检查点是不是在多边形内

Posted 2023-02-14

【中文标题】检查点是不是在多边形内

【英文标题】：Checking if a point is inside a polygon检查点是否在多边形内

【发布时间】：2013-05-13 14:14:54

【问题描述】：

我有一个描述点的类（有 2 个坐标 x 和 y）和一个描述多边形的类，它有一个与角对应的点列表（self.corners） 我需要检查一个点是否在多边形中

这是应该检查点是否在多边形中的函数。我正在使用光线投射方法

def in_me(self, point):
        result = False
        n = len(self.corners)
        p1x = int(self.corners[0].x)
        p1y = int(self.corners[0].y)
        for i in range(n+1):
            p2x = int(self.corners[i % n].x)
            p2y = int(self.corners[i % n].y)
            if point.y > min(p1y,p2y):
                if point.x <= max(p1x,p2x):
                    if p1y != p2y:
                        xinters = (point.y-p1y)*(p2x-p1x)/(p2y-p1y)+p1x
                        print xinters
                    if p1x == p2x or point.x <= xinters:
                        result = not result
            p1x,p1y = p2x,p2y
         return result

我用以下形状和点进行测试：

PG1 = (0,0), (0,2), (2,2), (2,0)
point = (1,1)

脚本很高兴地返回 False，即使它指向行内。我找不到错误

【问题讨论】：

可能是因为您在整数上使用“/”，它返回一个整数（向下舍入）。您应该改为使用浮点数进行所有计算。此外，如果 p1y == p2y，xinters 可能未定义，但之后仍会使用。

更好的是：根本不划分。不是计算xinters，而是检查(point.x - p1x)*(p2y-p1y) <= (point.y-p1y)*(p2x-p1x)。但是，将顶点坐标转换为整数可能会导致错误，如果它们开始时还不是整数。

...或使用 Python 3，它不会在除法时截断为整数。

如何使用(point.x - p1x)*(p2y-p1y) <= (point.y-p1y)*(p2x-p1x) 使实际代码看起来像？既然是家庭作业，那么我们必须使用 Python 2.7 :(

@Ulrich & helena：可以使用from __future__ import division 在 Python 2 中启用 Python 3 除法。另一种选择是仅float() 分子或分母（或在这种情况下其中一个术语）。

【参考方案1】：

我建议使用matplotlib 中的Path 类

import matplotlib.path as mplPath
import numpy as np

poly = [190, 50, 500, 310]
bbPath = mplPath.Path(np.array([[poly[0], poly[1]],
                     [poly[1], poly[2]],
                     [poly[2], poly[3]],
                     [poly[3], poly[0]]]))

bbPath.contains_point((200, 100))

（如果要测试多个点，还有一个contains_points函数）

【讨论】：

为此，您必须先import numpy as np

有人检查了contains_points 与纯 Python 实现的性能吗？

出了点问题，使用 array = [[100,100],[200,100],[200,200],[100,200],[100,100]] 它给出 False 点 100,100 和 true 点 200,200

为什么是变量名'bbPath'？ if ('bb' 缩写吗？): 'bb' 缩写什么？

bb 表示边界框，即使多边形非常像不会是框:)

【参考方案2】：

我想建议其他一些更改：

def contains(self, point):
    if not self.corners:
        return False

    def lines():
        p0 = self.corners[-1]
        for p1 in self.corners:
            yield p0, p1
            p0 = p1

    for p1, p2 in lines():
        ... # perform actual checks here

注意事项：

一个有 5 个角的多边形也有 5 条边界线，而不是 6 条，你的循环是一个。 使用单独的生成器表达式可以清楚地表明您正在依次检查每一行。 增加了检查空行数。但是，如何处理零长度线和具有单个角的多边形仍然是开放的。 我还考虑将 lines() 函数设为普通成员，而不是嵌套实用程序。 除了许多嵌套的 if 结构外，您还可以检查逆向，然后检查 continue 或使用 and。

【参考方案3】：

步骤：

遍历多边形中的所有线段 检查它们是否与沿 x 方向递增的射线相交

使用来自This SO Question 的intersect 函数

def ccw(A,B,C):
    return (C.y-A.y) * (B.x-A.x) > (B.y-A.y) * (C.x-A.x)

# Return true if line segments AB and CD intersect
def intersect(A,B,C,D):
    return ccw(A,C,D) != ccw(B,C,D) and ccw(A,B,C) != ccw(A,B,D)

def point_in_polygon(pt, poly, inf):
    result = False
    for i in range(len(poly.corners)-1):
        if intersect((poly.corners[i].x, poly.corners[i].y), ( poly.corners[i+1].x, poly.corners[i+1].y), (pt.x, pt.y), (inf, pt.y)):
            result = not result
    if intersect((poly.corners[-1].x, poly.corners[-1].y), (poly.corners[0].x, poly.corners[0].y), (pt.x, pt.y), (inf, pt.y)):
        result = not result
    return result

请注意inf参数应该是你图中x轴的最大值。

【讨论】：

这是不正确的，不适用于点 [2, 5] 和多边形 [8, 6], [11, 10], [16, 5], [11, 3] 编辑：问题可能是光线直接穿过多边形的一个点，导致两条多边形线段切换result，将其转回之前的状态

【参考方案4】：

我试图为我的项目解决同样的问题，但我从我的网络中的某个人那里得到了这段代码。

#!/usr/bin/env python
#
# routine for performing the "point in polygon" inclusion test

# Copyright 2001, softSurfer (www.softsurfer.com)
# This code may be freely used and modified for any purpose
# providing that this copyright notice is included with it.
# SoftSurfer makes no warranty for this code, and cannot be held
# liable for any real or imagined damage resulting from its use.
# Users of this code must verify correctness for their application.

# translated to Python by Maciej Kalisiak <[e-mail]>

#   a Point is represented as a tuple: (x,y)

#===================================================================

# is_left(): tests if a point is Left|On|Right of an infinite line.

#   Input: three points P0, P1, and P2
#   Return: >0 for P2 left of the line through P0 and P1
#           =0 for P2 on the line
#           <0 for P2 right of the line
#   See: the January 2001 Algorithm "Area of 2D and 3D Triangles and Polygons"

def is_left(P0, P1, P2):
    return (P1[0] - P0[0]) * (P2[1] - P0[1]) - (P2[0] - P0[0]) * (P1[1] - P0[1])

#===================================================================

# cn_PnPoly(): crossing number test for a point in a polygon
#     Input:  P = a point,
#             V[] = vertex points of a polygon
#     Return: 0 = outside, 1 = inside
# This code is patterned after [Franklin, 2000]

def cn_PnPoly(P, V):
    cn = 0    # the crossing number counter

    # repeat the first vertex at end
    V = tuple(V[:])+(V[0],)

    # loop through all edges of the polygon
    for i in range(len(V)-1):   # edge from V[i] to V[i+1]
        if ((V[i][1] <= P[1] and V[i+1][1] > P[1])   # an upward crossing
            or (V[i][1] > P[1] and V[i+1][1] <= P[1])):  # a downward crossing
            # compute the actual edge-ray intersect x-coordinate
            vt = (P[1] - V[i][1]) / float(V[i+1][1] - V[i][1])
            if P[0] < V[i][0] + vt * (V[i+1][0] - V[i][0]): # P[0] < intersect
                cn += 1  # a valid crossing of y=P[1] right of P[0]

    return cn % 2   # 0 if even (out), and 1 if odd (in)

#===================================================================

# wn_PnPoly(): winding number test for a point in a polygon
#     Input:  P = a point,
#             V[] = vertex points of a polygon
#     Return: wn = the winding number (=0 only if P is outside V[])

def wn_PnPoly(P, V):
    wn = 0   # the winding number counter

    # repeat the first vertex at end
    V = tuple(V[:]) + (V[0],)

    # loop through all edges of the polygon
    for i in range(len(V)-1):     # edge from V[i] to V[i+1]
        if V[i][1] <= P[1]:        # start y <= P[1]
            if V[i+1][1] > P[1]:     # an upward crossing
                if is_left(V[i], V[i+1], P) > 0: # P left of edge
                    wn += 1           # have a valid up intersect
        else:                      # start y > P[1] (no test needed)
            if V[i+1][1] <= P[1]:    # a downward crossing
                if is_left(V[i], V[i+1], P) < 0: # P right of edge
                    wn -= 1           # have a valid down intersect
    return wn