino](5)
目录 Presto的扩展性如何? Presto如何与Hadoop生态系统集成? Presto是否可以连接到NoSQL数据库? 如何使用Presto查询Kafka中的数据? Presto与Spark SQL相比有何优势和劣势? Presto如何与云服务集成࿱…...
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Visual studio 2023下使用 installer projects 打包C#程序并创建 CustomAction 类
Visual studio 2023下使用 installer projects 打包C#程序并创建 CustomAction 类 1 安装Visual studio 20203,并安装插件1.1 下载并安装 Visual Studio1.2 步骤二:安装 installer projects 扩展插件2 创建安装项目2.1 创建Windows安装项目2.2 新建应用程序安装文件夹2.3 添加…...
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【Spring Boot】yaml松弛绑定_yaml使用el和随机值
1、yaml松弛绑定 1.1简介 yaml松弛绑定(Loose Binding)在Spring Boot中指的是yaml配置文件中的属性与Java类中的属性之间的一种灵活对应关系。这种对应关系允许在yaml文件中使用不同的命名风格(如中划线-分隔的命名方式)&#x…...
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每天一个数据分析题(四百零一)- 逻辑回归
对于一组数据,搭建了一个逻辑回归模型,则下列描述正确的是( ) A. 被解释变量为连续型数据 B. 解释变量一定均为离散型数据 C. 模型的最优阈值为0.5 D. 模型的最优阈值需要根据数据结果计算 数据分析认证考试介绍:点击进入 题目来源于CD…...
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我国科研团队实现光动力治疗皮肤损伤技术突破
北京理工大学科研团队历经数年,成功研发出仅重3.6克的微型一体化光动力治疗装置,实现对鲜红斑痣等皮肤疾病的高效光动力治疗。相关成果近日在国际学术期刊《npj-柔性电子》发表。光动力疗法,是通过紫外线或红外线等治疗光照射,将光敏药物作用于人体组织,对诸多皮肤疾病有显…...
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马斯克:若苹果在操作系统层面集成OpenAI,我将禁止苹果设备进入我的公
文|编辑部整理 编辑|大风马斯克:若苹果在操作系统层面集成OpenAI,我将禁止苹果设备进入我的公司马斯克表示,如果苹果与OpenAI合作,在操作系统层面整合ChatGPT,我将禁止那些携带苹果设备的人来访。届时,访客将需要在公司大门口接受针对苹果设备的设备检查。马斯克提及,“…...
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新火科技控股01611公布中期业绩公司拥有人应占溢利9981.3万港元同
公布中期业绩 公司拥有人应占溢利9981.3万港元 同比扭亏为盈)智通财经APP讯,新火科技控股公布截至2024年3月31日止六个月的中期业绩,收益约6.56亿港元,同比减少72.6%;毛利3214.1万港元,2023年同期毛损1438.8万港元;公司拥有人应占溢利9981.3万港元,2023年同期应占亏损约2.…...
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IEEE Latex模版踩雷避坑指南
参考文献 原Latex模版 \begin{thebibliography}{1} \bibliographystyle{IEEEtran}\bibitem{ref1} {\it{Mathematics Into Type}}. American Mathematical Society. [Online]. Available: https://www.ams.org/arc/styleguide/mit-2.pdf\bibitem{ref2} T. W. Chaundy, P. R. Ba…...
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时间|基于SprinBoot+vue的时间管理系统(源码+数据库+文档)
时间管理系统 目录 基于SprinBootvue的时间管理系统 一、前言 二、系统设计 三、系统功能设计 1管理员功能模块 2用户功能模块 四、数据库设计 五、核心代码 六、论文参考 七、最新计算机毕设选题推荐 八、源码获取: 博主介绍:✌️大厂码农…...
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Python面试宝典:Python中与动态规划和排序算法相关的面试笔试题(1000加面试笔试题助你轻松捕获大厂Offer)
Python面试宝典:1000加python面试题助你轻松捕获大厂Offer【第二部分:Python高级特性:第十二章:高级数据结构和算法:第二节:Python中实现各类高级数据结构与算法三】 第十二章:高级数据结构和算法第二节:Python中实现各类高级数据结构与算法2.3、python中与动态规划和排…...