常用空间分析函数

hfhan

常用空间分析函数

包含 点、线、面 之间的相互关系

本文主要记录一些自己开发中常用的一些分析函数,比较正宗和全面的可以看一些空间分析库,比如前端的 Turf 和 JSTS

1、点

1.1、点到点的距离

//点到点的距离
function dist2d(coord1, coord2) {
  let dx = coord1[0] - coord2[0];
  let dy = coord1[1] - coord2[1];
  return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy)
}
dist2d([1, 1], [4, 5]) // 5

1.2、判断两个点集是否相等

//判断两个点集是否相等
function equals(coord1, coord2) {
  let equals = true;
  for (let i = coord1.length - 1; i >= 0; --i){
    if (coord1[i] != coord2[i]) {
      equals = false;
      break
    }
  }
  return equals
}
equals([1, 3], [1, 3]) // true
equals([1, 3, 1], [1, 3, 2]) // false

2、线

2.1、线段的长度

// 线段的长度
function formatLength(coords) {
  coords = coords || []
  let length = 0
  //通过遍历坐标计算两点之前距离,进而得到整条线的长度
  for (let i = 0, leng = coords.length - 1; i < leng; i++) {
    length += dist2d(coords[i], coords[i + 1]);
  }
  return length
}
formatLength([[1, 0], [2, 1], [3, 0], [4, 2]]) // 5.06449510224598

2.2、根据偏移量偏移一条线段

// 根据偏移量偏移一条线段
function lineOffset(coords, deltaX, deltaY){
  deltaX = deltaX || 0
  deltaX = isNaN(deltaX) ? 0 : deltaX
  deltaY = deltaY || 0
  deltaY = isNaN(deltaY) ? 0 : deltaY

  if(deltaX == 0 && deltaY == 0)return coords

  coords.forEach(coord => {
    coord[0] += deltaX;
    coord[1] += deltaY;
  })
  return coords
}
lineOffset([[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]], 2, 3)
//         [[3, 4], [4, 6], [5, 6], [6, 5], [4, 3]]

2.2、根据距离和角度偏移一条线段

//根据距离和角度偏移一条线段
function offsetLine(line, d, angle){
  //let line = [[1, 1], [4, 2], [5, 5], [7, 6]]
  //let d = 1 
  //let angle = 30

  //斜边长度d已知,角度angle已知
  //对边长度就是y的偏移量 就是 d * sin(angle) ==> d * Math.sin(angle * Math.PI / 180)
  //邻边长度就是x的偏移量 就是 d * cos(angle) ==> d * Math.cos(angle * Math.PI / 180)
  let ox = d * Math.cos(angle * Math.PI / 180)
  let oy = d * Math.sin(angle * Math.PI / 180)
  return line.map(coords => [coords[0] + ox, coords[1] + oy])
}
//offsetLine([[1, 1], [4, 2], [5, 5], [7, 6]], 5, 30)
//[[5.330127018922194,3.4999999999999996],[8.330127018922195,4.5],[9.330127018922195,7.5],[11.330127018922195,8.5]]

2.3、线段上距离点P最近的一个点

// 线段上距离点P最近的一个点
function getNearestCoord(point, lines) {
  let d, res = { dist: Infinity }
    if(!(Array.isArray(lines[0]) && Array.isArray(lines[0][0]))){
        lines = [lines]
    }
    lines.forEach(function(coords){
        for (let i = 0; i < coords.length; i++) {
            d = dist2d(point, coords[i]);
            if (d < res.dist) {
        res.dist = d;
        res.index = i
        res.point = coords[i]
            }
        }
    })
    
    return res.point ? res : null;
}
getNearestCoord([2.2, 3.1], [[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]])
// {dist: 0.5099019513592785, index: 1, point: [2, 3]}

2.4、点P到线段AB的最短距离

/* 
* 点P到线段AB的最短距离
* 使用矢量算法,计算线AP在线段AB方向上的投影,当需要计算的数据量很大时,这种方式优势明显
* 特殊情况如点在线段上、点在端点、点在线段延长线上等等的情况全部适用于此公式,只是作为特殊情况出现,无需另作讨论。这也是矢量算法思想的优势所在。
* 函数返回值:point 投影坐标  dist 点P到投影距离  type 垂足位置,不为0表示垂足在线段外
*/
function pointToSegmentDist(point, point1, point2){
  let x = point[0], x1 = point1[0], x2 = point2[0]
  let y = point[1], y1 = point1[1], y2 = point2[1]

  //线段AB 为一个点
  if(x1 == x2 && y1 == y2) return {
    type: 0,
    point: point1,
    dist: 0
  }

  let cross = (x2 - x1) * (x - x1) + (y2 - y1) * (y - y1);
  //let r = cross / d2
  //r < 0 点P的垂足在线段AB外,且点P距离线段AB最近的点为A
  //r = 0 点P的垂足和点P距离线段AB最近的点为A
  if (cross <= 0) return {
    type: 1,
    point: point1,
    dist: Math.sqrt((x - x1) * (x - x1) + (y - y1) * (y - y1))
  };
    
  let d2 = (x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1);
  //r > 1 点P的垂足在线段AB外,且点P距离线段AB最近的点为B
  //r = 1 点P的垂足和点P距离线段AB最近的点为B
  if (cross >= d2) return {
    type: 2,
    point: point2,
    dist: Math.sqrt((x - x2) * (x - x2) + (y - y2) * (y - y2))
  };
    
  let r = cross / d2;
  let px = x1 + (x2 - x1) * r;
  let py = y1 + (y2 - y1) * r;
  return {
    type: 0,
    point: [px, py],
    dist: Math.sqrt((x - px) * (x - px) + (py - y) * (py - y))
  };
}
pointToSegmentDist([1, 3], [0, 1], [3, 1]); 
//{ dist: 2, point: [1, 1], type: 0 }

2.5、点P到直线AB的垂足及最短距离

/* 
* pointToSegmentDist变种:点P到直线AB的垂足及最短距离
*/
function pointToFootDist(point, point1, point2){
  let x = point[0], x1 = point1[0], x2 = point2[0]
  let y = point[1], y1 = point1[1], y2 = point2[1]

  //线段AB 为一个点
  if(x1 == x2 && y1 == y2) return {
    type: true,
    point: point1,
    dist: 0
  }

  let dx = x2 - x1;
  let dy = y2 - y1;
  //r < 0 点P的垂足在线段AB外,且点P距离线段AB最近的点为A
  //r > 1 点P的垂足在线段AB外,且点P距离线段AB最近的点为B
  //r = 0 点P的垂足和点P距离线段AB最近的点为A
  //r = 1 点P的垂足和点P距离线段AB最近的点为B
  let r = (dx * (x0 - x1) + dy * (y0 - y1)) / (dx * dx + dy * dy || 0);

  let px = x1 + dx * r;
  let py = y1 + dy * r;
  return {
    type: r >= 0 && r <= 1, //true  垂足在线段内   false 垂足在线段外
    point: [px, py], //垂足
    dist: Math.sqrt((x - px) * (x - px) + (py - y) * (py - y)) //点P到垂足距离
  };
}
pointToFootDist([3, 1], [1, 0], [3, 0])
// {dist: 1, point: [3, 0], type: true}

2.6、计算点P到直线AB的距离

/*
* 计算点P到直线AB的距离
* 使用三角形面积,计算线AP在直线AB方向上的投影
* Area   = |(1/2)(x1 * y2 + x2 * y3 + x3 * y1 - x2 * y1 - x3 * y2 - x1 * y3)|
* Bottom = Math.sqrt((x1 - x2) * (x1 - x2) + (y1 - y2) * (y1 - y2))
* Area = .5 * Bottom * H
* Height = Area / .5 / Bottom
*/
function verticalDistance(point, point1, point2){
  if(equals(point1, point2)){
    return dist2d(point, point1)
  }
  let area = Math.abs(0.5 * (point1[0] * point2[1] + point2[0] * point[1] + point[0] * point1[1] - point2[0] * point1[1] - point[0] * point2[1] - point1[0] * point[1]));
  let bottom = dist2d(point1, point2)
  let height = area / 0.5 / bottom;

  return height;
}
verticalDistance([4, 2], [1, 0], [3, 0]) // 2

2.7、计算点P到直线AB的距离

/* 
* 计算点P到直线AB的距离
* 根据公式,计算线AP在直线AB方向上的投影
* d = Math.abs((A * x + B * y + C) / Math.sqrt( A * A + B * B))
* 公式介绍:https://zhuanlan.zhihu.com/p/26307123
* 直线公式:y = kx + b
* 直线公式:kx - y + b = 0
* 假设 B = -1,则 A = k,C = b   
* 直线斜率:k = (y1 - y2) / (x1 - x2)
* 常数计算:b = y - kx
*/
function verticalDistance2(point, point1, point2){
    //如果point1[0] == point2[0] 说明是条竖着的线
    if(point1[0] == point2[0]){
        return Math.abs(point[0] - point1[0])
    }else{
    let k = (point1[1] - point2[1]) / (point1[0] - point2[0])
    let b = point1[1] - k * point1[0]
        return Math.abs((k * point[0] - point[1] + b) / Math.sqrt( k * k + 1))
    }
}
verticalDistance2([4, 2], [1, 0], [3, 0]) // 2

2.8、计算纬度和经度指定的两点之间的距离(米)

/* 
* 计算纬度和经度指定的两点之间的距离(米)
* 在计算涉及到经纬度的计算时(长度、面积等),如果只是粗略的计算,那么我们使用坐标点计算,将计算结果按照每经纬度111km转换即可。这个结果越往两极失真越大
* 如果想要精细点,就需要用到地球长半轴参数去计算
* WGS84 坐标系下的长半轴参数 radius = 6378137 m
* WGS84(World Geodetic System 1984) 坐标系是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统。是国际公认的坐标系
* 北京54坐标系下的长半轴参数 radius = 6378245 m
* 1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。所以误差较大,缺点较多。
* 西安80坐标系下的长半轴参数 radius = 6378140 ± 5 m
* 1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球,其长半轴要比WGS84椭球长半轴的值大3米左右,而这可能引起地表长度误差达10倍左右
* CGCS2000(2000 国家大地坐标系) 长半轴参数 radius = 6378137 m
* 2000国家大地坐标系,是我国当前最新的国家大地坐标系,是全球地心坐标系在我国的具体体现,其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。
* 正弦曲线投影下的长半轴参数 radius = 6370997 m
* 正弦曲线投影是一种等面积的伪圆柱投影。规定纬线投影为平行直线,经线投影为对称于中央经线的正弦曲线,同一纬线上经距相等,纬距向两极缩小。主要用于小比例尺世界地图
* 公式:haversin(d / r) = haversin(φ2 - φ1) + cos(φ2) * haversin(Δλ)
* 其中:R为地球半径,取6378137; φ1, φ2 表示两点的纬度; Δλ 表示两点经度的差值
*/
function haversineDistance(c1, c2) {
  let radius = 6378137
  let lat1 = toRadians(c1[1]);
  let lat2 = toRadians(c2[1]);
  let deltaLatBy2 = (lat2 - lat1) / 2;
  let deltaLonBy2 = toRadians(c2[0] - c1[0]) / 2;
  let a = Math.sin(deltaLatBy2) * Math.sin(deltaLatBy2) + Math.sin(deltaLonBy2) * Math.sin(deltaLonBy2) * Math.cos(lat1) * Math.cos(lat2);
  return 2 * radius * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1 - a))
}
function toRadians(_){
  //1°=π/180°   1rad=180°/π
  //角度转弧度
  return _ * Math.PI / 180
}
haversineDistance([117, 34], [118, 39])  //563732.8911197125米
haversineDistance([118, 39], [117, 34])  //563732.8911197125米

2.9 根据中心点坐标和距离(米),计算范围

/* 
* 根据中心点坐标和距离(米),计算范围
*/
export function haversineLnglat(orign, dist){
  let radius = 6378137
  // 求东西两侧的的范围边界。在haversin公式中令φ1 = φ2(维度相同)
  let lat = toRadians(orign[1])
  let dlng = 2 * Math.asin(Math.sin(dist / (2 * radius)) / Math.cos(lat));
  // 弧度转换成角度
  dlng = toDegrees(dlng);
  // 然后求南北两侧的范围边界,在haversin公式中令 Δλ = 0
  let dlat = dist / 6378137;
  // 弧度转换成角度
  dlat = toDegrees(dlat);
  return [orign[0] - dlng, orign[1] - dlat, orign[0] + dlng, orign[1] + dlat]
}
function toDegrees(_){
  //1°=π/180°   1rad=180°/π
  //弧度转角度
  return _ * 180 / Math.PI
}
//haversineLnglat([117, 34], 5000) //[116.94582179841282, 33.955084235794025, 117.05417820158718, 34.044915764205975]
//haversineLnglat([117, 34], 6000) //[116.93498615776213, 33.94610108295283, 117.06501384223787, 34.05389891704717]

2.10、根据一个点切割线段

/* 
* 根据一个点切割线段
* 点不必落在线段上
* 常用于计算鼠标位置距离线段起点或终点的距离
* 简单版的是使用 getNearestCoord,而不是 pointToSegmentDist
* getNearestCoord 寻找的是线上真实存在的一点
* pointToSegmentDist 寻找的点位于线上,但不一定真实存在与线上
*/
function getClosestPoint(coords, point){
  if(!coords || coords.length < 2) return [[], []]

  let squaredDistance = {dist: Infinity}, index
  for(let i = 1; i < coords.length; i++){
    let d = pointToSegmentDist(point, coords[i - 1], coords[i])
    if(d.dist < squaredDistance.dist){
      squaredDistance = d
      index = i
    }
  }

  if(index === undefined){
    return [coords, []]
  }

  let prearr = coords.slice(0, index)
  if(prearr.length && !equals(squaredDistance.point, prearr[prearr.length - 1])){
    prearr.push(squaredDistance.point)
  }

  let nextarr = coords.slice(index)
  if(nextarr.length && !equals(squaredDistance.point, nextarr[0])){
    nextarr.unshift(squaredDistance.point)
  }

  return [prearr, nextarr]
}
getClosestPoint([[0, 1], [2, 3], [5, 6], [3, 4], [4, 4]], [3, 5])
/*
[
    [[0,1],[2,3],[3.5,4.5]],
    [[3.5,4.5],[5,6],[3,4],[4,4]]
]
*/

2.11、线段与线段的交点

/* 
* 线段与线段的交点
* 解线性方程组, 求线段AB与线段CD的交点坐标,如果没有交点,返回null
*/
function intersects(coords1, coords2) {
  let x1 = coords1[0][0];
  let y1 = coords1[0][1];
  let x2 = coords1[1][0];
  let y2 = coords1[1][1];
  let x3 = coords2[0][0];
  let y3 = coords2[0][1];
  let x4 = coords2[1][0];
  let y4 = coords2[1][1];
  //斜率交叉相乘 k1 = (y4 - y3) / (x4 - x3)    k2 = (y2 - y1) / (x2 - x1)
  //k1 k2 同乘 (x4 - x3) * (x2 - x1) 并相减得到denom
  let denom = ((y4 - y3) * (x2 - x1)) - ((x4 - x3) * (y2 - y1)); 
  // 如果分母为0 则平行或共线, 不相交 
  if (denom === 0) {
    return null;
  }

  let numeA = ((x4 - x3) * (y1 - y3)) - ((y4 - y3) * (x1 - x3));
  let numeB = ((x2 - x1) * (y1 - y3)) - ((y2 - y1) * (x1 - x3));
  let uA = numeA / denom;
  let uB = numeB / denom;

  // 交点在线段1上,且交点也在线段2上  
  if (uA >= 0 && uA <= 1 && uB >= 0 && uB <= 1) {
    let x = x1 + (uA * (x2 - x1));
    let y = y1 + (uA * (y2 - y1));
    return [x, y];
  }
  return null;
}
intersects([[0,0],[1,1]], [[3,0],[2,1]])  //null
intersects([[0,0],[1,1]], [[3,0],[0,1]])  //[0.75, 0.75]

2.12、线与线的所有交点

/* 
* 线与线的所有交点
* 接收两条线的点集合,求取line2 和 line1的交点
* 如果规定count参数,代表返回前多少个交点,否则全部返回
* 返回交点集合,集合中的元素属性包括 index1:交点在line1的位置,index2:交点在line2的位置,coords:交点坐标
* 代码参考truf.lineIntersect:http://turfjs.org/docs/#lineIntersect
* 如果交点为线的点,则会重复返回,包括返回的数据结构,都是为下面切割面函数splitPolygon服务的
*/
function lineIntersect(line1, line2, count){
  let result = []
    for(let i = 1; i < line1.length; i++){
    let coords1 = [line1[i-1], line1[i]]
    //求取数据的边界范围,函数放在了下面的多边形中
    let bbox1 = bbox(coords1)
        for(let j = 1; j < line2.length; j++){
      let coords2 = [line2[j-1], line2[j]]
      let bbox2 = bbox(coords2)
      //判断两个边界范围的关系: bbox1 是否包含 bbox2,函数放在了下面的多边形中
      if(isIntersects(bbox1, bbox2)){
        let p = intersects(coords1, coords2)
        if(p){
          result.push({index1: i, index2: j, coords: p})
          if(count && (result.length >= count)){
            return result
          }
        }
      }
        }
  }
    return result
}
lineIntersect([[0, 0], [0, 1], [1, 3], [3, 2], [5, 0]], [[-1, 0], [4, 3]])
//[{"index1":1,"index2":1,"coords":[0,0.6]},{"index1":3,"index2":1,"coords":[2.6363636363636367,2.1818181818181817]}]

2.13、判断线段路径是顺时针还是逆时针

/* 
* 判断线段路径是顺时针还是逆时针
* 使用格林公式计算
* 返回值 d < 0  '顺时针' : d > 0  '逆时针'
* truf对应实现truf.booleanClockwise://turfjs.org/docs/#booleanClockwise
*/
function isClockwise(line){
  let length = line.length
  let d = 0

  if(length.length < 3)return d;

  //如果不是闭合线,则改为闭合线
  if(!equals(line[0], line[length - 1])){
    length = (line = line.slice()).push(line[0]);
  }

  //沿着多边形的边求曲线积分,若积分为正,则是沿着边界曲线正方向(逆时针),反之为顺时针
  //最后一个点是开始点,只参与末尾点(倒数第二个点)的计算,不单独计算
  for(let i = 0; i < length - 1; i++){
    d += -0.5 * (line[i + 1][0] - line[i][0]) * (line[i + 1][1] + line[i][1])
  }

  return d
}
isClockwise([[0,0],[1,1],[1,0],[0,0]]) // -0.5 顺时针
isClockwise([[0,0],[1,0],[1,1],[0,0]]) //  0.5 逆时针

2.14、判断线段路径是顺时针还是逆时针

/* 
* 判断线段路径是顺时针还是逆时针
* 使用端点判断
* 为正时,p1-p2-p3   路径的走向为逆时针,  
* 为负时,p1-p2-p3   走向为顺时针,  
* 为零时,p1-p2-p3   所走的方向不变,亦即三点在一直线上
* 返回值 d < 0  '顺时针' : d > 0  '逆时针'
*/
function isClockwise2(line){
  let length = line.length
  let d = 0

  if(length.length < 3)return d;

  //如果不是闭合线,则改为闭合线
  if(!equals(line[0], line[length - 1])){
    length = (line = line.slice()).push(line[0]);
  }

  //循环遍历多边形的坐标选取X或者Y值中最大或者最小的点,这个点必然是凸点
  //然后取该点前后各一个点Pm-1、Pm+1,组成向量(Pm-1,Pm)、(Pm,Pm+1)。然后进行向量叉乘即可判断出顺时针或逆时针
  let max = line[0][0], maxIndex = 0;
  for(let i = 1; i < length - 1; i++){
    if(line[i][0] > max){
      maxIndex = i
      max = line[i][0]
    }
  }

  //找到端点 p2 ,然后取改点前后各一点 p1 p3
  let p1 = line[maxIndex ? (maxIndex - 1) : (length - 2)]
  let p2 = line[maxIndex]
  let p3 = line[maxIndex + 1]
  //然后根据三个点组成的两个向量乘积判断,进行向量叉乘即可判断出顺时针或逆时针
  //d = (x2 - x1) * (y3 - y2) - (x3 - x2) * (y2 - y1)
  d = (p2[0] - p1[0]) * (p3[1] - p2[1]) - (p3[0] - p2[0]) * (p2[1] - p1[1])

  return d
}
isClockwise2([[0,0],[1,1],[1,0],[0,0]]) // -1 顺时针
isClockwise2([[0,0],[1,0],[1,1],[0,0]]) //  1 逆时针

2.15、简化线 与 平滑线

/* 
* 简化线 与 平滑线
* 简化线 与 平滑线 比较复杂,这里就不展示代码了
* 简化线 又可以叫做线的抽稀,一般使用的方法为 道格拉斯-普克,这也是我使用的方法
* 道格拉斯-普克算法(Douglas–Peucker algorithm,亦称为拉默-道格拉斯-普克算法、迭代适应点算法、分裂与合并算法)是将曲线近似表示为一系列点,并减少点的数量的一种算法。其思想主要是保留关键点。

* Douglas-Peucker算法描述:
* 1、在线首尾两点A,B之间连接一条直线AB,该直线为曲线的弦;
* 2、得到曲线上离该直线段距离最大的点C,计算其与AB的距离d;
* 3、比较该距离与预先给定的阈值tolerance的大小,如果小于tolerance,则该直线段作为曲线的近似,该段曲线处理完毕。
* 4、如果距离大于阈值tolerance,则用C将曲线分为两段AC和BC,并分别对两段曲线进行1~3的处理。
* 5、当所有曲线都处理完毕时,依次连接各个分割点形成的折线,即可以作为曲线的近似。

* 除了可以使用道格拉斯-普克算法对线进行抽稀外,还可以使用Wang-Müller算法(保留关键折弯)、Visvalingam-Whyatt算法(保留有效面积、保留加权有效面积)、Li-OpenShaw算法等。
* 在实际应用中发现,现实是残酷的,如果阈值过小,简化后的控制点会很多,用户很难进行操作。而阈值变大,控制点变少了,但是经过平滑之后,线面变形严重,比较失真。真实和美观之间很难平衡,难以兼得。


* 平滑线 一般使用的方法为 贝赛尔曲线插值和B样条曲线插值
* 在应用中发现,两者在某些时候都会有些问题,所以自己对贝赛尔曲线算法做了一点改变,具体的可以看https://segmentfault.com/a/1190000031626358
*/

3、多边形

3.1、获取多边形边界范围

// 获取多边形边界范围
function bbox(coords) {
  // x/经度最小值 y/纬度最小值 x/经度最大值 y/纬度最大值
  let res = [Infinity, Infinity, -Infinity, -Infinity];
  coords.forEach(coord => {
    if (res[0] > coord[0]) res[0] = coord[0];
    if (res[2] < coord[0]) res[2] = coord[0];
    if (res[1] > coord[1]) res[1] = coord[1];
    if (res[3] < coord[1]) res[3] = coord[1];
  })
  return res;
}
bbox([[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]])
// [1, 0, 4, 3]

3.2、判断两个边界范围的关系: a 是否包含 b

//判断两个边界范围的关系: a 是否包含 b
function isContains(a, b) {
  return a[0] <= b[0] &&
    a[1] <= b[1] &&
    b[2] <= a[2] &&
    b[3] <= a[3];
}
isContains([1, 0, 4, 3], [2, 2, 5, 5])  //false
isContains([1, 0, 4, 3], [2, 1, 3, 2])  //true

3.3、判断两个边界范围的关系: a 与 b 是否有交集

//判断两个边界范围的关系: a 与 b 是否有交集
function isIntersects(a, b) {
  return b[0] <= a[2] &&
    b[1] <= a[3] &&
    b[2] >= a[0] &&
    b[3] >= a[1];
}
isIntersects([1, 0, 4, 3], [2, 2, 5, 5])  //true
isIntersects([1, 0, 4, 3], [5, 2, 5, 5])  //false

3.4、获取多边形中心

// 获取多边形中心
function center(coords) {
  let ext = bbox(coords);
  let x = (ext[0] + ext[2]) / 2;
  let y = (ext[1] + ext[3]) / 2;
  return [x, y];
}
center([[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]])
// [2.5, 1.5]

3.5、获取多边形重心

// 获取多边形重心
function centroid(coords) {
  let xSum = 0, ySum = 0, len = 0;
  coords.forEach(coord => {
    xSum += coord[0];
    ySum += coord[1];
    len++;
  })

  return [xSum / len, ySum / len];
}
centroid([[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]])
// [2.4, 1.8]

3.6、获取多边形质心

// 获取多边形质心
function centerOfMass(coords) {
  let centr = centroid(coords);
  let neutralizedPoints = coords.map(function (point$$1) {
    return [
      point$$1[0] - centr[0],
      point$$1[1] - centr[1]
    ];
  });
  
  let sx = 0, sy = 0, sArea = 0;
  let x1, x2, y1, y2, a;
  for (let i = 0, len = coords.length - 1; i < len; i++) {
    x1 = neutralizedPoints[i][0]; 
    y1 = neutralizedPoints[i][1];
    x2 = neutralizedPoints[i + 1][0]; 
    y2 = neutralizedPoints[i + 1][1];

    // a 是计算有符号面积和最终坐标的公因子
    a = x1 * y2 - x2 * y1;
    // sArea 用来计算有符号面积的和
    sArea += a;
    // sx 和 sy 是用于计算最终坐标的总和
    sx += (x1 + x2) * a;
    sy += (y1 + y2) * a;
  }

  if (sArea === 0) {
    return centre;
  } else {
    // 计算有符号面积,并因式分解: x = 1 / 6A
    let area = sArea * 0.5;
    let areaFactor = 1 / (6 * area);

    return [
      centr[0] + areaFactor * sx,
      centr[1] + areaFactor * sy
    ]
  }
}
centerOfMass([[1, 1], [2, 3], [3, 3], [4, 2], [2, 0]])
// [2.569230769230769, 1.8735042735042735]

3.7、获取多边形面积

/* 
* 获取多边形面积
* 原理:△ABC的面积就是'向量AB'和'向量AC'两个向量叉积的绝对值的一半。其正负表示三角形顶点是在右手系还是左手系。
* 所以可以把多边形以多边形内一点为顶点,拆分出一个个三角形,再求取面积
* 设 n 边形的顶点依次是 (x1,y1)(x2,y2)......(xn,yn)
* 那么:s = (x1y2-x2y1)/2 + (x2y3-x3y2)/2 +......+ (xny1-x1yn)/2
* 获取的 s 是有向面积,需要取绝对值
*/
function getArea(polygon){
  let area = 0;
  let len = polygon.length
  let x1 = polygon[len - 1][0]
  let y1 = polygon[len - 1][1]
  for(let i = 0; i < len; i++){
    let x2 = polygon[i][0];
    let y2 = polygon[i][1];
    area += y1 * x2 - x1 * y2;
    x1 = x2;
    y1 = y2
  }
  return Math.abs(area / 2)
}
getArea([[0,0],[0,10],[10,10],[10,0]])  //100
getArea([[0,0],[0,3],[4,0]])  //6

3.8、计算多边形投影到地球上时的近似面积(平方米)

/* 
* 计算多边形投影到地球上时的近似面积(平方米)
* 注意,如果环是顺时针方向的,这个区域将是正的,否则它将是负的
* 注意,投影及其长半轴参数radius的介绍这里不做叙述,可以看上面haversineDistance的相关介绍
*/
function geodesicArea(coords) {
  let radius = 6378137
  let area = 0, len = coords.length;
  if(len <= 2){ return area }

  let x1 = coords[len - 1][0];
  let y1 = coords[len - 1][1];
  for (let i = 0; i < len; i++) {
    let x2 = coords[i][0], y2 = coords[i][1];
    area += toRadians(x2 - x1) * (2 + Math.sin(toRadians(y1)) + Math.sin(toRadians(y2)));
    x1 = x2;
    y1 = y2
  }
  area = area * radius * radius / 2
  return Math.abs(area)
}
geodesicArea([[118, 39], [117, 34], [117, 33], [116, 36], [117, 40]])  //64519860945.307144平方米

3.9、判断点是否在多边形内

/* 
* 判断点是否在多边形内
* 射线法(ray casting)或者奇偶规则法(even odd rule)
* 从这个点做一条射线,计算它跟多边形边界的交点个数,如果交点个数为奇数,那么点在多边形内部,否则点在多边形外。
* 对于射线法,需要排除以下几种情况:
* 1、点在多边形的边上
* 2、点和多边形的顶点重合
* 3、射线经过多边形顶点
* 4、射线刚好经过多边形的一条边
* truf对应实现truf.booleanPointInPolygon://turfjs.org/docs/#booleanPointInPolygon
*/
function pointInPolygon(point, polygon) {
  let px = point[0], py = point[1], flag = false

  let sx, sy, tx, ty
  for(let i = 0, l = polygon.length, j = l - 1; i < l; j = i, i++) {
    sx = polygon[i][0]
    sy = polygon[i][1]
    tx = polygon[j][0]
    ty = polygon[j][1]

    // 点与多边形顶点重合       
    if((sx === px && sy === py) || (tx === px && ty === py)) {
      return true
    }

    // 判断线段两端点是否在射线两侧       
    if((sy < py && ty >= py) || (sy >= py && ty < py)) {
      // 线段上与射线 Y 坐标相同的点的 X 坐标         
      let x = sx + (py - sy) * (tx - sx) / (ty - sy)

      // 点在多边形的边上         
      if(x === px) {
        return true
      }

      // 射线穿过多边形的边界         
      if(x > px) {
        flag = !flag
      }
    }
  }

  // 射线穿过多边形边界的次数为奇数时点在多边形内     
  return flag
}

3.10、判断点是否在多边形内

/* 
* 判断点是否在多边形内
* 回转数法
* 用线段分别连接点和多边形的全部顶点,计算所有点与相邻顶点连线的夹角,计算所有夹角和,最后根据角度累加值计算回转数
* 注意每个夹角都是有方向的,所以有可能是负值。360°(2π)相当于一次回转。
* 当回转数为 0 时,点在闭合曲线外部。
*/
function pointInPolygon2(point, polygon) {
  let px = point[0], py = point[1], sum = 0

  let sx, sy, tx, ty
  for(let i = 0, l = polygon.length, j = l - 1; i < l; j = i, i++) {
    sx = polygon[i][0]
    sy = polygon[i][1]
    tx = polygon[j][0]
    ty = polygon[j][1]

    // 点与多边形顶点重合       
    if((sx === px && sy === py) || (tx === px && ty === py)) {
      return true
    }

    // 点与相邻顶点连线的夹角       
    let angle = Math.atan2(sy - py, sx - px) - Math.atan2(ty - py, tx - px)

    // 确保夹角不超出取值范围(-π 到 π)
    if(angle >= Math.PI) {
      angle = angle - Math.PI * 2
    } else if(angle <= -Math.PI) {
      angle = angle + Math.PI * 2
    }

    sum += angle
  }

  // 计算回转数并判断点和多边形的几何关系     
  return Math.round(sum / Math.PI) !== 0
}

3.11、判断点是否在多边形内

/* 
* 判断点是否在多边形内
* openlayers中的方法,也是使用的射线法,但是他根据https://mentin.medium.com/which-predicate-cb608b470471中的描述
* 使用的判断依据是contains而不是covers,即点位于线上不算做包含
* 但它仍然有问题,下面两个例子要么都为false,要么都为true
* pointInPolygon3([110, 0], [[110, 0], [100, 10], [110, 30], [120, 10]]) => false
* pointInPolygon3([110, 0], [[110, 0], [110, 50], [150, 50], [150, 0]]) => true
*/
function pointInPolygon3(point, polygon) {
  let x = point[0], y = point[1]
  let wn = 0;
  let x1 = polygon[0][0];
  let y1 = polygon[0][1];
  for (let i = 0; i < polygon.length; i++) {
    let x2 = polygon[i][0];
    let y2 = polygon[i][1];
    if (y1 <= y) {
      if (y2 > y && (x2 - x1) * (y - y1) - (x - x1) * (y2 - y1) > 0){
        wn++;
      }
    } else if (y2 <= y && (x2 - x1) * (y - y1) - (x - x1) * (y2 - y1) < 0){
      wn--;
    }
    x1 = x2;
    y1 = y2
  }
  return wn !== 0
}

3.12、两个多边形之间的关系:相交、包含、相离

/* 
* 两个多边形之间的关系:相交、包含、相离
* 0、先判断两个路径是否有交点,是的话就是相交
* 1、遍历A多边形上的点,判断是否有坐标点在B多边形内 --- 返回结果 a
* 2、遍历B多边形上的点,判断是否有坐标点在A多边形内 --- 返回结果 b
* 如果a、b都为true,则两个多边形相交
* 如果a为true,b为false,则多边形B包含多边形A
* 如果a为false,b为true,则多边形A包含多边形B
* 如果a、b都为false,则两个多边形远离
* truf对应实现 包含 truf.booleanContains://turfjs.org/docs/#booleanContains
* truf对应实现 交叉 truf.booleanCrosses://turfjs.org/docs/#booleanCrosses
* truf对应实现 相离 truf.booleanDisjoint://turfjs.org/docs/#booleanDisjoint
*/
function judge(coordsA, coordsB){
  //先判断线有没有交点
  let points = lineIntersect(coordsA, coordsB, 1)
  if(points.length){
    return 3 //相交
  }
  let boola = coordsA.some(item => {
    return pointInPolygon3(item, coordsB)
  }) ? 1 : 0;
  let boolb = coordsB.some(item => {
    return pointInPolygon3(item, coordsA)
  }) ? 1 : 0;

  return ['相离', 'A包含B', 'B包含A', '相交'][boola * 2 + boolb]
}

github地址:https://github.com/hfhan/math

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