Welche Methode ist am überlegen: Raytracing vs. Matplotlib für die Punkteinbeziehung in Polygone?

Prüfung der Punkteinbeziehung in ein Polygon: Ein Leistungsvergleich

Die Feststellung, ob ein Punkt innerhalb eines Polygons liegt, ist ein häufig auftretendes Problem in Python. Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Ansätzen stechen zwei Hauptmethoden hervor: Raytracing und die path.contains_points-Funktion von Matplotlib.

Raytracing-Methode

Die Raytracing-Methode basiert auf der Verfolgung von Strahlen vom Punkt bis ins Unendliche in verschiedene Richtungen. Wenn die Anzahl der Schnittpunkte zwischen den Strahlen und den Kanten des Polygons ungerade ist, wird der Punkt als innerhalb des Polygons betrachtet.

Matplotlibs path.contains_points-Funktion

Diese Funktion verwendet a schnellerer und effizienterer Algorithmus basierend auf der Kreuzungszahlmethode. Es bestimmt die Einbeziehung des Punktes, indem es seine Beziehung zu den Grenzen des Polygons berücksichtigt.

Leistungsvergleich

Empirische Tests ergaben, dass die Matplotlib-Funktion die Raytracing-Methode in Bezug auf deutlich übertrifft Ausführungszeit, insbesondere bei größeren Polygonen. Bei einem 100-seitigen Polygon und 10.000 Zufallspunkten benötigte die Matplotlib-Funktion beispielsweise etwa 0,0099 Sekunden, während Raytracing 0,4413 Sekunden benötigte.

Shapely Library

Für Für komplexere geometrische Operationen bietet die Shapely-Bibliothek spezielle Funktionen. Für die spezifische Aufgabe des Punkteinschlusstests bleibt jedoch die Matplotlib-Methode die schnellste und effizienteste Wahl.

Pixeltoleranzraster

Wenn die erforderliche Genauigkeit innerhalb von a liegt „Pixel“-Toleranz: Die Verwendung eines NumPy-Booleschen Gitters zur Darstellung der Punkte innerhalb des Polygons kann eine noch schnellere Leistung bieten. Bei diesem Ansatz wird ein Raster mit booleschen Werten gefüllt, wobei Punkte innerhalb des Polygons als „True“ markiert werden. Dieses Raster kann dann verwendet werden, um schnell zu bestimmen, ob nachfolgende Punkte innerhalb des Polygons liegen.

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