计算机几何 - 如何判断一个多边形是凸多边形还是凹多边形

什么是凸多边形和凹多边形?
凸多边形:每个内角都是锐角或钝角,没有大于180度的内角(例如,三角形、正方形)。
在这里插入图片描述
凹多边形:至少有一个大于180度的内角(例如,五角星)。
注:大于180度的角又被称为优角
如上图,D点就是优角
如上图,D点就是优角

如何判断一个多边形是凹多边形还是凸多边形?
1.角度和判断:将多边形每个顶点处的较小角(内角或外角)相加,如果小于(n-2)*180,则为凹多边形。(可以使用向量点乘来等价求两个向量的夹角,它的值(角)总是以较短的弧度来度量)
实现:

public static bool IsConcavePolygon(Vector2[] points)
{
	int totalAngle = (points.Length - 2) * 180;
	float angle = 0;
	for(int i=0;i<points.Length;i++)
	{
		Vector2 v1,v2;
		//向量1
		if(i==0)
			v1=points[points.Length-1]-points[i];
		else
			v1=points[i-1]-points[i];
		//向量2
		if(i==points.Length-1)
			v2=points[0]-points[i];
		else
			v2 = points[i+1]-points[i];
		//计算夹角:Mathf.Acos(Mathf.Clamp(Vector2.Dot(v1.normalized,to.normalized),-1f,1f))*57.29578f;
		float a = Vector2.Angle(v1,v2);
		angle+=a;
	}
	return angle<totalAngle;	
}

2.检测凹点:凸多变形的每个顶点的转向都应该是一致的,不一致的点就是凹点。(向量的叉乘)
实现:

//假设传入的是逆时针单向链
//判断两个向量的转向,如果是逆时针转,则为凸点,顺时针转则为凹点
public static bool IsConcavePolygon(Vector2[] points)
{
	for(int i=0;i<points.Length;i++)
	{
		Vector2 v1,v2;
		//向量1
		if(i==0)
			v1=points[points.Length-1]-points[i];
		else
			v1=points[i-1]-points[i];
		//向量2
		if(i==points.Length-1)
			v2=points[0]-points[i];
		else
			v2 = points[i+1]-points[i];
		//计算叉积,根据三维叉积公式计算,z轴为0 
		float corss = v1.x*v2.y-v1.y*v2.x;
		if(corss>0)
			return true;
	}
	return false;
}

参考连接:
凹多边形
向量

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