Java- точка пересечения многоугольника и линии

А, вот и ты. Интересными методами являются getIntersections и getIntersection. Первый выполняет синтаксический анализ всех сегментов полигона и проверяет наличие пересечений, второй выполняет фактический расчет. Имейте в виду, что расчет может быть серьезно оптимизирован и не проверяет деление на 0. Это также будет работать только для полигонов. Его можно адаптировать для работы с другими формами, если ввести вычисления для кубических и квадратичных кривых. Предполагается, что вместо Line2D.Float используется Line2D.Double. Набор используется, чтобы избежать дублирования точек (могут возникнуть на пересечениях углов многоугольника).

Пожалуйста, не используйте это без тщательного тестирования, так как я только что быстро взломал его и не уверен, что он полностью исправен.

package quickpolygontest;

import java.awt.Polygon;
import java.awt.geom.Line2D;
import java.awt.geom.PathIterator;
import java.awt.geom.Point2D;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        final Polygon poly = new Polygon(new int[]{1,2,2,1}, new int[]{1,1,2,2}, 4);
        final Line2D.Double line = new Line2D.Double(2.5, 1.3, 1.3, 2.5);
        final Set<Point2D> intersections = getIntersections(poly, line);
        for(Iterator<Point2D> it = intersections.iterator(); it.hasNext();) {
            final Point2D point = it.next();
            System.out.println("Intersection: " + point.toString());
        }

    }

    public static Set<Point2D> getIntersections(final Polygon poly, final Line2D.Double line) throws Exception {

        final PathIterator polyIt = poly.getPathIterator(null); //Getting an iterator along the polygon path
        final double[] coords = new double[6]; //Double array with length 6 needed by iterator
        final double[] firstCoords = new double[2]; //First point (needed for closing polygon path)
        final double[] lastCoords = new double[2]; //Previously visited point
        final Set<Point2D> intersections = new HashSet<Point2D>(); //List to hold found intersections
        polyIt.currentSegment(firstCoords); //Getting the first coordinate pair
        lastCoords[0] = firstCoords[0]; //Priming the previous coordinate pair
        lastCoords[1] = firstCoords[1];
        polyIt.next();
        while(!polyIt.isDone()) {
            final int type = polyIt.currentSegment(coords);
            switch(type) {
                case PathIterator.SEG_LINETO : {
                    final Line2D.Double currentLine = new Line2D.Double(lastCoords[0], lastCoords[1], coords[0], coords[1]);
                    if(currentLine.intersectsLine(line))
                        intersections.add(getIntersection(currentLine, line));
                    lastCoords[0] = coords[0];
                    lastCoords[1] = coords[1];
                    break;
                }
                case PathIterator.SEG_CLOSE : {
                    final Line2D.Double currentLine = new Line2D.Double(coords[0], coords[1], firstCoords[0], firstCoords[1]);
                    if(currentLine.intersectsLine(line))
                        intersections.add(getIntersection(currentLine, line));
                    break;
                }
                default : {
                    throw new Exception("Unsupported PathIterator segment type.");
                }
            }
            polyIt.next();
        }
        return intersections;

    }

    public static Point2D getIntersection(final Line2D.Double line1, final Line2D.Double line2) {

        final double x1,y1, x2,y2, x3,y3, x4,y4;
        x1 = line1.x1; y1 = line1.y1; x2 = line1.x2; y2 = line1.y2;
        x3 = line2.x1; y3 = line2.y1; x4 = line2.x2; y4 = line2.y2;
        final double x = (
                (x2 - x1)*(x3*y4 - x4*y3) - (x4 - x3)*(x1*y2 - x2*y1)
                ) /
                (
                (x1 - x2)*(y3 - y4) - (y1 - y2)*(x3 - x4)
                );
        final double y = (
                (y3 - y4)*(x1*y2 - x2*y1) - (y1 - y2)*(x3*y4 - x4*y3)
                ) /
                (
                (x1 - x2)*(y3 - y4) - (y1 - y2)*(x3 - x4)
                );

        return new Point2D.Double(x, y);

    }

}

Существует java.awt.geom.Area.intersect(Area), использующий конструктор Area(Shape) с вашим многоугольником, и передача вашего Line2D в качестве области для пересечения даст вам область, которая пересекается.

С большим успехом я использовал этот подход:

Area a = new Area(shape1);
Area b = new Area(shape2);
b.intersect(a);
if (!b.isEmpty()) {
  //Shapes have non-empty intersection, so do you actions.
  //In case of need, actual intersection is in Area b. (its destructive operation)
}

Вы должны иметь в виду, что они могут пересекаться в нескольких местах.

Назовем отрезок многоугольника P, а реальный отрезок L.

Находим наклон каждой линии (наклон равен м)

ml = (ly1-ly2) / (lx1-lx2);
mp = (ply-pl2) / (px1-px2);

Найдите точку пересечения y каждой строки

// y = mx+b where b is y-intercept
bl = ly1 - (ml*lx1);
bp = py1 - (pl*px1);

Вы можете решить значение x с помощью:

x = (bp - bl) / (ml - mp)

Затем подставьте этот X в одно из уравнений, чтобы получить Y

y = ml * x + bl

Вот реализованная версия алгоритма

class pointtest {

    static float[] intersect(float lx1, float ly1, float lx2, float ly2,
                           float px1, float py1, float px2, float py2) {
        // calc slope
        float ml = (ly1-ly2) / (lx1-lx2);
        float mp = (py1-py2) / (px1-px2);       

        // calc intercept        
        float bl = ly1 - (ml*lx1);
        float bp = py1 - (mp*px1);  

        float x = (bp - bl) / (ml - mp);
        float y = ml * x + bl;

        return new float[]{x,y};
    }

    public static void main(String[] args) {

        float[] coords = intersect(1,1,5,5,1,4,5,3);
        System.out.println(coords[0] + " " + coords[1]);

    }
}

и результаты:

3.4 3.4

Если вы не ограничены в использовании объектов Polygon и Line2D, я бы рекомендовал использовать JTS.

• Создайте геометрию LinearRing (ваш полигон).
• Создайте геометрию LineString.
• Создайте точки пересечения, используя пересечение.

Простой пример кода:

// create ring: P1(0,0) - P2(0,10) - P3(10,10) - P4(0,10)
LinearRing lr = new GeometryFactory().createLinearRing(new Coordinate[]{new Coordinate(0,0), new Coordinate(0,10), new Coordinate(10,10), new Coordinate(10,0), new Coordinate(0,0)});
// create line: P5(5, -1) - P6(5, 11) -> crossing the ring vertically in the middle
LineString ls = new GeometryFactory().createLineString(new Coordinate[]{new Coordinate(5,-1), new Coordinate(5,11)});
// calculate intersection points
Geometry intersectionPoints = lr.intersection(ls);
// simple output of points
for(Coordinate c : intersectionPoints.getCoordinates()){
    System.out.println(c.toString());
}

Результат:

(5.0, 0.0, NaN)
(5.0, 10.0, NaN)