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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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