source: josm/trunk/src/org/openstreetmap/josm/tools/Geometry.java @ 12718

Last change on this file since 12718 was 12718, checked in by Don-vip, 3 months ago

see #13036 - see #15229 - see #15182 - make Commands depends only on a DataSet, not a Layer. This removes a lot of GUI dependencies

  • Property svn:eol-style set to native
File size: 40.4 KB
Line 
1// License: GPL. For details, see LICENSE file.
2package org.openstreetmap.josm.tools;
3
4import java.awt.Rectangle;
5import java.awt.geom.Area;
6import java.awt.geom.Line2D;
7import java.awt.geom.Path2D;
8import java.math.BigDecimal;
9import java.math.MathContext;
10import java.util.ArrayList;
11import java.util.Collections;
12import java.util.Comparator;
13import java.util.EnumSet;
14import java.util.LinkedHashSet;
15import java.util.List;
16import java.util.Set;
17import java.util.function.Predicate;
18
19import org.openstreetmap.josm.Main;
20import org.openstreetmap.josm.command.AddCommand;
21import org.openstreetmap.josm.command.ChangeCommand;
22import org.openstreetmap.josm.command.Command;
23import org.openstreetmap.josm.data.coor.EastNorth;
24import org.openstreetmap.josm.data.osm.BBox;
25import org.openstreetmap.josm.data.osm.DataSet;
26import org.openstreetmap.josm.data.osm.MultipolygonBuilder;
27import org.openstreetmap.josm.data.osm.MultipolygonBuilder.JoinedPolygon;
28import org.openstreetmap.josm.data.osm.Node;
29import org.openstreetmap.josm.data.osm.NodePositionComparator;
30import org.openstreetmap.josm.data.osm.OsmPrimitive;
31import org.openstreetmap.josm.data.osm.Relation;
32import org.openstreetmap.josm.data.osm.Way;
33import org.openstreetmap.josm.data.osm.visitor.paint.relations.Multipolygon;
34import org.openstreetmap.josm.data.osm.visitor.paint.relations.MultipolygonCache;
35import org.openstreetmap.josm.data.projection.Projection;
36import org.openstreetmap.josm.data.projection.Projections;
37import org.openstreetmap.josm.gui.MainApplication;
38import org.openstreetmap.josm.gui.MapFrame;
39
40/**
41 * Some tools for geometry related tasks.
42 *
43 * @author viesturs
44 */
45public final class Geometry {
46
47    private Geometry() {
48        // Hide default constructor for utils classes
49    }
50
51    /**
52     * The result types for a {@link Geometry#polygonIntersection(Area, Area)} test
53     */
54    public enum PolygonIntersection {
55        /**
56         * The first polygon is inside the second one
57         */
58        FIRST_INSIDE_SECOND,
59        /**
60         * The second one is inside the first
61         */
62        SECOND_INSIDE_FIRST,
63        /**
64         * The polygons do not overlap
65         */
66        OUTSIDE,
67        /**
68         * The polygon borders cross each other
69         */
70        CROSSING
71    }
72
73    /**
74     * Will find all intersection and add nodes there for list of given ways.
75     * Handles self-intersections too.
76     * And makes commands to add the intersection points to ways.
77     *
78     * Prerequisite: no two nodes have the same coordinates.
79     *
80     * @param ways  a list of ways to test
81     * @param test  if false, do not build list of Commands, just return nodes
82     * @param cmds  list of commands, typically empty when handed to this method.
83     *              Will be filled with commands that add intersection nodes to
84     *              the ways.
85     * @return list of new nodes
86     */
87    public static Set<Node> addIntersections(List<Way> ways, boolean test, List<Command> cmds) {
88
89        int n = ways.size();
90        @SuppressWarnings("unchecked")
91        List<Node>[] newNodes = new ArrayList[n];
92        BBox[] wayBounds = new BBox[n];
93        boolean[] changedWays = new boolean[n];
94
95        Set<Node> intersectionNodes = new LinkedHashSet<>();
96
97        //copy node arrays for local usage.
98        for (int pos = 0; pos < n; pos++) {
99            newNodes[pos] = new ArrayList<>(ways.get(pos).getNodes());
100            wayBounds[pos] = getNodesBounds(newNodes[pos]);
101            changedWays[pos] = false;
102        }
103
104        DataSet dataset = ways.get(0).getDataSet();
105
106        //iterate over all way pairs and introduce the intersections
107        Comparator<Node> coordsComparator = new NodePositionComparator();
108        for (int seg1Way = 0; seg1Way < n; seg1Way++) {
109            for (int seg2Way = seg1Way; seg2Way < n; seg2Way++) {
110
111                //do not waste time on bounds that do not intersect
112                if (!wayBounds[seg1Way].intersects(wayBounds[seg2Way])) {
113                    continue;
114                }
115
116                List<Node> way1Nodes = newNodes[seg1Way];
117                List<Node> way2Nodes = newNodes[seg2Way];
118
119                //iterate over primary segmemt
120                for (int seg1Pos = 0; seg1Pos + 1 < way1Nodes.size(); seg1Pos++) {
121
122                    //iterate over secondary segment
123                    int seg2Start = seg1Way != seg2Way ? 0 : seg1Pos + 2; //skip the adjacent segment
124
125                    for (int seg2Pos = seg2Start; seg2Pos + 1 < way2Nodes.size(); seg2Pos++) {
126
127                        //need to get them again every time, because other segments may be changed
128                        Node seg1Node1 = way1Nodes.get(seg1Pos);
129                        Node seg1Node2 = way1Nodes.get(seg1Pos + 1);
130                        Node seg2Node1 = way2Nodes.get(seg2Pos);
131                        Node seg2Node2 = way2Nodes.get(seg2Pos + 1);
132
133                        int commonCount = 0;
134                        //test if we have common nodes to add.
135                        if (seg1Node1 == seg2Node1 || seg1Node1 == seg2Node2) {
136                            commonCount++;
137
138                            if (seg1Way == seg2Way &&
139                                    seg1Pos == 0 &&
140                                    seg2Pos == way2Nodes.size() -2) {
141                                //do not add - this is first and last segment of the same way.
142                            } else {
143                                intersectionNodes.add(seg1Node1);
144                            }
145                        }
146
147                        if (seg1Node2 == seg2Node1 || seg1Node2 == seg2Node2) {
148                            commonCount++;
149
150                            intersectionNodes.add(seg1Node2);
151                        }
152
153                        //no common nodes - find intersection
154                        if (commonCount == 0) {
155                            EastNorth intersection = getSegmentSegmentIntersection(
156                                    seg1Node1.getEastNorth(), seg1Node2.getEastNorth(),
157                                    seg2Node1.getEastNorth(), seg2Node2.getEastNorth());
158
159                            if (intersection != null) {
160                                if (test) {
161                                    intersectionNodes.add(seg2Node1);
162                                    return intersectionNodes;
163                                }
164
165                                Node newNode = new Node(Main.getProjection().eastNorth2latlon(intersection));
166                                Node intNode = newNode;
167                                boolean insertInSeg1 = false;
168                                boolean insertInSeg2 = false;
169                                //find if the intersection point is at end point of one of the segments, if so use that point
170
171                                //segment 1
172                                if (coordsComparator.compare(newNode, seg1Node1) == 0) {
173                                    intNode = seg1Node1;
174                                } else if (coordsComparator.compare(newNode, seg1Node2) == 0) {
175                                    intNode = seg1Node2;
176                                } else {
177                                    insertInSeg1 = true;
178                                }
179
180                                //segment 2
181                                if (coordsComparator.compare(newNode, seg2Node1) == 0) {
182                                    intNode = seg2Node1;
183                                } else if (coordsComparator.compare(newNode, seg2Node2) == 0) {
184                                    intNode = seg2Node2;
185                                } else {
186                                    insertInSeg2 = true;
187                                }
188
189                                if (insertInSeg1) {
190                                    way1Nodes.add(seg1Pos +1, intNode);
191                                    changedWays[seg1Way] = true;
192
193                                    //fix seg2 position, as indexes have changed, seg2Pos is always bigger than seg1Pos on the same segment.
194                                    if (seg2Way == seg1Way) {
195                                        seg2Pos++;
196                                    }
197                                }
198
199                                if (insertInSeg2) {
200                                    way2Nodes.add(seg2Pos +1, intNode);
201                                    changedWays[seg2Way] = true;
202
203                                    //Do not need to compare again to already split segment
204                                    seg2Pos++;
205                                }
206
207                                intersectionNodes.add(intNode);
208
209                                if (intNode == newNode) {
210                                    cmds.add(new AddCommand(dataset, intNode));
211                                }
212                            }
213                        } else if (test && !intersectionNodes.isEmpty())
214                            return intersectionNodes;
215                    }
216                }
217            }
218        }
219
220
221        for (int pos = 0; pos < ways.size(); pos++) {
222            if (!changedWays[pos]) {
223                continue;
224            }
225
226            Way way = ways.get(pos);
227            Way newWay = new Way(way);
228            newWay.setNodes(newNodes[pos]);
229
230            cmds.add(new ChangeCommand(way, newWay));
231        }
232
233        return intersectionNodes;
234    }
235
236    private static BBox getNodesBounds(List<Node> nodes) {
237
238        BBox bounds = new BBox(nodes.get(0));
239        for (Node n: nodes) {
240            bounds.add(n);
241        }
242        return bounds;
243    }
244
245    /**
246     * Tests if given point is to the right side of path consisting of 3 points.
247     *
248     * (Imagine the path is continued beyond the endpoints, so you get two rays
249     * starting from lineP2 and going through lineP1 and lineP3 respectively
250     * which divide the plane into two parts. The test returns true, if testPoint
251     * lies in the part that is to the right when traveling in the direction
252     * lineP1, lineP2, lineP3.)
253     *
254     * @param lineP1 first point in path
255     * @param lineP2 second point in path
256     * @param lineP3 third point in path
257     * @param testPoint point to test
258     * @return true if to the right side, false otherwise
259     */
260    public static boolean isToTheRightSideOfLine(Node lineP1, Node lineP2, Node lineP3, Node testPoint) {
261        boolean pathBendToRight = angleIsClockwise(lineP1, lineP2, lineP3);
262        boolean rightOfSeg1 = angleIsClockwise(lineP1, lineP2, testPoint);
263        boolean rightOfSeg2 = angleIsClockwise(lineP2, lineP3, testPoint);
264
265        if (pathBendToRight)
266            return rightOfSeg1 && rightOfSeg2;
267        else
268            return !(!rightOfSeg1 && !rightOfSeg2);
269    }
270
271    /**
272     * This method tests if secondNode is clockwise to first node.
273     * @param commonNode starting point for both vectors
274     * @param firstNode first vector end node
275     * @param secondNode second vector end node
276     * @return true if first vector is clockwise before second vector.
277     */
278    public static boolean angleIsClockwise(Node commonNode, Node firstNode, Node secondNode) {
279        return angleIsClockwise(commonNode.getEastNorth(), firstNode.getEastNorth(), secondNode.getEastNorth());
280    }
281
282    /**
283     * Finds the intersection of two line segments.
284     * @param p1 the coordinates of the start point of the first specified line segment
285     * @param p2 the coordinates of the end point of the first specified line segment
286     * @param p3 the coordinates of the start point of the second specified line segment
287     * @param p4 the coordinates of the end point of the second specified line segment
288     * @return EastNorth null if no intersection was found, the EastNorth coordinates of the intersection otherwise
289     */
290    public static EastNorth getSegmentSegmentIntersection(EastNorth p1, EastNorth p2, EastNorth p3, EastNorth p4) {
291
292        CheckParameterUtil.ensure(p1, "p1", EastNorth::isValid);
293        CheckParameterUtil.ensure(p2, "p2", EastNorth::isValid);
294        CheckParameterUtil.ensure(p3, "p3", EastNorth::isValid);
295        CheckParameterUtil.ensure(p4, "p4", EastNorth::isValid);
296
297        double x1 = p1.getX();
298        double y1 = p1.getY();
299        double x2 = p2.getX();
300        double y2 = p2.getY();
301        double x3 = p3.getX();
302        double y3 = p3.getY();
303        double x4 = p4.getX();
304        double y4 = p4.getY();
305
306        //TODO: do this locally.
307        //TODO: remove this check after careful testing
308        if (!Line2D.linesIntersect(x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4)) return null;
309
310        // solve line-line intersection in parametric form:
311        // (x1,y1) + (x2-x1,y2-y1)* u  = (x3,y3) + (x4-x3,y4-y3)* v
312        // (x2-x1,y2-y1)*u - (x4-x3,y4-y3)*v = (x3-x1,y3-y1)
313        // if 0<= u,v <=1, intersection exists at ( x1+ (x2-x1)*u, y1 + (y2-y1)*u )
314
315        double a1 = x2 - x1;
316        double b1 = x3 - x4;
317        double c1 = x3 - x1;
318
319        double a2 = y2 - y1;
320        double b2 = y3 - y4;
321        double c2 = y3 - y1;
322
323        // Solve the equations
324        double det = a1*b2 - a2*b1;
325
326        double uu = b2*c1 - b1*c2;
327        double vv = a1*c2 - a2*c1;
328        double mag = Math.abs(uu)+Math.abs(vv);
329
330        if (Math.abs(det) > 1e-12 * mag) {
331            double u = uu/det, v = vv/det;
332            if (u > -1e-8 && u < 1+1e-8 && v > -1e-8 && v < 1+1e-8) {
333                if (u < 0) u = 0;
334                if (u > 1) u = 1.0;
335                return new EastNorth(x1+a1*u, y1+a2*u);
336            } else {
337                return null;
338            }
339        } else {
340            // parallel lines
341            return null;
342        }
343    }
344
345    /**
346     * Finds the intersection of two lines of infinite length.
347     *
348     * @param p1 first point on first line
349     * @param p2 second point on first line
350     * @param p3 first point on second line
351     * @param p4 second point on second line
352     * @return EastNorth null if no intersection was found, the coordinates of the intersection otherwise
353     * @throws IllegalArgumentException if a parameter is null or without valid coordinates
354     */
355    public static EastNorth getLineLineIntersection(EastNorth p1, EastNorth p2, EastNorth p3, EastNorth p4) {
356
357        CheckParameterUtil.ensure(p1, "p1", EastNorth::isValid);
358        CheckParameterUtil.ensure(p2, "p2", EastNorth::isValid);
359        CheckParameterUtil.ensure(p3, "p3", EastNorth::isValid);
360        CheckParameterUtil.ensure(p4, "p4", EastNorth::isValid);
361
362        // Basically, the formula from wikipedia is used:
363        //  https://en.wikipedia.org/wiki/Line%E2%80%93line_intersection
364        // However, large numbers lead to rounding errors (see #10286).
365        // To avoid this, p1 is first substracted from each of the points:
366        //  p1' = 0
367        //  p2' = p2 - p1
368        //  p3' = p3 - p1
369        //  p4' = p4 - p1
370        // In the end, p1 is added to the intersection point of segment p1'/p2'
371        // and segment p3'/p4'.
372
373        // Convert line from (point, point) form to ax+by=c
374        double a1 = p2.getY() - p1.getY();
375        double b1 = p1.getX() - p2.getX();
376
377        double a2 = p4.getY() - p3.getY();
378        double b2 = p3.getX() - p4.getX();
379
380        // Solve the equations
381        double det = a1 * b2 - a2 * b1;
382        if (det == 0)
383            return null; // Lines are parallel
384
385        double c2 = (p4.getX() - p1.getX()) * (p3.getY() - p1.getY()) - (p3.getX() - p1.getX()) * (p4.getY() - p1.getY());
386
387        return new EastNorth(b1 * c2 / det + p1.getX(), -a1 * c2 / det + p1.getY());
388    }
389
390    /**
391     * Check if the segment p1 - p2 is parallel to p3 - p4
392     * @param p1 First point for first segment
393     * @param p2 Second point for first segment
394     * @param p3 First point for second segment
395     * @param p4 Second point for second segment
396     * @return <code>true</code> if they are parallel or close to parallel
397     */
398    public static boolean segmentsParallel(EastNorth p1, EastNorth p2, EastNorth p3, EastNorth p4) {
399
400        CheckParameterUtil.ensure(p1, "p1", EastNorth::isValid);
401        CheckParameterUtil.ensure(p2, "p2", EastNorth::isValid);
402        CheckParameterUtil.ensure(p3, "p3", EastNorth::isValid);
403        CheckParameterUtil.ensure(p4, "p4", EastNorth::isValid);
404
405        // Convert line from (point, point) form to ax+by=c
406        double a1 = p2.getY() - p1.getY();
407        double b1 = p1.getX() - p2.getX();
408
409        double a2 = p4.getY() - p3.getY();
410        double b2 = p3.getX() - p4.getX();
411
412        // Solve the equations
413        double det = a1 * b2 - a2 * b1;
414        // remove influence of of scaling factor
415        det /= Math.sqrt(a1*a1 + b1*b1) * Math.sqrt(a2*a2 + b2*b2);
416        return Math.abs(det) < 1e-3;
417    }
418
419    private static EastNorth closestPointTo(EastNorth p1, EastNorth p2, EastNorth point, boolean segmentOnly) {
420        CheckParameterUtil.ensureParameterNotNull(p1, "p1");
421        CheckParameterUtil.ensureParameterNotNull(p2, "p2");
422        CheckParameterUtil.ensureParameterNotNull(point, "point");
423
424        double ldx = p2.getX() - p1.getX();
425        double ldy = p2.getY() - p1.getY();
426
427        //segment zero length
428        if (ldx == 0 && ldy == 0)
429            return p1;
430
431        double pdx = point.getX() - p1.getX();
432        double pdy = point.getY() - p1.getY();
433
434        double offset = (pdx * ldx + pdy * ldy) / (ldx * ldx + ldy * ldy);
435
436        if (segmentOnly && offset <= 0)
437            return p1;
438        else if (segmentOnly && offset >= 1)
439            return p2;
440        else
441            return p1.interpolate(p2, offset);
442    }
443
444    /**
445     * Calculates closest point to a line segment.
446     * @param segmentP1 First point determining line segment
447     * @param segmentP2 Second point determining line segment
448     * @param point Point for which a closest point is searched on line segment [P1,P2]
449     * @return segmentP1 if it is the closest point, segmentP2 if it is the closest point,
450     * a new point if closest point is between segmentP1 and segmentP2.
451     * @see #closestPointToLine
452     * @since 3650
453     */
454    public static EastNorth closestPointToSegment(EastNorth segmentP1, EastNorth segmentP2, EastNorth point) {
455        return closestPointTo(segmentP1, segmentP2, point, true);
456    }
457
458    /**
459     * Calculates closest point to a line.
460     * @param lineP1 First point determining line
461     * @param lineP2 Second point determining line
462     * @param point Point for which a closest point is searched on line (P1,P2)
463     * @return The closest point found on line. It may be outside the segment [P1,P2].
464     * @see #closestPointToSegment
465     * @since 4134
466     */
467    public static EastNorth closestPointToLine(EastNorth lineP1, EastNorth lineP2, EastNorth point) {
468        return closestPointTo(lineP1, lineP2, point, false);
469    }
470
471    /**
472     * This method tests if secondNode is clockwise to first node.
473     *
474     * The line through the two points commonNode and firstNode divides the
475     * plane into two parts. The test returns true, if secondNode lies in
476     * the part that is to the right when traveling in the direction from
477     * commonNode to firstNode.
478     *
479     * @param commonNode starting point for both vectors
480     * @param firstNode first vector end node
481     * @param secondNode second vector end node
482     * @return true if first vector is clockwise before second vector.
483     */
484    public static boolean angleIsClockwise(EastNorth commonNode, EastNorth firstNode, EastNorth secondNode) {
485
486        CheckParameterUtil.ensure(commonNode, "commonNode", EastNorth::isValid);
487        CheckParameterUtil.ensure(firstNode, "firstNode", EastNorth::isValid);
488        CheckParameterUtil.ensure(secondNode, "secondNode", EastNorth::isValid);
489
490        double dy1 = firstNode.getY() - commonNode.getY();
491        double dy2 = secondNode.getY() - commonNode.getY();
492        double dx1 = firstNode.getX() - commonNode.getX();
493        double dx2 = secondNode.getX() - commonNode.getX();
494
495        return dy1 * dx2 - dx1 * dy2 > 0;
496    }
497
498    /**
499     * Returns the Area of a polygon, from its list of nodes.
500     * @param polygon List of nodes forming polygon
501     * @return Area for the given list of nodes  (EastNorth coordinates)
502     * @since 6841
503     */
504    public static Area getArea(List<Node> polygon) {
505        Path2D path = new Path2D.Double();
506
507        boolean begin = true;
508        for (Node n : polygon) {
509            EastNorth en = n.getEastNorth();
510            if (en != null) {
511                if (begin) {
512                    path.moveTo(en.getX(), en.getY());
513                    begin = false;
514                } else {
515                    path.lineTo(en.getX(), en.getY());
516                }
517            }
518        }
519        if (!begin) {
520            path.closePath();
521        }
522
523        return new Area(path);
524    }
525
526    /**
527     * Builds a path from a list of nodes
528     * @param polygon Nodes, forming a closed polygon
529     * @param path2d path to add to; can be null, then a new path is created
530     * @return the path (LatLon coordinates)
531     */
532    public static Path2D buildPath2DLatLon(List<Node> polygon, Path2D path2d) {
533        Path2D path = path2d != null ? path2d : new Path2D.Double();
534        boolean begin = true;
535        for (Node n : polygon) {
536            if (begin) {
537                path.moveTo(n.lon(), n.lat());
538                begin = false;
539            } else {
540                path.lineTo(n.lon(), n.lat());
541            }
542        }
543        if (!begin) {
544            path.closePath();
545        }
546        return path;
547    }
548
549    /**
550     * Returns the Area of a polygon, from the multipolygon relation.
551     * @param multipolygon the multipolygon relation
552     * @return Area for the multipolygon (LatLon coordinates)
553     */
554    public static Area getAreaLatLon(Relation multipolygon) {
555        MapFrame map = MainApplication.getMap();
556        final Multipolygon mp = map == null || map.mapView == null
557                ? new Multipolygon(multipolygon)
558                : MultipolygonCache.getInstance().get(multipolygon);
559        Path2D path = new Path2D.Double();
560        path.setWindingRule(Path2D.WIND_EVEN_ODD);
561        for (Multipolygon.PolyData pd : mp.getCombinedPolygons()) {
562            buildPath2DLatLon(pd.getNodes(), path);
563            for (Multipolygon.PolyData pdInner : pd.getInners()) {
564                buildPath2DLatLon(pdInner.getNodes(), path);
565            }
566        }
567        return new Area(path);
568    }
569
570    /**
571     * Tests if two polygons intersect.
572     * @param first List of nodes forming first polygon
573     * @param second List of nodes forming second polygon
574     * @return intersection kind
575     */
576    public static PolygonIntersection polygonIntersection(List<Node> first, List<Node> second) {
577        Area a1 = getArea(first);
578        Area a2 = getArea(second);
579        return polygonIntersection(a1, a2);
580    }
581
582    /**
583     * Tests if two polygons intersect.
584     * @param a1 Area of first polygon
585     * @param a2 Area of second polygon
586     * @return intersection kind
587     * @since 6841
588     */
589    public static PolygonIntersection polygonIntersection(Area a1, Area a2) {
590        return polygonIntersection(a1, a2, 1.0);
591    }
592
593    /**
594     * Tests if two polygons intersect.
595     * @param a1 Area of first polygon
596     * @param a2 Area of second polygon
597     * @param eps an area threshold, everything below is considered an empty intersection
598     * @return intersection kind
599     */
600    public static PolygonIntersection polygonIntersection(Area a1, Area a2, double eps) {
601
602        Area inter = new Area(a1);
603        inter.intersect(a2);
604
605        Rectangle bounds = inter.getBounds();
606
607        if (inter.isEmpty() || bounds.getHeight()*bounds.getWidth() <= eps) {
608            return PolygonIntersection.OUTSIDE;
609        } else if (a2.getBounds2D().contains(a1.getBounds2D()) && inter.equals(a1)) {
610            return PolygonIntersection.FIRST_INSIDE_SECOND;
611        } else if (a1.getBounds2D().contains(a2.getBounds2D()) && inter.equals(a2)) {
612            return PolygonIntersection.SECOND_INSIDE_FIRST;
613        } else {
614            return PolygonIntersection.CROSSING;
615        }
616    }
617
618    /**
619     * Tests if point is inside a polygon. The polygon can be self-intersecting. In such case the contains function works in xor-like manner.
620     * @param polygonNodes list of nodes from polygon path.
621     * @param point the point to test
622     * @return true if the point is inside polygon.
623     */
624    public static boolean nodeInsidePolygon(Node point, List<Node> polygonNodes) {
625        if (polygonNodes.size() < 2)
626            return false;
627
628        //iterate each side of the polygon, start with the last segment
629        Node oldPoint = polygonNodes.get(polygonNodes.size() - 1);
630
631        if (!oldPoint.isLatLonKnown()) {
632            return false;
633        }
634
635        boolean inside = false;
636        Node p1, p2;
637
638        for (Node newPoint : polygonNodes) {
639            //skip duplicate points
640            if (newPoint.equals(oldPoint)) {
641                continue;
642            }
643
644            if (!newPoint.isLatLonKnown()) {
645                return false;
646            }
647
648            //order points so p1.lat <= p2.lat
649            if (newPoint.getEastNorth().getY() > oldPoint.getEastNorth().getY()) {
650                p1 = oldPoint;
651                p2 = newPoint;
652            } else {
653                p1 = newPoint;
654                p2 = oldPoint;
655            }
656
657            EastNorth pEN = point.getEastNorth();
658            EastNorth opEN = oldPoint.getEastNorth();
659            EastNorth npEN = newPoint.getEastNorth();
660            EastNorth p1EN = p1.getEastNorth();
661            EastNorth p2EN = p2.getEastNorth();
662
663            if (pEN != null && opEN != null && npEN != null && p1EN != null && p2EN != null) {
664                //test if the line is crossed and if so invert the inside flag.
665                if ((npEN.getY() < pEN.getY()) == (pEN.getY() <= opEN.getY())
666                        && (pEN.getX() - p1EN.getX()) * (p2EN.getY() - p1EN.getY())
667                        < (p2EN.getX() - p1EN.getX()) * (pEN.getY() - p1EN.getY())) {
668                    inside = !inside;
669                }
670            }
671
672            oldPoint = newPoint;
673        }
674
675        return inside;
676    }
677
678    /**
679     * Returns area of a closed way in square meters.
680     *
681     * @param way Way to measure, should be closed (first node is the same as last node)
682     * @return area of the closed way.
683     */
684    public static double closedWayArea(Way way) {
685        return getAreaAndPerimeter(way.getNodes(), Projections.getProjectionByCode("EPSG:54008")).getArea();
686    }
687
688    /**
689     * Returns area of a multipolygon in square meters.
690     *
691     * @param multipolygon the multipolygon to measure
692     * @return area of the multipolygon.
693     */
694    public static double multipolygonArea(Relation multipolygon) {
695        double area = 0.0;
696        MapFrame map = MainApplication.getMap();
697        final Multipolygon mp = map == null || map.mapView == null
698                ? new Multipolygon(multipolygon)
699                : MultipolygonCache.getInstance().get(multipolygon);
700        for (Multipolygon.PolyData pd : mp.getCombinedPolygons()) {
701            area += pd.getAreaAndPerimeter(Projections.getProjectionByCode("EPSG:54008")).getArea();
702        }
703        return area;
704    }
705
706    /**
707     * Computes the area of a closed way and multipolygon in square meters, or {@code null} for other primitives
708     *
709     * @param osm the primitive to measure
710     * @return area of the primitive, or {@code null}
711     */
712    public static Double computeArea(OsmPrimitive osm) {
713        if (osm instanceof Way && ((Way) osm).isClosed()) {
714            return closedWayArea((Way) osm);
715        } else if (osm instanceof Relation && ((Relation) osm).isMultipolygon() && !((Relation) osm).hasIncompleteMembers()) {
716            return multipolygonArea((Relation) osm);
717        } else {
718            return null;
719        }
720    }
721
722    /**
723     * Determines whether a way is oriented clockwise.
724     *
725     * Internals: Assuming a closed non-looping way, compute twice the area
726     * of the polygon using the formula {@code 2 * area = sum (X[n] * Y[n+1] - X[n+1] * Y[n])}.
727     * If the area is negative the way is ordered in a clockwise direction.
728     *
729     * See http://paulbourke.net/geometry/polyarea/
730     *
731     * @param w the way to be checked.
732     * @return true if and only if way is oriented clockwise.
733     * @throws IllegalArgumentException if way is not closed (see {@link Way#isClosed}).
734     */
735    public static boolean isClockwise(Way w) {
736        return isClockwise(w.getNodes());
737    }
738
739    /**
740     * Determines whether path from nodes list is oriented clockwise.
741     * @param nodes Nodes list to be checked.
742     * @return true if and only if way is oriented clockwise.
743     * @throws IllegalArgumentException if way is not closed (see {@link Way#isClosed}).
744     * @see #isClockwise(Way)
745     */
746    public static boolean isClockwise(List<Node> nodes) {
747        int nodesCount = nodes.size();
748        if (nodesCount < 3 || nodes.get(0) != nodes.get(nodesCount - 1)) {
749            throw new IllegalArgumentException("Way must be closed to check orientation.");
750        }
751        double area2 = 0.;
752
753        for (int node = 1; node <= /*sic! consider last-first as well*/ nodesCount; node++) {
754            Node coorPrev = nodes.get(node - 1);
755            Node coorCurr = nodes.get(node % nodesCount);
756            area2 += coorPrev.lon() * coorCurr.lat();
757            area2 -= coorCurr.lon() * coorPrev.lat();
758        }
759        return area2 < 0;
760    }
761
762    /**
763     * Returns angle of a segment defined with 2 point coordinates.
764     *
765     * @param p1 first point
766     * @param p2 second point
767     * @return Angle in radians (-pi, pi]
768     */
769    public static double getSegmentAngle(EastNorth p1, EastNorth p2) {
770
771        CheckParameterUtil.ensure(p1, "p1", EastNorth::isValid);
772        CheckParameterUtil.ensure(p2, "p2", EastNorth::isValid);
773
774        return Math.atan2(p2.north() - p1.north(), p2.east() - p1.east());
775    }
776
777    /**
778     * Returns angle of a corner defined with 3 point coordinates.
779     *
780     * @param p1 first point
781     * @param p2 Common endpoint
782     * @param p3 third point
783     * @return Angle in radians (-pi, pi]
784     */
785    public static double getCornerAngle(EastNorth p1, EastNorth p2, EastNorth p3) {
786
787        CheckParameterUtil.ensure(p1, "p1", EastNorth::isValid);
788        CheckParameterUtil.ensure(p2, "p2", EastNorth::isValid);
789        CheckParameterUtil.ensure(p3, "p3", EastNorth::isValid);
790
791        Double result = getSegmentAngle(p2, p1) - getSegmentAngle(p2, p3);
792        if (result <= -Math.PI) {
793            result += 2 * Math.PI;
794        }
795
796        if (result > Math.PI) {
797            result -= 2 * Math.PI;
798        }
799
800        return result;
801    }
802
803    /**
804     * Compute the centroid/barycenter of nodes
805     * @param nodes Nodes for which the centroid is wanted
806     * @return the centroid of nodes
807     * @see Geometry#getCenter
808     */
809    public static EastNorth getCentroid(List<Node> nodes) {
810
811        BigDecimal area = BigDecimal.ZERO;
812        BigDecimal north = BigDecimal.ZERO;
813        BigDecimal east = BigDecimal.ZERO;
814
815        // See https://en.wikipedia.org/wiki/Centroid#Centroid_of_polygon for the equation used here
816        for (int i = 0; i < nodes.size(); i++) {
817            EastNorth n0 = nodes.get(i).getEastNorth();
818            EastNorth n1 = nodes.get((i+1) % nodes.size()).getEastNorth();
819
820            if (n0 != null && n1 != null && n0.isValid() && n1.isValid()) {
821                BigDecimal x0 = BigDecimal.valueOf(n0.east());
822                BigDecimal y0 = BigDecimal.valueOf(n0.north());
823                BigDecimal x1 = BigDecimal.valueOf(n1.east());
824                BigDecimal y1 = BigDecimal.valueOf(n1.north());
825
826                BigDecimal k = x0.multiply(y1, MathContext.DECIMAL128).subtract(y0.multiply(x1, MathContext.DECIMAL128));
827
828                area = area.add(k, MathContext.DECIMAL128);
829                east = east.add(k.multiply(x0.add(x1, MathContext.DECIMAL128), MathContext.DECIMAL128));
830                north = north.add(k.multiply(y0.add(y1, MathContext.DECIMAL128), MathContext.DECIMAL128));
831            }
832        }
833
834        BigDecimal d = new BigDecimal(3, MathContext.DECIMAL128); // 1/2 * 6 = 3
835        area = area.multiply(d, MathContext.DECIMAL128);
836        if (area.compareTo(BigDecimal.ZERO) != 0) {
837            north = north.divide(area, MathContext.DECIMAL128);
838            east = east.divide(area, MathContext.DECIMAL128);
839        }
840
841        return new EastNorth(east.doubleValue(), north.doubleValue());
842    }
843
844    /**
845     * Compute center of the circle closest to different nodes.
846     *
847     * Ensure exact center computation in case nodes are already aligned in circle.
848     * This is done by least square method.
849     * Let be a_i x + b_i y + c_i = 0 equations of bisectors of each edges.
850     * Center must be intersection of all bisectors.
851     * <pre>
852     *          [ a1  b1  ]         [ -c1 ]
853     * With A = [ ... ... ] and Y = [ ... ]
854     *          [ an  bn  ]         [ -cn ]
855     * </pre>
856     * An approximation of center of circle is (At.A)^-1.At.Y
857     * @param nodes Nodes parts of the circle (at least 3)
858     * @return An approximation of the center, of null if there is no solution.
859     * @see Geometry#getCentroid
860     * @since 6934
861     */
862    public static EastNorth getCenter(List<Node> nodes) {
863        int nc = nodes.size();
864        if (nc < 3) return null;
865        /**
866         * Equation of each bisector ax + by + c = 0
867         */
868        double[] a = new double[nc];
869        double[] b = new double[nc];
870        double[] c = new double[nc];
871        // Compute equation of bisector
872        for (int i = 0; i < nc; i++) {
873            EastNorth pt1 = nodes.get(i).getEastNorth();
874            EastNorth pt2 = nodes.get((i+1) % nc).getEastNorth();
875            a[i] = pt1.east() - pt2.east();
876            b[i] = pt1.north() - pt2.north();
877            double d = Math.sqrt(a[i]*a[i] + b[i]*b[i]);
878            if (d == 0) return null;
879            a[i] /= d;
880            b[i] /= d;
881            double xC = (pt1.east() + pt2.east()) / 2;
882            double yC = (pt1.north() + pt2.north()) / 2;
883            c[i] = -(a[i]*xC + b[i]*yC);
884        }
885        // At.A = [aij]
886        double a11 = 0, a12 = 0, a22 = 0;
887        // At.Y = [bi]
888        double b1 = 0, b2 = 0;
889        for (int i = 0; i < nc; i++) {
890            a11 += a[i]*a[i];
891            a12 += a[i]*b[i];
892            a22 += b[i]*b[i];
893            b1 -= a[i]*c[i];
894            b2 -= b[i]*c[i];
895        }
896        // (At.A)^-1 = [invij]
897        double det = a11*a22 - a12*a12;
898        if (Math.abs(det) < 1e-5) return null;
899        double inv11 = a22/det;
900        double inv12 = -a12/det;
901        double inv22 = a11/det;
902        // center (xC, yC) = (At.A)^-1.At.y
903        double xC = inv11*b1 + inv12*b2;
904        double yC = inv12*b1 + inv22*b2;
905        return new EastNorth(xC, yC);
906    }
907
908    /**
909     * Tests if the {@code node} is inside the multipolygon {@code multiPolygon}. The nullable argument
910     * {@code isOuterWayAMatch} allows to decide if the immediate {@code outer} way of the multipolygon is a match.
911     * @param node node
912     * @param multiPolygon multipolygon
913     * @param isOuterWayAMatch allows to decide if the immediate {@code outer} way of the multipolygon is a match
914     * @return {@code true} if the node is inside the multipolygon
915     */
916    public static boolean isNodeInsideMultiPolygon(Node node, Relation multiPolygon, Predicate<Way> isOuterWayAMatch) {
917        return isPolygonInsideMultiPolygon(Collections.singletonList(node), multiPolygon, isOuterWayAMatch);
918    }
919
920    /**
921     * Tests if the polygon formed by {@code nodes} is inside the multipolygon {@code multiPolygon}. The nullable argument
922     * {@code isOuterWayAMatch} allows to decide if the immediate {@code outer} way of the multipolygon is a match.
923     * <p>
924     * If {@code nodes} contains exactly one element, then it is checked whether that one node is inside the multipolygon.
925     * @param nodes nodes forming the polygon
926     * @param multiPolygon multipolygon
927     * @param isOuterWayAMatch allows to decide if the immediate {@code outer} way of the multipolygon is a match
928     * @return {@code true} if the polygon formed by nodes is inside the multipolygon
929     */
930    public static boolean isPolygonInsideMultiPolygon(List<Node> nodes, Relation multiPolygon, Predicate<Way> isOuterWayAMatch) {
931        // Extract outer/inner members from multipolygon
932        final Pair<List<JoinedPolygon>, List<JoinedPolygon>> outerInner;
933        try {
934            outerInner = MultipolygonBuilder.joinWays(multiPolygon);
935        } catch (MultipolygonBuilder.JoinedPolygonCreationException ex) {
936            Logging.trace(ex);
937            Logging.debug("Invalid multipolygon " + multiPolygon);
938            return false;
939        }
940        // Test if object is inside an outer member
941        for (JoinedPolygon out : outerInner.a) {
942            if (nodes.size() == 1
943                    ? nodeInsidePolygon(nodes.get(0), out.getNodes())
944                    : EnumSet.of(PolygonIntersection.FIRST_INSIDE_SECOND, PolygonIntersection.CROSSING).contains(
945                            polygonIntersection(nodes, out.getNodes()))) {
946                boolean insideInner = false;
947                // If inside an outer, check it is not inside an inner
948                for (JoinedPolygon in : outerInner.b) {
949                    if (polygonIntersection(in.getNodes(), out.getNodes()) == PolygonIntersection.FIRST_INSIDE_SECOND
950                            && (nodes.size() == 1
951                            ? nodeInsidePolygon(nodes.get(0), in.getNodes())
952                            : polygonIntersection(nodes, in.getNodes()) == PolygonIntersection.FIRST_INSIDE_SECOND)) {
953                        insideInner = true;
954                        break;
955                    }
956                }
957                // Inside outer but not inside inner -> the polygon appears to be inside a the multipolygon
958                if (!insideInner) {
959                    // Final check using predicate
960                    if (isOuterWayAMatch == null || isOuterWayAMatch.test(out.ways.get(0)
961                            /* TODO give a better representation of the outer ring to the predicate */)) {
962                        return true;
963                    }
964                }
965            }
966        }
967        return false;
968    }
969
970    /**
971     * Data class to hold two double values (area and perimeter of a polygon).
972     */
973    public static class AreaAndPerimeter {
974        private final double area;
975        private final double perimeter;
976
977        /**
978         * Create a new {@link AreaAndPerimeter}
979         * @param area The area
980         * @param perimeter The perimeter
981         */
982        public AreaAndPerimeter(double area, double perimeter) {
983            this.area = area;
984            this.perimeter = perimeter;
985        }
986
987        /**
988         * Gets the area
989         * @return The area size
990         */
991        public double getArea() {
992            return area;
993        }
994
995        /**
996         * Gets the perimeter
997         * @return The perimeter length
998         */
999        public double getPerimeter() {
1000            return perimeter;
1001        }
1002    }
1003
1004    /**
1005     * Calculate area and perimeter length of a polygon.
1006     *
1007     * Uses current projection; units are that of the projected coordinates.
1008     *
1009     * @param nodes the list of nodes representing the polygon
1010     * @return area and perimeter
1011     */
1012    public static AreaAndPerimeter getAreaAndPerimeter(List<Node> nodes) {
1013        return getAreaAndPerimeter(nodes, null);
1014    }
1015
1016    /**
1017     * Calculate area and perimeter length of a polygon in the given projection.
1018     *
1019     * @param nodes the list of nodes representing the polygon
1020     * @param projection the projection to use for the calculation, {@code null} defaults to {@link Main#getProjection()}
1021     * @return area and perimeter
1022     */
1023    public static AreaAndPerimeter getAreaAndPerimeter(List<Node> nodes, Projection projection) {
1024        CheckParameterUtil.ensureParameterNotNull(nodes, "nodes");
1025        double area = 0;
1026        double perimeter = 0;
1027        Projection useProjection = projection == null ? Main.getProjection() : projection;
1028
1029        if (!nodes.isEmpty()) {
1030            boolean closed = nodes.get(0) == nodes.get(nodes.size() - 1);
1031            int numSegments = closed ? nodes.size() - 1 : nodes.size();
1032            EastNorth p1 = nodes.get(0).getEastNorth(useProjection);
1033            for (int i = 1; i <= numSegments; i++) {
1034                final Node node = nodes.get(i == numSegments ? 0 : i);
1035                final EastNorth p2 = node.getEastNorth(useProjection);
1036                if (p1 != null && p2 != null) {
1037                    area += p1.east() * p2.north() - p2.east() * p1.north();
1038                    perimeter += p1.distance(p2);
1039                }
1040                p1 = p2;
1041            }
1042        }
1043        return new AreaAndPerimeter(Math.abs(area) / 2, perimeter);
1044    }
1045}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.