如何使用 Python 操作多边形：减法和凸包生成

多边形操作：减法和凸包生成

引言

在计算机图形学中，多边形是表示物体或区域的常见工具。有时，我们可能需要从一个多边形中减去另一个多边形，或者将多边形转换为没有孔的多边形。本文将指导你使用 Python 和 Shapely 库来完成这些任务，并深入探讨背后的原理。

减去多边形

问题

当多个多边形重叠时，我们可能需要从一个多边形（A）中减去另一个多边形（B），以获得一个新的多边形，其中 B 多边形被从 A 多边形中移除。

解决方案

Shapely 库提供了 difference() 方法，用于从一个多边形中减去另一个多边形。该方法采用两个多边形对象作为参数，并返回一个表示结果多边形的新多边形对象。

from shapely.geometry import Polygon

# 创建多边形 A 和 B
polygon_a = Polygon([(0, 0), (100, 0), (100, 100), (0, 100)])
polygon_b = Polygon([(25, 25), (75, 25), (75, 75), (25, 75)])

# 减去 B 多边形
polygon_result = polygon_a.difference(polygon_b)

# 打印结果多边形
print(polygon_result)

生成凸包

问题

有时，多边形可能包含孔或空洞。为了将多边形转换为没有孔的多边形，我们需要生成多边形的凸包。凸包是包含多边形所有点的最小凸多边形。

解决方案

Shapely 库提供了 convex_hull() 方法，用于生成多边形的凸包。该方法采用一个多边形对象作为参数，并返回一个表示凸包的新多边形对象。

from shapely.geometry import Polygon

# 创建多边形
polygon = Polygon([(0, 0), (100, 0), (100, 100), (0, 100), (50, 50)])

# 生成凸包
polygon_convex_hull = polygon.convex_hull()

# 打印凸包
print(polygon_convex_hull)

结论

本教程介绍了如何使用 Python 和 Shapely 库来从多个蓝色多边形中减去红色多边形，以及如何将多边形转换为无孔多边形。这些技术在各种应用中非常有用，例如地理信息系统 (GIS) 和计算机辅助设计 (CAD)。

常见问题解答

• 如何检查多边形是否包含另一个多边形？
  使用 contains() 方法，它返回一个布尔值，表示一个多边形是否包含另一个多边形。

• 如何合并重叠的多边形？
  使用 union() 方法，它返回一个包含所有重叠区域的新多边形。

• 如何计算多边形的面积？
  使用 area 属性，它返回多边形的面积。

• 如何查找多边形与另一条线的交点？
  使用 intersection() 方法，它返回一个包含交点的点或线段的列表。

• 如何偏移多边形的边界？
  使用 buffer() 方法，它返回一个包含偏移边界的缓冲区多边形。