Geometry & Recognition

단순 다각형(simple polygon)의 삼각화 알고리즘의 다른 구현이다. 이전 구현과 같은 Ear-Clipping 알고리즘을 써서 구현한 것이다. 폴리곤의 각 꼭짓점을 돌면서 현재 꼭짓점의 직전과 직후의 꼭짓점들로 구성한 삼각형이 Ear인가를 체크해서 맞으면 이 삼각형을 추가하고, 현 꼭짓점은 주어진 폴리곤에서 제거를 한 후 나머지에 대해 테스트를 계속한다. $N$ 개의 꼭짓점을 가지는 단순 폴리곤의 경우에 $N-2$ 개의 삼각형으로 분해가 된다.

주어진 폴리곤이 시계방향으로 정렬된 경우는 반시계 방향으로 바꾸어서 정렬시킨 후 작업을 한다. 구현된 알고리즘의 복잡도는 ${\cal O}(N^2)$이다. 

last update: 2012.10.03;

static 
bool leftSide(const CPoint &P, const CPoint &A, const CPoint &B) {
    // P가 선분(A,B)의 왼쪽 또는 위에 있는가?
    return ((B.x-A.x)*(P.y-A.y) - (B.y-A.y)*(P.x-A.x)) >= 0;
}
static 
bool insideTriangle(const CPoint &P, const CPoint &A, const CPoint &B, const CPoint &C) {
    // 반시계방향으로 정렬된 삼각형(A,B,C)의 안에 점 P가 있는가?(경계포함);
    if (!leftSide(P, A, B)) return false;
    if (!leftSide(P, B, C)) return false;
    if (!leftSide(P, C, A)) return false;
    return true;
};
static 
int polygonArea2(const std::vector<CPoint> &pts) {
    double area2 = 0;
    for (int p = pts.size() - 1, q = 0; q < pts.size(); p = q++)
        area2 += pts[p].x * pts[q].y - pts[p].y * pts[q].x;
    return area2;
}
static 
bool earTest(int a, int b, int c, 
             int nv, const std::vector<int> &V, 
             const std::vector<CPoint> &pts) 
{
    // Check the triangle {V[a], V[b], V[c]} is an Ear; 
    const CPoint &A  = pts[V[a]]; 
    const CPoint &B  = pts[V[b]]; 
    const CPoint &C  = pts[V[c]]; 
    // colinear(A->B->C) or concave인가를 체크; 반시계 방향으로 정렬된 입력점이므로 왼편에
    // 있으면 concave이므로 ear가 안된다;
    if (leftSide(B, A, C)) return false; 
    // 이미 만들어진 삼각형의 꼭지점이 포함되는지 체크한다;
    for (int k = 0; k < nv; ++k) {
        if ((k == a) || (k == b) || (k == c)) continue;
        if (insideTriangle(pts[V[k]], A, B, C)) return false;
    }
    return true;
};
/* Polygon should be simple(ccw or cw);*/
std::vector<Triple> polygonTriangulation(const std::vector<CPoint>& pts) {
    if (pts.size() < 3) return std::vector<Triple> (); //null_vec;
    std::vector<int> V(pts.size());  // contains vertex indices;
    // 주어진 단순폴리곤을 ccw-ordering;
    if (polygonArea2(pts) > 0)
        for (int v = pts.size(); v-- > 0;) V[v] = v;
    else 
        for (int v = pts.size(), k = 0; v-- > 0;) V[v] = k++;
        
    std::vector<Triple> triples;
    triples.reserve(pts.size() - 2);
    // (pts.size()-2)개 꼭지점을 차례로 제거한다. 
    // 꼭지점이 제거될때마다 삼각형이 하나씩 생긴다;    
    int nv = pts.size();
    int err_detect = 2 * nv;   /* error detection */
    for (int v = nv - 1; nv > 2;  ) {
        // 단순폴리곤이 아닌 경우에 무한루프를 도는 것을 방지;
        if (0 >= err_detect--) {
            TRACE("ERROR::non-simple polygon\n");
            return std::vector<Triple> ();
        }
        // <u,v,w>는 연속하는 세 꼭지점의 인덱스임;
        int u = v % nv; 
        v = (u + 1) % nv;
        int w = (v + 1) % nv;
        if (earTest(u, v, w, nv, V, pts)) { 
            triples.push_back(Triple(V[u], V[v], V[w]));  
            // 꼭지점 V[v]를 제거함;
            for (int k = v, j = k + 1; j < nv;) V[k++] = V[j++];
            /* resest error detection counter */
            err_detect = 2 * (--nv);
        }
    }
    return triples;
}