Принадлежность точки выпуклому и невыпуклому многоугольникам — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(Новая страница: «{{ptready}} == Выпуклый многоугольник == Начнём с того, что выпуклый многоугольник нам задан ка...»)
 
м (rollbackEdits.php mass rollback)
 
(не показано 17 промежуточных версий 5 участников)
Строка 1: Строка 1:
{{ptready}}
+
{{ready}}
 
== Выпуклый многоугольник ==
 
== Выпуклый многоугольник ==
Начнём с того, что выпуклый многоугольник нам задан как замкнутая полилиния. Поэтому для любой вершины этого многоугольника все остальные точки будут отсортированы по углу. Возьмём первую точку многоугольника и мысленно проведём от неё все лучи, содержащие диагонали. За линию можно пройтись по всем получившимся углам и понять, в каком из них лежит точка (для альтернативно одарённых: повороты должны различаться). Когда мы нашли угол, за константное время проверяем, с какой стороны от ребра многоугольника лежит точка (для альтернативно одарённых: это проверяется поворотом). Итоговое время работы: <tex>O(n)</tex>.
+
Выпуклый многоугольник задан как замкнутая полилиния, поэтому для любой вершины этого многоугольника все остальные точки будут отсортированы по углу. Возьмём первую точку многоугольника и мысленно проведём от неё все лучи, содержащие диагонали. Бинпоиском за логарифм можно пройтись по углам и понять, в каком из них лежит точка. Когда найден угол, за константное время можно проверить, с какой стороны от противолежащего первой точке ребра многоугольника лежит точка.
(Для альтернативно одарённых: точка может не лежать ни в каком угле, то есть быть правее самого правого ребра или левее самого левого, в этом случае она не лежит внутри многоугольника)
+
 
 +
Итоговый алгоритм:
 +
 
 +
* если искомая точка <tex>q</tex> лежит левее самой левой грани или правее самой правой, сразу возвращаем false
 +
* бинпоиском ищем такое ребро <tex>a_i a_{i+1}</tex>, не инцидентное самой первой точке <tex>a_0</tex> заданного многоугольника, что повороты точек <tex>a_0, a_i, q</tex> и <tex>a_0, a_{i+1}, q</tex> различаются
 +
* проверяем поворот точек <tex>a_i, a_{i+1}, q</tex>, если он левый — точка лежит внутри, если правый — снаружи
 +
 
 +
Итоговое время работы: <tex>O(\log n)</tex>.
 +
 
 
== Невыпуклый многоугольник ==
 
== Невыпуклый многоугольник ==
 +
[[Файл:Point in polygon.png|400px|thumb|right|Отмечены только те точки, которые являются верхними для какого-либо ребра]]
 +
Очевидно, что если пустить из точки луч, то по чётности числа пересечений с рёбрами многоугольника можно определить, внутри точка лежит или снаружи.
 +
 +
Пустим луч, например, по иксу, переберём все рёбра и проверим их на пересечение с лучом.
 +
 +
Луч может попасть в точку, при этом прохождение через точку учтётся два раза (по разу для каждого отрезка, к которым принадлежит точка). Иногда это и есть то, чего нам хочется (когда фигура находится выше или ниже луча), но иногда нам хочется учесть только один раз. Для этого для каждого отрезка учитываем только верхнюю точку. Все случаи попадания луча в точку показаны на рисунке.
 +
 +
Получившийся алгоритм:
 +
 +
* заведём счётчик пересечений и проинициализируем его нулём (либо просто заведём переменную типа bool, показывающую чётность числа пересечений)
 +
* для каждого ребра <tex>ab</tex> многоугольника:
 +
** если точка запроса <tex>q</tex> лежит на этом ребре, то сразу возвращаем true
 +
** если <tex>a_y=b_y</tex>, пропускаем этот отрезок, он не влияет на чётность числа пересечений
 +
** если <tex>q_y=max(a_y, b_y)</tex> и <tex>q_x < min(a_x, b_x)</tex>, увеличим счётчик пересечений
 +
** если <tex>q_y=min(a_y, b_y)</tex>, пропустим это ребро
 +
** если <tex>q_y</tex> лежит между <tex>a_y</tex> и <tex>b_y</tex> и поворот точек <tex>a,b,q</tex> левый, то увеличим счётчик пересечений
 +
* если число пересечений чётно, вернём false, иначе вернём true
 +
 +
Время работы алгоритма составляет <tex>O(n)</tex>.
 +
 +
[https://github.com/BorisMinaev/cg/blob/master/include/cg/algo/point_inside_polygon.h Реализация]
 +
[[Категория: Вычислительная геометрия]]

Текущая версия на 19:13, 4 сентября 2022

Конспект готов к прочтению.

Выпуклый многоугольник

Выпуклый многоугольник задан как замкнутая полилиния, поэтому для любой вершины этого многоугольника все остальные точки будут отсортированы по углу. Возьмём первую точку многоугольника и мысленно проведём от неё все лучи, содержащие диагонали. Бинпоиском за логарифм можно пройтись по углам и понять, в каком из них лежит точка. Когда найден угол, за константное время можно проверить, с какой стороны от противолежащего первой точке ребра многоугольника лежит точка.

Итоговый алгоритм:

  • если искомая точка [math]q[/math] лежит левее самой левой грани или правее самой правой, сразу возвращаем false
  • бинпоиском ищем такое ребро [math]a_i a_{i+1}[/math], не инцидентное самой первой точке [math]a_0[/math] заданного многоугольника, что повороты точек [math]a_0, a_i, q[/math] и [math]a_0, a_{i+1}, q[/math] различаются
  • проверяем поворот точек [math]a_i, a_{i+1}, q[/math], если он левый — точка лежит внутри, если правый — снаружи

Итоговое время работы: [math]O(\log n)[/math].

Невыпуклый многоугольник

Отмечены только те точки, которые являются верхними для какого-либо ребра

Очевидно, что если пустить из точки луч, то по чётности числа пересечений с рёбрами многоугольника можно определить, внутри точка лежит или снаружи.

Пустим луч, например, по иксу, переберём все рёбра и проверим их на пересечение с лучом.

Луч может попасть в точку, при этом прохождение через точку учтётся два раза (по разу для каждого отрезка, к которым принадлежит точка). Иногда это и есть то, чего нам хочется (когда фигура находится выше или ниже луча), но иногда нам хочется учесть только один раз. Для этого для каждого отрезка учитываем только верхнюю точку. Все случаи попадания луча в точку показаны на рисунке.

Получившийся алгоритм:

  • заведём счётчик пересечений и проинициализируем его нулём (либо просто заведём переменную типа bool, показывающую чётность числа пересечений)
  • для каждого ребра [math]ab[/math] многоугольника:
    • если точка запроса [math]q[/math] лежит на этом ребре, то сразу возвращаем true
    • если [math]a_y=b_y[/math], пропускаем этот отрезок, он не влияет на чётность числа пересечений
    • если [math]q_y=max(a_y, b_y)[/math] и [math]q_x \lt min(a_x, b_x)[/math], увеличим счётчик пересечений
    • если [math]q_y=min(a_y, b_y)[/math], пропустим это ребро
    • если [math]q_y[/math] лежит между [math]a_y[/math] и [math]b_y[/math] и поворот точек [math]a,b,q[/math] левый, то увеличим счётчик пересечений
  • если число пересечений чётно, вернём false, иначе вернём true

Время работы алгоритма составляет [math]O(n)[/math].

Реализация