Java 判断一个点是否在多边形区域内【转】

本文介绍了一种判断一个点是否位于一个多边形区域内的算法实现。通过构造虚拟射线并与多边形的每条边进行交叉检测,统计交点数量来确定点的位置关系。

原文地址:http://blog.163.com/kangle0925@126/blog/static/27758198201181484115912/

import java.util.ArrayList;

/** 
 * 判断一个点,是否在一个多边形区域内 
 */
public class Test
{

    public static void main ( String[] args )
    {

        double px = 113.705835;
        double py = 34.787479;
        ArrayList<Double> polygonXA = new ArrayList<Double>();
        ArrayList<Double> polygonYA = new ArrayList<Double>();
        polygonXA.add(113.700213);// 北京  
        polygonXA.add(113.706651);// 石家庄  
        polygonXA.add(113.706608);// 德州  
        polygonXA.add(113.707337);// 天津  
        polygonXA.add(113.701587);// 烟台  
        polygonXA.add(113.700128);// 唐山jdal  

        polygonYA.add(34.791532);
        polygonYA.add(34.791568);
        polygonYA.add(34.789242);
        polygonYA.add(34.786633);
        polygonYA.add(34.786669);
        polygonYA.add(34.789242);

        Test test = new Test();
        System.out.println(test.isPointInPolygon(px, py, polygonXA, polygonYA));
    }

    public boolean isPointInPolygon ( double px , double py , ArrayList<Double> polygonXA , ArrayList<Double> polygonYA )
    {
        boolean isInside = false;
        double ESP = 1e-9;
        int count = 0;
        double linePoint1x;
        double linePoint1y;
        double linePoint2x = 180;
        double linePoint2y;

        linePoint1x = px;
        linePoint1y = py;
        linePoint2y = py;

        for (int i = 0; i < polygonXA.size() - 1; i++)
        {
            double cx1 = polygonXA.get(i);
            double cy1 = polygonYA.get(i);
            double cx2 = polygonXA.get(i + 1);
            double cy2 = polygonYA.get(i + 1);
            if ( isPointOnLine(px, py, cx1, cy1, cx2, cy2) )
            {
                return true;
            }
            if ( Math.abs(cy2 - cy1) < ESP )
            {
                continue;
            }

            if ( isPointOnLine(cx1, cy1, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y) )
            {
                if ( cy1 > cy2 )
                    count++;
            }
            else if ( isPointOnLine(cx2, cy2, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y) )
            {
                if ( cy2 > cy1 )
                    count++;
            }
            else if ( isIntersect(cx1, cy1, cx2, cy2, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y) )
            {
                count++;
            }
        }
        System.out.println(count);
        if ( count % 2 == 1 )
        {
            isInside = true;
        }

        return isInside;
    }

    public double Multiply ( double px0 , double py0 , double px1 , double py1 , double px2 , double py2 )
    {
        return ((px1 - px0) * (py2 - py0) - (px2 - px0) * (py1 - py0));
    }

    public boolean isPointOnLine ( double px0 , double py0 , double px1 , double py1 , double px2 , double py2 )
    {
        boolean flag = false;
        double ESP = 1e-9;
        if ( (Math.abs(Multiply(px0, py0, px1, py1, px2, py2)) < ESP) && ((px0 - px1) * (px0 - px2) <= 0)
                && ((py0 - py1) * (py0 - py2) <= 0) )
        {
            flag = true;
        }
        return flag;
    }

    public boolean isIntersect ( double px1 , double py1 , double px2 , double py2 , double px3 , double py3 , double px4 ,
            double py4 )
    {
        boolean flag = false;
        double d = (px2 - px1) * (py4 - py3) - (py2 - py1) * (px4 - px3);
        if ( d != 0 )
        {
            double r = ((py1 - py3) * (px4 - px3) - (px1 - px3) * (py4 - py3)) / d;
            double s = ((py1 - py3) * (px2 - px1) - (px1 - px3) * (py2 - py1)) / d;
            if ( (r >= 0) && (r <= 1) && (s >= 0) && (s <= 1) )
            {
                flag = true;
            }
        }
        return flag;
    }
}


<think>嗯,用户想要了解Java判断是否区域内的实现方法。从用户提供的引用内容来看,ta应该正在处理地理空间或图形相关的项目,需要具体的代码实现方案。 用户引用的代码片段展示了射线法的部分实现,但似乎更关注点坐标比较的工具类。这说明用户可能对基础几何计算还不够熟悉。考虑到用户之前的问题涉及多边形包含判断,这次应该是延续性的技术需求。 我注意到几个关键点: 1 用户引用的是二维点判断(y,z坐标),但通常二维图形用x,y坐标。可能是三维系统简化?需要在回答中说明坐标系假设。 2 用户贴的代码有距离阈值判断(0.0001),这在实际空间计算中很重要,回答必须包含浮点数精度处理 3 需要区分凸多边形和凹多边形的处理差异 用户可能遇到的典型问题包括: - 凹多边形中射线穿过多边形边界时可能误判 - 点在边界上的特殊情况处理 - 大数坐标计算的精度丢失 最好提供两种主流方案:通用的射线法和高效的凸包特例法。对于射线法要重点解释核心算法步骤,特别是如何处理边界情况。代码示例应该保持简洁但完整,包含关键的异常处理(比如空多边形)。 考虑到用户贴出的代码使用了自定义Point类,示例代码保持类似结构会更友好。需要特别提醒用户注意坐标系定义(经纬度还是平面坐标),这个在实际应用中容易出错。 用户没有说明性能需求,但空间计算通常涉及大量点判断,所以补充优化建议是必要的。比如预处理多边形边界框可以快速排除外部点。 最后要给出典型应用场景,帮助用户验证是否选对方法。比如GIS系统通常用射线法,而游戏碰撞检测可能用更快的网格划分法。 </think>以下是Java实现判断是否在平面多边形区域内的完整解决方案,采用通用的**射线法**(适用于凸/凹多边形),包含关键原理说明和代码实现: ### 一、射线法核心原理 1. **基本思想**:从待测点向右引一条水平射线,统计射线与多边形边界的**交叉次数** - 奇数次交叉:点在多边形内 ($N_{\text{cross}} \equiv 1 \pmod{2}$) - 偶数次交叉:点在多边形外 ($N_{\text{cross}} \equiv 0 \pmod{2}$) 2. **边界处理**: - 射线经过多边形顶点时,按「上开下闭」原则计数 - 点落在边上时直接判定为包含 ### 二、Java代码实现 ```java import java.util.List; public class PointInPolygon { /** * 判断是否多边形内部 * @param point 待测点 (x,y) * @param polygon 多边形顶点列表 (按顺时针或逆时针顺序) * @return true: 在内部或边界上, false: 在外部 */ public static boolean isPointInPolygon(Point point, List<Point> polygon) { if (polygon == null || polygon.size() < 3) throw new IllegalArgumentException("多边形顶点数至少为3"); int crossCount = 0; int n = polygon.size(); for (int i = 0; i < n; i++) { Point p1 = polygon.get(i); Point p2 = polygon.get((i + 1) % n); // 检查点是否在边上 (包括水平/垂直线段) if (isPointOnSegment(point, p1, p2)) { return true; } // 射线与边相交判断 (下闭上开原则) if ((p1.y > point.y) != (p2.y > point.y) && (point.x < (p2.x - p1.x) * (point.y - p1.y) / (p2.y - p1.y) + p1.x)) { crossCount++; } } return (crossCount % 2) == 1; } /** * 判断是否在线段上 */ private static boolean isPointOnSegment(Point p, Point a, Point b) { // 共线且位于端点之间 double cross = (p.x - a.x) * (b.y - a.y) - (p.y - a.y) * (b.x - a.x); if (Math.abs(cross) > 1e-10) return false; // 不共线 double dot = (p.x - a.x) * (b.x - a.x) + (p.y - a.y) * (b.y - a.y); if (dot < 0) return false; // 在a点外侧 double lenSq = (b.x - a.x)*(b.x - a.x) + (b.y - a.y)*(b.y - a.y); return dot <= lenSq; // 在b点内侧 } // 点类定义 public static class Point { public final double x, y; public Point(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; } } } ``` ### 三、关键细节说明 1. **浮点精度处理**: - 使用 `1e-10` 作为误差容限(第32行) - 避免直接使用 `==` 比较浮点数 2. **边界特例**: - 水平边不参与交叉计数(第23行条件自动过滤) - 顶点处理符合「下闭上开」标准[^1] 3. **时间复杂度**:$O(n)$,$n$为多边形边数 ### 四、使用示例 ```java List<Point> polygon = List.of( new Point(0,0), new Point(5,0), new Point(5,5), new Point(0,5) // 矩形 ); Point testPoint = new Point(2,3); System.out.println(isPointInPolygon(testPoint, polygon)); // 输出 true ``` ### 五、替代方案比较 | 方法 | 适用条件 | 时间复杂度 | 实现难度 | |--------------|----------------|------------|----------| | 射线法 | 任意多边形 | $O(n)$ | 中等 | | 角度求和法 | 任意多边形 | $O(n)$ | 较高 | | 凸包快速判定 | 仅凸多边形 | $O(1)$ | 简单 | > 对于凸多边形可采用更高效的 **叉积法**:所有边向量与点到顶点向量的叉积同号[^1]。
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