本篇博客介绍了使用射线法判断点在多边形内部还是外部的算法，并通过C++做了具体实现
1. 算法思路
判断平面内点是否在多边形内有多种算法，其中射线法是其中比较好理解的一种，而且能够支持凹多边形的情况。该算法的思路很简单，就是从目标点出发引一条射线，看这条射线和多边形所有边的交点数目。如果有奇数个交点，则说明在内部，如果有偶数个交点，则说明在外部。
如下图所示：射线和多边形一共有5个交点，为奇数，所以点在多边形内
2. 算法步骤
2.1 已知点point(x,y)和多边形Polygon的点有序集合（x1,y1;x2,y2;….xn,yn;）；
以point为起点，以无穷远为终点作平行于X轴的射线line(x,y; -∞,y)；循环取得多边形的每一条边side(xi,yi;xi+1,yi+1)：
2.2. 判断point(x,y)是否在side上，如果是，则返回true。
2.3. 判断line与side是否有交点，如果有则count++。判断交点的总数count，如果为奇数则返回true，偶数则返回false。
2.4 判断交点的总数count，如果为奇数则返回true，偶数则返回false。
极端情况需要注意：当射线line经过的是多边形的顶点时，判断就会出现异常情况。针对这个问题，由于多边形的每一个顶点都在两个线段上，可以根据线段的两个端点的y坐标做上下判断，y值较大的顶点称为上端点，y值较小是下端点。如果射线经过上端点，count加1，如果经过下端点，则count不必加1，如下图
第一个图，交叉点为X，先计算线段(p1,p2)，由于经过的是p2,即下端点，count值不加；再计算线段(p2,p3)，由于经过的是p2,也是下端点，count值还是不加，总结：射线和 多边形一共有1个交点，为奇数，所以A在多边形内
第二个图，交叉点为X，先计算线段(p1,p2)，由于经过的是p2,即上端点，count值加1；再计算线段(p2,p3)，由于经过的是p2,也是上端点，count值加1，总结：射线和 多边形一共有3个交点，为奇数，所以A在多边形内
3. 实现代码
#include<iostream>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
// 浮点数最小精度
#define EPSILON 0.000001
// 向量（也可用来表点）
struct Vec2d
{
double x, y;
Vec2d()
{
x = 0.0;
y = 0.0;
}
Vec2d(double dx, double dy)
{
x = dx;
y = dy;
}
void Set(double dx, double dy)
{
x = dx;
y = dy;
}
};
// 判断点在线段上
// (px0, py0) : 点坐标
// (px1, py1) : 边的第一个点
// (px2,py2) : 边的第二个点
bool IsPointOnLine(double px0, double py0, double px1, double py1, double px2, double py2)
{
bool flag = false;
double d1 = (px1 - px0) * (py2 - py0) - (px2 - px0) * (py1 - py0);
if ((abs(d1) < EPSILON) && ((px0 - px1) * (px0 - px2) <= 0) && ((py0 - py1) * (py0 - py2) <= 0))
{
flag = true;
}
return flag;
}
// 判断两线段相交
// (px1, py1) : 第一边的第一个点
// (px2, py2) : 第一边的第二个点
// (px3, py3) : 第二边的第一个点
// (px4, py4) : 第二边的第二个点
bool IsIntersect(double px1, double py1, double px2, double py2, double px3, double py3, double px4, double py4)
{
bool 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;
}
// 判断点是否在多边形内(点在多边形的边上也算在内部)
// (x, y) : 点坐标
// POL : 多边形的各个点（需连续，顺时针/逆时针皆可）
bool Point_In_Polygon_2D(double x, double y, const vector<Vec2d>& POL)
{
bool isInside = false;
int count = 0;
// 求出多边形的最小X
double minX = DBL_MAX;
for (int i=0; i<POL.size(); i++)
{
minX = std::min(minX, POL[i].x);
}
double px = x;
double py = y;
// 负X方向的水平射线，(x,y)做起点，(minX, y)做终点
double linePoint1x = x;
double linePoint1y = y;
double linePoint2x = minX - 10;
double linePoint2y = y;
// 遍历每一条边
for (int i = 0; i < POL.size()-1; i++)
{
double cx1 = POL[i].x; // 多边形的第i个点
double cy1 = POL[i].y;
double cx2 = POL[i+1].x;// 多边形的第i+1个点
double cy2 = POL[i+1].y;
// 点在多边形上，算是在内部
if (IsPointOnLine(px, py, cx1, cy1, cx2, cy2))
{
return true;
}
// X方向水平的边，不用计算，肯定不会和射线相交
if (fabs(cy2 - cy1) < EPSILON)
{
continue;
}
// 多边形的一个顶点在射线上，且该顶点是上顶点(y值较高)，算一个交点
if (IsPointOnLine(cx1, cy1, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y))
{
if (cy1 > cy2)
{
count++;
}
}
// 多边形的一个顶点在射线上，且该顶点是上顶点(y值较高)，算一个交点
else if (IsPointOnLine(cx2, cy2, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y))
{
if (cy2 > cy1)
{
count++;
}
}
// 已经排除平行的情况，其他相交的都算一个交点
else if (IsIntersect(cx1, cy1, cx2, cy2, linePoint1x, linePoint1y, linePoint2x, linePoint2y))
{
count++;
}
}
// 交点数为奇数，则在多边形内，反之在多边形外
if (count % 2 == 1)
{
isInside = true;
}
return isInside;
}
int main()
{
//定义一个多边形（六边形）
vector<Vec2d> POL;
POL.push_back(Vec2d(268.28, 784.75));
POL.push_back(Vec2d(153.98, 600.60));
POL.push_back(Vec2d(274.63, 336.02));
POL.push_back(Vec2d(623.88, 401.64));
POL.push_back(Vec2d(676.80, 634.47));
POL.push_back(Vec2d(530.75, 822.85));
POL.push_back(Vec2d(268.28, 784.75)); //将起始点放入尾部，方便遍历每一条边
//
if (Point_In_Polygon_2D(407.98, 579.43, POL))
{
cout << "点（407.98, 579.43）在多边形内" << endl;
}
else
{
cout << "点（407.98, 579.43）在多边形外" << endl;
}
//
if (Point_In_Polygon_2D(678.92, 482.07, POL))
{
cout << "点（678.92, 482.07）在多边形内" << endl;
}
else
{
cout << "点（678.92, 482.07）在多边形外" << endl;
}
system("pause");
return 0;
}4. 执行结果
