|
1, 选择顶点,遵循着根据结点编号从小到大的顺序选取。
2, 选取起始边,选择方位角最小的边作为起始边,其次选取使用过一次的边作为起始边。
3, 选取后续边,若当前边的方位角不是与该结点有关边的方位角最大的边,则逆时针选取与当前边夹角最小的边作为后续边(体现左转原则),否则(即使方位角最大边),则选取方位角最小的边作为后续边。
4, 回到原点,构建一个多边形。
备注:一条边有两方向,可作为两条边使用。
==================================================================================================
其中很折腾人的一个问题是在多边形拓扑中存在岛的问题,一下是岛的检测和解决思路
1, 计算多边形面积,面积为负的是岛。并形成正多边形几何和负多边形集合。
2, 依次从正多边形集合中取出一个多边形,对应的遍历所有负多边形,如果包含(首先要负多边形面积(绝对值)小于正多边形的面积,其次,判断两个最小外界矩形是否相交,如果相交,则取负多边形上任意一点判断是否位于正多边形内部,是,则包含,否则,不包含),则将二者复合为复杂多边形,并从负多边形集合中删除该负多边形。
3, 步骤2中,若负多边形集合中个数为1时(只剩下最大的边界负多边形),则结束,或者若正多边形都遍历结束,则结束。
==================================================================================================
具体的实现流程:
1, 基于左转算法进行,左转算法具体思路详见同期实验报告9.GIS算法实验报告_多边形拓扑。.gen文件读取参考第5周的方法并稍作修改,使其能够根据用户指定输入读取文件,而无需通过修改代码实现读取不同文件的功能。下面具体描述如何将左转算法转换为计算机程序的过程。
2, 预备知识:区分节点,结点的关系。在左转算法中,节点定义为与其相关点数目有且只有两个的点,显然节点只会出现在弧端的中间,不可能存在弧端的首尾。结点则是节点的补充,定义为关联点的数目至少有三个的点。在算法中,将节点作为基类,也就是说节点包含结点,再从中筛选出结点。
3, 定义几个数据结构:点,线,面。其关系与几何中的相似。
4, 获取节点。通过读取.gen文件获取点与点之间的关系,以线段为依托。初始化节点数据结构,遍历每条线段上的每个点,并根据改点去文件中匹配,获取其前后点,也就是步骤2中所说的关联点。遍历完成后,即获得了节点信息,并通过判断节点的关联点的数量,确定哪些为结点。
5, 完善结点。通过结点的关联点搜寻其所在的弧端,知道遇到另一个结点为止。
6, 构建多边形。根据左转算法的内涵:确定选择起始点方式的优先性(方位角最小的,相反边被使用过一次的),确定选择后续边方式的优先性(若当前边为目标结点的方位角最大的边的相反边,则后续边为该结点的方位角最小的边,否则,按逆时针规则选取)。
7,岛的监测。对于到的情况,本算法不同于左转算法,是根据已建立的数据结构来监测岛存在的。在步骤4,5构建节点和结点时,对关联点只有两个的点要做进一步处理:初始化一个岛链数据结构,可理解为边,给该节点定义一个初始方向,及从该节点的两个关联点钟选择一个点作为tobuild,判断tobuild是否为节点,是则将该节点写入岛链的数据结构中,并选择tobuild的另一个节点(一个节点已处理了)作为下次判断的tobuild;若判断结果为否,销毁岛链数据结构,完成对该点的监测,不可能为岛。形成岛链的条件是,tobuild的点与岛链的起始点相匹配。
// TurnLeft.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
//点分为点,节点,结点三种:
//点具有点必须具备的位置信息(x,y),POINT
//节点是在点的基础上拓展的,附加与其相关联的点信息,可通过附加点的数量判断是否为结点,NODE
//结点是具有3个及以上的附加点的点,NODE_ARC
#include "stdafx.h"
#include "math.h"
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>
#include <vector>
#include <gl/glut.h>
#include <vector>
#pragma comment(lib,"glut32.lib")
using namespace std;
#define Length 22
#define pi 3.1415926
//点结构体
typedef struct POINT{
double x;
double y;
}point;
//节点结构体
typedef struct NODE{
point centre;
vector<point> points;
}node;
//arc,边由首尾结点及若干各个中间节点组成组成,含方向性
typedef struct ARC{
int id; //弧端编号
vector<point> points;
bool used;
}arc;
//node-arc,结点-边的关系
typedef struct NODE_ARC{
int id; //结点编号
vector<arc> index; //根据方位角从小到大排列与结点有关的边
}node_arc;
//polygon-arc
typedef struct POLYGON_ARC{
int polygonid;
vector<arc> index; //弧端的矢量存储
}polygon_arc;
//gen struct
typedef struct VectorLine{
int id;
double **location;
}vectorline;
//传入结构体变量和存储信息的数组
double **createlocation(int n)
{
//开辟动态数组
double **location = (double **)malloc(sizeof(double*)*n);
for (int j = 0; j < n; j++)
{
location[j] = (double *)malloc(sizeof(int)*2);
}
return location;
}
void gen_reader(VectorLine gen[],int info[],string filename)
{
FILE *fp;
//读取gen文件
//注意此处的路径方式,相对路径
string directory="..//"+filename;
if ((fp = fopen(directory.c_str(), "r")) == NULL)
{
printf("Canot Open this file!");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
//temp variable to store the line id
char temp[40];
//读取所有的数据信息
for(int i=0;i<Length;i++)
{
VectorLine arc;
//编号
fscanf(fp, "%d", &arc.id);
fscanf(fp,"%s",&temp);
int flag=0;
//直到读取END结束本次读取
while(temp[0]<59&&temp[0]>=49)
{
flag++;
fscanf(fp,"%s",&temp);
}
//给存储.gen文件的数组赋值
info[i]=flag;
}
//关闭读文件流
fclose(fp);
}
//再次读取文件信息
//存储信息
if ((fp = fopen(directory.c_str(), "r")) == NULL)
{
printf("Canot Open this file!");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
//temp variable to store the line id
char temp[40];
//遍历所有数据
for(int i=0;i<Length;i++)
{
//读取ID编号
fscanf(fp, "%d", &gen[i].id);
//根据第一次读文件获取的块的大小动态开辟数组存储位置信息
gen[i].location=createlocation(info[i]);
//读取该ID下的点位信息
for (int m = 0; m < info[i]; m++)
{
//数据读取存在误差
fscanf(fp, "%s", &temp);
char *p;
//通过,将经纬度分开
p=strtok(temp,",");
//存储经度
gen[i].location[m][0]=atof(p);
p=strtok(NULL,",");
//存储纬度
gen[i].location[m][1]=atof(p);
}
fscanf(fp,"%s",&temp);
}
//关闭文件读取流
fclose(fp);
}
}
//寻找一个中心点的前继点集和后点集
void Ahead_After(VectorLine gen[],int info[],point center,vector<point> &ahead,vector<point> &after)
{
int i,j;
for(i=0;i<Length;)
{
for(j=0;j<info[i];j++)
{
//匹配该点,通过i,j确定位置
while((gen[i].location[j][0]==center.x) && (gen[i].location[j][1]==center.y))
{
//寻找前继点,前继点存在
if((j-1)>=0)
{
point bridge={gen[i].location[j-1][0],gen[i].location[j-1][1]};
ahead.push_back(bridge); //添加到前继点矢量集合中
}
//寻找后继点,后几点存在
if((j+1)<info[i])
{
point bridge={gen[i].location[j+1][0],gen[i].location[j+1][1]};
after.push_back(bridge); //添加到继点矢量集合中
}
goto number1; //每个弧端中最多只有一个相同的点,当完成while(..)时可之间跳转至下一个弧端
}
}
number1:i++; //GOTO 语句
}
}
//已经出现过,返回false,否则返回true
bool NotEquation(vector<node>been,point temp)
{
for(int i=0;i<been.size();i++)
{
if((been[i].centre.x==temp.x) && (been[i].centre.y==temp.y))
{
return false;
}
}
return true;
}
//构建边
void BuildArc(vector<node> Junction,point hasbuild,point tobuild,vector<point> &newpoint)
{
int i,j,k;
point bridge;
for(i=0;i<Junction.size();i++)
{
//在Junction中寻找附加点作为中心点时的位置
if((tobuild.x==Junction[i].centre.x) && tobuild.y==Junction[i].centre.y)
{
//该附加点为中心点
if(Junction[i].points.size()==2)
{
//该点为弧端上的节点
//bridge.push_back(Junction[i].centre);
newpoint.push_back(Junction[i].centre);
//对该点的另一附加点继续判断
//寻找另一个节点,排出已遍历过的点
if((Junction[i].points[0].x==hasbuild.x) && (Junction[i].points[0].y==hasbuild.y))
{
BuildArc(Junction,tobuild,Junction[i].points[1],newpoint);
}
else
{
BuildArc(Junction,tobuild,Junction[i].points[0],newpoint);
}
}
//该附加点为结点
else
{
//将该点作为结点,存储边的信息
//bridge.points.push_back(Junction[i].centre);
newpoint.push_back(Junction[i].centre);
return; //提前结束
}
}
}
}
//若building与已构建的岛状部分匹配则返回true,否则返回false
bool Repeat(vector<arc> Island,vector<point> building)
{
int i,j;
for(i=0;i<Island.size();i++)
{
//有一个点能够匹配即可,安全吗?
for(j=0;j<Island[i].points.size();j++)
{
if(building.size()>1)
{
//防止出现一个点视为首尾相连的情况,采用第二个点
if((building[1].x==Island[i].points[j].x)&(building[1].y==Island[i].points[j].y))
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
//构建岛
void BuildIsland(vector<node> Junction,vector<arc> Island,point hasbuild,point tobuild,vector<point> &newpoint)
{
int i,j,k;
point bridge;
//若出现部分匹配则结束,防止可能出现的同一岛重复存储的现象
if(Repeat(Island,newpoint))
{
newpoint.erase(newpoint.begin(),newpoint.end());
return;
}
//若首尾元素相同,则结束
if(newpoint[0].x!=tobuild.x | newpoint[0].y!=tobuild.y)
{
for(i=0;i<Junction.size();i++)
{
//在Junction中寻找附加点作为中心点时的位置
if((tobuild.x==Junction[i].centre.x) && tobuild.y==Junction[i].centre.y)
{
//该附加点为中心点
if(Junction[i].points.size()==2)
{
newpoint.push_back(Junction[i].centre);
//对该点的另一附加点继续判断
//寻找另一个节点,排出已遍历过的点
if((Junction[i].points[0].x==hasbuild.x) && (Junction[i].points[0].y==hasbuild.y))
{
BuildIsland(Junction,Island,tobuild,Junction[i].points[1],newpoint);
}
else
{
BuildIsland(Junction,Island,tobuild,Junction[i].points[0],newpoint);
}
}
else
{
newpoint.erase(newpoint.begin(),newpoint.end());
}
break;
}
}
}
}
//计算方位角,逆时针方向0-360°
void PositionAngle(vector<arc> &onenode)
{
int i,j;
//传入的可能是折线,只对开始两个点组成的线段进行计算
vector<double>angle;
for( i=0;i<onenode.size();i++)
{
double dety=onenode[i].points[1].y-onenode[i].points[0].y;
double detx=onenode[i].points[1].x-onenode[i].points[0].x;
double degree=atan(dety/detx)*180/pi; //弧度制
//90-180
if(detx<0 & dety>=0)
{
degree+=180;
}
//180-270
else if(detx<0 &dety<0)
{
degree+=180;
}
//270-360
else if(detx>=0 & dety<0)
{
degree+=360;
}
angle.push_back(degree);
}
for(i=0;i<onenode.size();i++)
{
for(j=i+1;j<onenode.size();j++)
{
//交换位置
if(angle[i]>angle[j])
{
swap(angle[i],angle[j]); //方位角交换位置
swap(onenode[i],onenode[j]);
}
}
}
}
//Node_Arc,获取结点-边的关系,island提前存储岛状信息
void Node_Arc(VectorLine gen[],int info[],vector<node_arc> &nodearc,vector<arc> &island)
{
int i,j,k,m,n;
n=0;
vector<node> Junction; //节点
for(i=0;i<Length;i++)
{
for(j=0;j<info[i];j++)
{
//当与一个点关联的边在3个以上时才能定义为结点,否则为节点
point center={gen[i].location[j][0],gen[i].location[j][1]}; //中心点位信息
if(!NotEquation(Junction,center))
{
continue;
}
vector<point> ahead;
vector<point> after;
Ahead_After(gen,info,center,ahead,after); //寻找前继点,后继点
ahead.insert(ahead.end(),after.begin(),after.end());
node bridge={center,ahead};
Junction.push_back(bridge);
}
}
for(i=0,k=0,m=0;i<Junction.size();i++)
{
//附加点个数在3及三个以上时认定为结点
if(Junction[i].points.size()>=3)
{
//vector<vector<arc>> sameid;
vector<arc> sameid;
//对该点的所有附加点进行遍历,寻找其对应的边
for(j=0;j<Junction[i].points.size();j++)
{
//构建边
//vector<arc> singlearc; //一个附加点对应一条边
vector<point> newpoint; //一条边由多个点组成
point bridge={Junction[i].centre.x,Junction[i].centre.y}; //起始点为该中心点
newpoint.push_back(bridge);
//arc bridge_1={newpoint};
//singlearc.push_back(bridge_1); //边开始的点为该中心点
BuildArc(Junction,Junction[i].centre,Junction[i].points[j],newpoint); //添加边的后续点
arc bridge_1={m,newpoint,false};
sameid.push_back(bridge_1); //debug
m++; //m为弧端编号
}
PositionAngle(sameid); //排序,结果为按方位角从小到大的顺序边
node_arc bridge_2={k,sameid}; //同一ID,下有多条边
nodearc.push_back(bridge_2); //对应第一个点为该结点的点
k++;
}//endif 寻找节点
//组成到的节点的特征在能够不经过节点的情况下回溯到自身,其所遍历的点组成了岛
else
{
//岛链
vector<point> chain;
//起始点为本身
chain.push_back(Junction[i].centre);
//所关联的点不是是结点,可能构成岛
BuildIsland(Junction,island,Junction[i].centre,Junction[i].points[0],chain); //以第一个关联点作为开始<<Bug?
if(chain.size()!=0)
{
arc singleisland={n,chain,false};
island.push_back(singleisland);
n++;
}
}
}
}
//判断两条边是否反向,反向返回true,否则返回false
bool Reversion(arc base,arc tocheck)
{
int i;
//如果两条弧端大小不同,则不可能相同
if(base.points.size()!=tocheck.points.size())
{
return false;
}
else
{
for(i=0;i<base.points.size();i++)
{
//相反元素不相同,其位置和为size()-1,直接返回
if((base.points[i].x!=tocheck.points[base.points.size()-1-i].x) | (base.points[i].y!=tocheck.points[base.points.size()-1-i].y))
{
return false;
}
}
return true;
}
}
//判断两条边是否相等,相等返回true,否则返回false
bool Samearc(arc base,arc tocheck)
{
int i;
//如果两条弧端大小不同,则不可能相同
if(base.points.size()!=tocheck.points.size())
{
return false;
}
else
{
for(i=0;i<base.points.size();i++)
{
//相同位置的值不相同
if((base.points[i].x!=tocheck.points[base.points.size()-1-i].x) | (base.points[i].y!=tocheck.points[base.points.size()-1-i].y))
{
return false;
}
}
return true;
}
}
//判断是否是最大边,是返回true,否则返回
bool Max(vector<node_arc> nodearc,arc ending)
{
int i,j;
for(i=0;i<nodearc.size();i++)
{
for(j=0;j<nodearc[i].index.size();j++)
{
//找到该弧端结束的结点
if((ending.points[ending.points.size()-1].x==nodearc[i].index[0].points[0].x )
& (ending.points[ending.points.size()-1].y==nodearc[i].index[0].points[0].y)) //每个结点对应的关联的边的首个点就是该结点的位置
{
//当前弧端是结束结点的最大弧端
if(Samearc(ending,nodearc[i].index[nodearc[i].index.size()-1])) //parameter type error?
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
//将弧端写入多边形框架下的vector<arc>
void Arcmeet(arc &towrite,vector<arc> &box)
{
//写入
box.push_back(towrite);
//修改使用情况,???修改成功?
towrite.used=true;
}
//寻找弧端位置,返回指针,ij[0]表示节点位置,ij[1]表示弧端在节点中的位置
int *Location(vector<node_arc> nodearc,int m,int n)
{
int ij[2];
int u,v;
//寻找到结束点的位置,并修改i,j
for(u=0;u<nodearc.size();u++)
{
if(nodearc[u].index[0].points[0].x==nodearc[m].index[n].points[nodearc[m].index[n].points.size()-1].x
& nodearc[u].index[0].points[0].y==nodearc[m].index[n].points[nodearc[m].index[n].points.size()-1].y)
{
ij[0]=u;
break;
}
}
for(v=0;v<nodearc[u].index.size();v++)
{
if(Reversion(nodearc[m].index[n],nodearc[u].index[v]))
{
ij[1]=v;
break;
}
}
return ij;
}
//判断某条边的反向边是否被使用过,使用过返回true,否则返回false
bool Usage(vector<node_arc> nodearc,int m,int n)
{
int i,j;
//对结点遍历
for(i=0;i<nodearc.size();i++)
{
//对结点中每条边遍历
for(j=0;j<nodearc[i].index.size();j++)
{
//反向
if(Reversion(nodearc[i].index[j],nodearc[m].index[n]))
{
//使用过
if(nodearc[i].index[j].used)
{
return true;
}
}
}
}
return false;
}
//判断某个结点是否全部使用,是返回true,否则返回false
bool Nodeuse(vector<node_arc> nodearc,int i,int j)
{
int *temp=Location(nodearc,i,j);
//对向外的弧端和向内的弧端都遍历
for(int m=0;m<nodearc[i].index.size();m++)
{
if(nodearc[i].index[m].used==false)
return false;
if(!Usage(nodearc,i,m))
return false;
}
}
//判断所有结点是否都被使用,是返回true,否则返回false
bool Alluse(vector<node_arc> nodearc)
{
for(int i=0;i<nodearc.size();i++)
{
for(int j=0;j<nodearc[i].index.size();j++)
{
//存在没被使用过的
if(!nodearc[i].index[j].used)
return false;
}
}
return true;
}
//若相关边未使用过,且反向边已使用过,则返回true,否则返回false
bool Priority2(vector<node_arc> nodearc,int i,int &j)
{
for(j=1;j<nodearc[i].index.size();j++)
{
if(Usage(nodearc,i,j) & !nodearc[i].index[j].used)
return true;
}
return false;
}
//Polygon_Arc,获取多边形-边的关系
void Polygon_Arc(vector<node_arc> &nodearc,vector<polygon_arc> &polygonarc)
{
int i,j,k,m,n,u,v;
//按从小到大的顺序选择结点,i 结点编号,j对应结点的弧端编号,k多边形编号
for(i=0,j=0,k=0;i<nodearc.size();)
{
//存储同一个多边形的多条边
vector<arc> bridge;
//如果全部使用过,则调至下个结点
number2:
if(Alluse(nodearc))
{
break;
}
if(Nodeuse(nodearc,i,j))
{
i++;
goto number2;
}
//选择方位角最小的边,优先性最高
int *modify=&j;
if(nodearc[i].index[0].used==false) //方位角最小的边存在
{
Arcmeet(nodearc[i].index[j],bridge);
int *temp=Location(nodearc,i,j);
i=temp[0],j=temp[1];
goto number3;
}
//对所有剩余点选择已使用过一次的边,优先性其次,应当将方位角最小的排除在外
else if(Priority2(nodearc,i,*modify))
{
Arcmeet(nodearc[i].index[*modify],bridge);
int *temp=Location(nodearc,i,*modify);
i=temp[0],j=temp[1];
goto number3;
}
//上述条件不符合,优先性最后
else
{
Arcmeet(nodearc[i].index[j],bridge);
int *temp=Location(nodearc,i,j);
i=temp[0],j=temp[1];
goto number3;
}
number3://判断进入的边是否是Max
if(j==nodearc[i].index.size()-1)
{
Arcmeet(nodearc[i].index[0],bridge);
int *temp=Location(nodearc,i,0);
i=temp[0],j=temp[1];
}
//逆时针寻找
else
{
Arcmeet(nodearc[i].index[j+1],bridge);
int *temp=Location(nodearc,i,j+1);
i=temp[0],j=temp[1];
}
//判断是否回到起点
if((bridge[bridge.size()-1].points[bridge[bridge.size()-1].points.size()-1].x==bridge[0].points[0].x)
&&(bridge[bridge.size()-1].points[bridge[bridge.size()-1].points.size()-1].y==bridge[0].points[0].y))
{
//完成多边形的构建,结束本次构建
polygon_arc onepolygon={k,bridge};
polygonarc.push_back(onepolygon);
k++;//k为多边形编号
continue;
}
//继续进行选择
else
{
goto number3;
}//endif
}//end circulation i for every node
}//endfuction
int _tmain(int argc,char* argv[])
{
number4:
printf("请输入文件序号(1,2,3,以回车键结束):\n");
int number;
string filename;
scanf("%d",&number);
switch(number){
case 1:filename="PlyBuild_1_arc.gen";break;
case 2:filename="PlyBuild_2_arc.gen";break;
case 3:filename="PlyBuild_3_arc.gen";break;
default:cout<<"illegal filenumber"<<endl;
}
VectorLine *Gen=(VectorLine *)malloc(sizeof(VectorLine)*Length);
int *Info = (int *)malloc(sizeof(int)*Length);
gen_reader(Gen,Info,filename);
vector<node_arc> Nodearc;
vector<arc> Island;
Node_Arc(Gen,Info,Nodearc,Island); //节点-边关系表OK
vector<polygon_arc>Polygonarc;
Polygon_Arc(Nodearc,Polygonarc); //多边形-边关系表
//输出
printf("<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n");
printf("包含的多边形:\n");
for(int i=0;i<Polygonarc.size();i++)
{
printf("%d:\n",Polygonarc[i].polygonid);
for(int j=0;j<Polygonarc[i].index.size();j++)
{
for(int k=0;k<Polygonarc[i].index[j].points.size();k++)
{
printf("%lf\t%lf\n",Polygonarc[i].index[j].points[k].x,Polygonarc[i].index[j].points[k].y);
}
}
}
printf("<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<\n");
printf("包含的岛\n");
for(int i=0;i<Island.size();i++)
{
printf("%d:\n",Island[i].id);
for(int j=0;j<Island[i].points.size();j++)
{
printf("%lf\t%lf\n",Island[i].points[j].x,Island[i].points[j].y);
}
}
system("pause");
return 0;
}
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