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如何用C++实现多边形交集?
2023-07-04 21:21:35 深夜i     --     --
C++ 多边形 交集 算法 计算几何

多边形交集是计算机几何学领域中的一个基本问题。它的目的是求出两个或多个多边形的重叠部分,可以用于地图叠加、CAD软件等领域。C++是一种高效的编程语言,在多边形交集问题中也有广泛的应用。下面将介绍如何用C++实现多边形交集。

1. 算法选择

多边形交集的计算算法有很多,如Sutherland-Hodgman、Weiler-Atherton、Bentley-Ottmann等。在选择算法时,需要根据实际应用场景和算法的复杂度做出权衡。比如,Sutherland-Hodgman算法简单易懂,但在处理复杂多边形时可能会有误差和重复计算;Weiler-Atherton算法高效,但对于自交多边形和孔洞拓扑复杂的多边形处理会比较麻烦。本文选择了Sutherland-Hodgman算法作为实现的算法。

2. 实现步骤

Sutherland-Hodgman算法的基本思想是对一个多边形在另一个多边形的内部进行裁剪,得到交集部分。具体实现步骤如下:

步骤1:将要求交集的两个多边形按照顺时针方向存储点坐标。

步骤2:遍历第一个多边形的每条边,从初始点开始沿着边的方向进入第二个多边形,并计算出进入点和离开点。

步骤3:根据进入点和离开点确定裁剪结果。

当进入点和离开点均在第二个多边形内部时,保留离开点;

当进入点和离开点均在第二个多边形外部时,舍弃该边;

当进入点在第二个多边形内部,离开点在外部时,保留进入点和进入点与离开点的交点。

当进入点在第二个多边形外部,离开点在内部时,保留离开点和离开点与进入点的交点。

步骤4:遍历完第一个多边形的所有边,得到裁剪后的多边形。

步骤5:将裁剪后的多边形作为第一个多边形,重复步骤2到步骤4,直到所有的多边形都进行裁剪计算。

3. 代码实现

下面简单给出C++的代码片段,实现了两个多边形的交集计算。具体的详细实现需要根据实际情况进行。在实际应用中,还需要考虑边缘条件和浮点数误差等问题。


struct Point

  double x;

struct Edge e;

;

vector<Point> clipPolygon(vector<Point> poly1, vector<Point> poly2){

  vector<Edge> edges;

  for (int i=0; i<poly2.size(); i++){

    Edge edge;

    edge.s = poly2[i];

    edge.e = poly2[(i+1)%poly2.size()];

    edges.push_back(edge);

  }

  vector<Point> clipped = poly1;

  for (int i=0; i<edges.size(); i++){

    vector<Point> input = clipped;

    clipped.clear();

    if (input.size() < 1)

      return clipped;

    Point S = input[input.size()-1];

    bool side = inside(S, edges[i].s, edges[i].e);

    for (int j=0; j<input.size(); j++){

      Point E = input[j];

      bool insideE = inside(E, edges[i].s, edges[i].e);

      if (insideE && !side){

        Point I = getIntersection(S, E, edges[i].s, edges[i].e);

        clipped.push_back(I);

      }else if (!insideE && side){

        Point I = getIntersection(S, E, edges[i].s, edges[i].e);

        clipped.push_back(I);

      }

      if (insideE){

        clipped.push_back(E);

      }

      S = E;

      side = insideE;

    }

  }

  return clipped;

}

4. 总结

本文介绍了如何用C++实现多边形交集计算。虽然以Sutherland-Hodgman算法为例,但该问题的解决方法并不唯一,读者可以在实际应用中选择最适合的算法进行实现。在实际应用中,还需要考虑性能和精度等问题。

  
  

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