从特定方向获取暴露在阳光下的线段

java

2024-03-20 00:42:16

从指定方向获取受阳光照射的线段

简介

在二维折线（非多边形）中，确定从给定方向暴露在阳光下的线段是一项常见的几何任务。本文将介绍一种有效算法，帮助您解决这一问题。

问题

对于一个闭合折线，如何有效地获取从给定方向暴露在阳光下的线段？

算法

步骤 1：计算法线向量

对于折线的每个线段，计算其法线向量，即垂直于该线段的单位向量。

步骤 2：投影方向向量

将给定方向向量投影到折线的每个法线向量上。

步骤 3：检查法线投影

如果法线投影为正，则表示该线段面向给定方向并暴露在阳光下。

步骤 4：连接暴露线段

将所有面向给定方向的线段连接起来，形成暴露在阳光下的线段集。

优化

为了优化算法，可以采用以下技术：

空间分区： 将折线划分为更小的区域，然后只对每个区域内的线段进行处理。
提前计算法线向量： 预先计算折线所有线段的法线向量，避免在投影过程中重复计算。

实现

Java 程序员可以使用 JTS Topology Suite 库来实现上述算法。库提供了计算法线向量和投影向量的功能。

示例代码

import org.locationtech.jts.geom.Coordinate;
import org.locationtech.jts.geom.GeometryFactory;
import org.locationtech.jts.geom.LineSegment;

public class SunExposedLineSegments {

    public static List<LineSegment> getSunExposedSegments(List<LineSegment> lineSegments, Vector directionVector) {
        List<LineSegment> exposedSegments = new ArrayList<>();

        for (LineSegment segment : lineSegments) {
            Coordinate normalVector = segment.getNormal();
            double projection = normalVector.dot(directionVector);

            if (projection > 0) {
                exposedSegments.add(segment);
            }
        }

        return exposedSegments;
    }
}