张世豪
昨天 00f4e4fc6e53a26cf3dc67d57d8b00536634d707
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
package lujing;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
 
/**
 * 异形草地路径规划 - 障碍物裁剪优化版 V9.0
 * 核心逻辑:先生成全覆盖扫描路径,再利用外扩后的障碍物对路径进行裁剪。
 */
public class YixinglujingHaveObstacel {
 
    /**
     * 规划路径主入口
     */
    public static List<PathSegment> planPath(String coordinates, String obstaclesStr, String widthStr, String marginStr) {
        // 1. 解析参数
        List<Point> rawPoints = parseCoordinates(coordinates);
        if (rawPoints.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        double mowWidth = Double.parseDouble(widthStr);
        double safeMargin = Double.parseDouble(marginStr);
 
        // 2. 预处理地块边界 (确保逆时针)
        ensureCounterClockwise(rawPoints);
        
        // 3. 生成地块内缩的安全作业边界 (Inset)
        List<Point> mowingBoundary = getOffsetPolygon(rawPoints, safeMargin); // 正数内缩
        if (mowingBoundary.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        // 4. 第一步:生成“无视障碍物”的全覆盖扫描路径
        // 直接使用扫描线算法生成填满整个内缩边界的路径
        List<PathSegment> rawPath = generateFullCoveragePath(mowingBoundary, mowWidth);
 
        // 5. 解析障碍物并进行外扩 (Outset)
        // 注意:障碍物外扩距离 = 割草机安全边距,确保不发生碰撞
        List<Obstacle> obstacles = parseObstacles(obstaclesStr, safeMargin);
 
        // 6. 第二步:使用障碍物裁剪路径 (核心步骤)
        return clipPathWithObstacles(rawPath, obstacles);
    }
 
    /**
     * 使用障碍物集合裁剪原始路径
     */
    private static List<PathSegment> clipPathWithObstacles(List<PathSegment> rawPath, List<Obstacle> obstacles) {
        List<PathSegment> finalPath = new ArrayList<>();
        Point currentPos = (rawPath.isEmpty()) ? new Point(0,0) : rawPath.get(0).start;
 
        for (PathSegment segment : rawPath) {
            // 将当前这一段路径,拿去跟所有障碍物进行碰撞检测和裁剪
            // 初始时,这一段是完整的
            List<PathSegment> segmentsToProcess = new ArrayList<>();
            segmentsToProcess.add(segment);
 
            for (Obstacle obs : obstacles) {
                List<PathSegment> nextIterSegments = new ArrayList<>();
                for (PathSegment seg : segmentsToProcess) {
                    // 如果是割草路径,需要裁剪;如果是空走路径,通常也需要避障,
                    // 但这里主要处理扫描线的裁剪。
                    if (seg.isMowing) {
                        nextIterSegments.addAll(obs.clip(seg));
                    } else {
                        // 空走路径暂时保留(高级避障需要A*算法,此处简化为保留)
                        nextIterSegments.add(seg);
                    }
                }
                segmentsToProcess = nextIterSegments;
            }
 
            // 将裁剪后剩余的线段加入最终路径
            for (PathSegment s : segmentsToProcess) {
                // 过滤掉因为裁剪产生的极短线段
                if (distance(s.start, s.end) < 0.05) continue;
 
                // 如果当前点和线段起点不连贯,加入连接路径(空走)
                if (distance(currentPos, s.start) > 0.05) {
                    finalPath.add(new PathSegment(currentPos, s.start, false));
                }
                
                finalPath.add(s);
                currentPos = s.end;
            }
        }
        return finalPath;
    }
 
    // --- 路径生成核心算法 (移植自 NoObstacle 类) ---
 
    private static List<PathSegment> generateFullCoveragePath(List<Point> boundary, double width) {
        // 1. 寻找最优角度
        double angle = findOptimalAngle(boundary);
        
        // 2. 旋转多边形以对齐坐标轴
        List<Point> rotatedPoly = new ArrayList<>();
        for (Point p : boundary) rotatedPoly.add(rotatePoint(p, -angle));
 
        double minY = Double.MAX_VALUE, maxY = -Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : rotatedPoly) {
            minY = Math.min(minY, p.y);
            maxY = Math.max(maxY, p.y);
        }
 
        // 3. 生成扫描线
        List<PathSegment> segments = new ArrayList<>();
        boolean l2r = true;
        // 围边路径先生成
        Point scanStartPoint = null;
 
        // 这里我们先计算扫描线,最后再决定围边起点以减少空走
        List<List<PathSegment>> scanRows = new ArrayList<>();
 
        for (double y = minY + width/2; y <= maxY - width/2; y += width) {
            List<Double> xInters = getXIntersections(rotatedPoly, y);
            if (xInters.size() < 2) continue;
            Collections.sort(xInters);
 
            List<PathSegment> row = new ArrayList<>();
            // 两两配对形成线段
            for (int i = 0; i < xInters.size() - 1; i += 2) {
                Point s = rotatePoint(new Point(xInters.get(i), y), angle);
                Point e = rotatePoint(new Point(xInters.get(i + 1), y), angle);
                row.add(new PathSegment(s, e, true));
            }
 
            // 蛇形排序
            if (!l2r) {
                Collections.reverse(row);
                for (PathSegment s : row) {
                    Point tmp = s.start; s.start = s.end; s.end = tmp;
                }
            }
            scanRows.add(row);
            if (scanStartPoint == null && !row.isEmpty()) scanStartPoint = row.get(0).start;
            l2r = !l2r;
        }
 
        // 4. 生成围边路径 (对齐到第一个扫描点)
        List<Point> alignedBoundary = alignBoundaryStart(boundary, scanStartPoint);
        for (int i = 0; i < alignedBoundary.size(); i++) {
            segments.add(new PathSegment(alignedBoundary.get(i), alignedBoundary.get((i+1)%alignedBoundary.size()), true));
        }
 
        // 5. 加入扫描路径
        for (List<PathSegment> row : scanRows) {
            segments.addAll(row);
        }
 
        return segments;
    }
 
    // --- 障碍物处理类 ---
 
    private static List<Obstacle> parseObstacles(String obsStr, double margin) {
        List<Obstacle> list = new ArrayList<>();
        if (obsStr == null || obsStr.trim().isEmpty()) return list;
 
        // 处理格式 (x,y;...)(x,y;...) 或 $ 分隔
        String cleanStr = obsStr.replaceAll("\\s+", "");
        String[] parts;
        if (cleanStr.contains("(") && cleanStr.contains(")")) {
            List<String> matches = new ArrayList<>();
            java.util.regex.Matcher m = java.util.regex.Pattern.compile("\\(([^)]+)\\)").matcher(cleanStr);
            while (m.find()) matches.add(m.group(1));
            parts = matches.toArray(new String[0]);
        } else {
            parts = cleanStr.split("\\$");
        }
 
        for (String pStr : parts) {
            List<Point> pts = parseCoordinates(pStr);
            if (pts.isEmpty()) continue;
            
            if (pts.size() == 2) {
                // 圆形障碍物
                double r = distance(pts.get(0), pts.get(1));
                list.add(new CircleObstacle(pts.get(0), r + margin)); // 半径增加margin
            } else {
                // 多边形障碍物
                ensureCounterClockwise(pts);
                // 外扩障碍物 (Offset Out)
                // 注意:在通用偏移算法中,逆时针多边形,负数通常表示外扩,或者使用特定算法
                // 这里我们复用 getOffsetPolygon,并传入负的margin来实现外扩
                // *但在本类目前的 getOffsetPolygon 实现中(基于角平分线),如果是逆时针:
                // 正数是向左(内缩),负数是向右(外扩)*
                List<Point> expanded = getOffsetPolygon(pts, -margin); 
                list.add(new PolyObstacle(expanded));
            }
        }
        return list;
    }
 
    abstract static class Obstacle {
        // 返回裁剪后的线段列表(即保留在障碍物外部的线段)
        abstract List<PathSegment> clip(PathSegment seg);
    }
 
    static class CircleObstacle extends Obstacle {
        Point c; double r;
        CircleObstacle(Point c, double r) { this.c = c; this.r = r; }
        
        @Override
        List<PathSegment> clip(PathSegment seg) {
            // 计算直线与圆的交点 t值 (0..1)
            double dx = seg.end.x - seg.start.x;
            double dy = seg.end.y - seg.start.y;
            double fx = seg.start.x - c.x;
            double fy = seg.start.y - c.y;
            
            double A = dx*dx + dy*dy;
            double B = 2*(fx*dx + fy*dy);
            double C = (fx*fx + fy*fy) - r*r;
            double delta = B*B - 4*A*C;
 
            List<PathSegment> result = new ArrayList<>();
            if (delta < 0) {
                // 无交点,全保留或全剔除
                if (!isInside(seg.start)) result.add(seg);
                return result;
            }
 
            double t1 = (-B - Math.sqrt(delta)) / (2*A);
            double t2 = (-B + Math.sqrt(delta)) / (2*A);
            
            List<Double> ts = new ArrayList<>();
            ts.add(0.0);
            if (t1 > 0 && t1 < 1) ts.add(t1);
            if (t2 > 0 && t2 < 1) ts.add(t2);
            ts.add(1.0);
            Collections.sort(ts);
 
            for (int i = 0; i < ts.size()-1; i++) {
                double midT = (ts.get(i) + ts.get(i+1)) / 2;
                Point mid = interpolate(seg.start, seg.end, midT);
                if (!isInside(mid)) {
                    result.add(new PathSegment(interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i)),
                                               interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i+1)), 
                                               seg.isMowing));
                }
            }
            return result;
        }
 
        boolean isInside(Point p) {
            return (p.x-c.x)*(p.x-c.x) + (p.y-c.y)*(p.y-c.y) < r*r;
        }
    }
 
    static class PolyObstacle extends Obstacle {
        List<Point> points;
        double minX, maxX, minY, maxY;
 
        PolyObstacle(List<Point> pts) {
            this.points = pts;
            updateBounds();
        }
 
        void updateBounds() {
            minX = minY = Double.MAX_VALUE;
            maxX = maxY = -Double.MAX_VALUE;
            for (Point p : points) {
                minX = Math.min(minX, p.x); maxX = Math.max(maxX, p.x);
                minY = Math.min(minY, p.y); maxY = Math.max(maxY, p.y);
            }
        }
 
        boolean isInside(Point p) {
            if (p.x < minX || p.x > maxX || p.y < minY || p.y > maxY) return false;
            boolean result = false;
            for (int i = 0, j = points.size() - 1; i < points.size(); j = i++) {
                if ((points.get(i).y > p.y) != (points.get(j).y > p.y) &&
                    (p.x < (points.get(j).x - points.get(i).x) * (p.y - points.get(i).y) / (points.get(j).y - points.get(i).y) + points.get(i).x)) {
                    result = !result;
                }
            }
            return result;
        }
 
        @Override
        List<PathSegment> clip(PathSegment seg) {
            List<Double> ts = new ArrayList<>();
            ts.add(0.0);
            ts.add(1.0);
 
            // 计算线段与障碍物每一条边的交点
            for (int i = 0; i < points.size(); i++) {
                Point p1 = points.get(i);
                Point p2 = points.get((i+1)%points.size());
                double t = getIntersectionT(seg.start, seg.end, p1, p2);
                if (t > 1e-6 && t < 1 - 1e-6) {
                    ts.add(t);
                }
            }
            Collections.sort(ts);
 
            List<PathSegment> result = new ArrayList<>();
            // 检查每一小段的中点是否在障碍物内
            for (int i = 0; i < ts.size() - 1; i++) {
                double tMid = (ts.get(i) + ts.get(i+1)) / 2.0;
                // 如果两点极其接近,跳过
                if (ts.get(i+1) - ts.get(i) < 1e-6) continue;
                
                Point mid = interpolate(seg.start, seg.end, tMid);
                if (!isInside(mid)) {
                    // 在外部,保留
                    Point s = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i));
                    Point e = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i+1));
                    result.add(new PathSegment(s, e, seg.isMowing));
                }
            }
            return result;
        }
    }
 
    // --- 通用几何算法 ---
 
    private static List<Point> getOffsetPolygon(List<Point> points, double offset) {
        List<Point> result = new ArrayList<>();
        int n = points.size();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Point p1 = points.get((i - 1 + n) % n);
            Point p2 = points.get(i);
            Point p3 = points.get((i + 1) % n);
            
            // 向量 p1->p2 和 p2->p3
            double v1x = p2.x - p1.x, v1y = p2.y - p1.y;
            double v2x = p3.x - p2.x, v2y = p3.y - p2.y;
            double l1 = Math.hypot(v1x, v1y), l2 = Math.hypot(v2x, v2y);
            
            if (l1 < 1e-5 || l2 < 1e-5) continue;
 
            // 法向量 (向左转90度: -y, x)
            double n1x = -v1y / l1, n1y = v1x / l1;
            double n2x = -v2y / l2, n2y = v2x / l2;
 
            // 角平分线
            double bx = n1x + n2x, by = n1y + n2y;
            double bl = Math.hypot(bx, by);
            if (bl < 1e-5) { bx = n1x; by = n1y; } 
            else { bx /= bl; by /= bl; }
 
            // 修正长度 offset / sin(theta/2) = offset / dot(n1, b)
            double dot = n1x * bx + n1y * by;
            double dist = offset / Math.max(Math.abs(dot), 0.1); // 防止尖角过长
            
            // 阈值限制,防止自交或畸变过大
            dist = Math.signum(offset) * Math.min(Math.abs(dist), Math.abs(offset) * 3);
 
            result.add(new Point(p2.x + bx * dist, p2.y + by * dist));
        }
        return result;
    }
 
    private static double findOptimalAngle(List<Point> poly) {
        double bestA = 0, minH = Double.MAX_VALUE;
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) {
            Point p1 = poly.get(i), p2 = poly.get((i + 1) % poly.size());
            double a = Math.atan2(p2.y - p1.y, p2.x - p1.x);
            double h = calcHeight(poly, a);
            if (h < minH) { minH = h; bestA = a; }
        }
        return bestA;
    }
 
    private static double calcHeight(List<Point> poly, double ang) {
        double min = Double.MAX_VALUE, max = -Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : poly) {
            Point r = rotatePoint(p, -ang);
            min = Math.min(min, r.y); max = Math.max(max, r.y);
        }
        return max - min;
    }
 
    private static double getIntersectionT(Point a, Point b, Point c, Point d) {
        double ux = b.x - a.x, uy = b.y - a.y;
        double vx = d.x - c.x, vy = d.y - c.y;
        double det = vx * uy - vy * ux;
        if (Math.abs(det) < 1e-8) return -1;
        
        double wx = c.x - a.x, wy = c.y - a.y;
        double t = (vx * wy - vy * wx) / det;
        double u = (ux * wy - uy * wx) / det;
        
        if (u >= 0 && u <= 1) return t; // 只保证交点在线段CD上,t是AB上的比例
        return -1;
    }
 
    private static List<Double> getXIntersections(List<Point> poly, double y) {
        List<Double> res = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) {
            Point p1 = poly.get(i), p2 = poly.get((i + 1) % poly.size());
            if ((p1.y <= y && p2.y > y) || (p2.y <= y && p1.y > y)) {
                res.add(p1.x + (y - p1.y) * (p2.x - p1.x) / (p2.y - p1.y));
            }
        }
        return res;
    }
 
    private static List<Point> alignBoundaryStart(List<Point> poly, Point target) {
        if (target == null) return poly;
        int idx = 0; double minD = Double.MAX_VALUE;
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) {
            double d = distance(poly.get(i), target);
            if (d < minD) { minD = d; idx = i; }
        }
        List<Point> res = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) res.add(poly.get((idx + i) % poly.size()));
        return res;
    }
 
    private static void ensureCounterClockwise(List<Point> pts) {
        double s = 0;
        for (int i = 0; i < pts.size(); i++) {
            Point p1 = pts.get(i), p2 = pts.get((i + 1) % pts.size());
            s += (p2.x - p1.x) * (p2.y + p1.y);
        }
        if (s > 0) Collections.reverse(pts); // 假设屏幕坐标系Y向下?通常多边形面积公式s>0是顺时针(Y向下)或逆时针(Y向上)
        // 此处沿用您代码的逻辑:如果Sum>0 则反转。
    }
 
    private static Point rotatePoint(Point p, double a) {
        double c = Math.cos(a), s = Math.sin(a);
        return new Point(p.x * c - p.y * s, p.x * s + p.y * c);
    }
    
    private static Point interpolate(Point a, Point b, double t) {
        return new Point(a.x + (b.x - a.x) * t, a.y + (b.y - a.y) * t);
    }
 
    private static double distance(Point a, Point b) {
        return Math.hypot(a.x - b.x, a.y - b.y);
    }
 
    private static List<Point> parseCoordinates(String s) {
        List<Point> pts = new ArrayList<>();
        if (s == null || s.isEmpty()) return pts;
        for (String p : s.split(";")) {
            String[] xy = p.split(",");
            if (xy.length >= 2) pts.add(new Point(Double.parseDouble(xy[0]), Double.parseDouble(xy[1])));
        }
        if (pts.size() > 1 && distance(pts.get(0), pts.get(pts.size() - 1)) < 1e-4) pts.remove(pts.size() - 1);
        return pts;
    }
 
    // --- 数据结构 ---
    public static class Point {
        public double x, y;
        public Point(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; }
    }
 
    public static class PathSegment {
        public Point start, end;
        public boolean isMowing;
        public PathSegment(Point s, Point e, boolean m) { this.start = s; this.end = e; this.isMowing = m; }
        @Override
        public String toString() { return String.format("%.6f,%.6f;%.6f,%.6f", start.x, start.y, end.x, end.y); }
    }
}