张世豪
昨天 0803b041d32a284ee8585914618219ecae82b21f
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
package lujing;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
 
/**
 * 异形草地路径规划 - 避障增强版 V7.0
 * 优化:增加了多边形外扩稳定性、障碍物碰撞预判以及冗余路径消除。
 */
public class YixinglujingHaveObstacel {
 
    public static List<PathSegment> planPath(String coordinates, String obstaclesStr, String widthStr, String marginStr) {
        List<Point> rawPoints = parseCoordinates(coordinates);
        if (rawPoints.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        double mowWidth = Double.parseDouble(widthStr);
        double safeMargin = Double.parseDouble(marginStr);
 
        // 1. 预处理地块(确保逆时针)
        ensureCounterClockwise(rawPoints);
        List<Point> boundary = getOffsetPolygon(rawPoints, -safeMargin); // 内缩
        if (boundary.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        // 2. 规划基础路径 (无障碍物状态)
        double bestAngle = findOptimalAngle(boundary);
        Point firstScanStart = getFirstScanPoint(boundary, mowWidth, bestAngle);
        List<Point> alignedBoundary = alignBoundaryStart(boundary, firstScanStart);
 
        List<PathSegment> baseLines = new ArrayList<>();
        // 第一阶段:围边
        for (int i = 0; i < alignedBoundary.size(); i++) {
            baseLines.add(new PathSegment(alignedBoundary.get(i), alignedBoundary.get((i + 1) % alignedBoundary.size()), true));
        }
        // 第二阶段:内部扫描
        Point lastEdgePos = alignedBoundary.get(0);
        baseLines.addAll(generateGlobalScanPath(boundary, mowWidth, bestAngle, lastEdgePos));
 
        // 3. 处理障碍物:解析并执行外扩 (障碍物需向外扩 margin)
        List<Obstacle> obstacles = parseObstacles(obstaclesStr, safeMargin);
 
        // 4. 路径裁剪与优化连接
        return optimizeAndClipPath(baseLines, obstacles);
    }
 
    private static List<PathSegment> optimizeAndClipPath(List<PathSegment> originalPath, List<Obstacle> obstacles) {
        List<PathSegment> result = new ArrayList<>();
        Point currentPos = null;
 
        for (PathSegment segment : originalPath) {
            List<PathSegment> clipped = new ArrayList<>();
            clipped.add(segment);
 
            for (Obstacle obs : obstacles) {
                List<PathSegment> nextIter = new ArrayList<>();
                for (PathSegment s : clipped) {
                    nextIter.addAll(obs.clipSegment(s));
                }
                clipped = nextIter;
            }
 
            for (PathSegment s : clipped) {
                // 优化点:消除长度几乎为0的无效线段
                if (Math.hypot(s.start.x - s.end.x, s.start.y - s.end.y) < 1e-4) continue;
 
                if (currentPos != null && Math.hypot(currentPos.x - s.start.x, currentPos.y - s.start.y) > 0.01) {
                    // 添加空载路径
                    result.add(new PathSegment(currentPos, s.start, false));
                }
                result.add(s);
                currentPos = s.end;
            }
        }
        return result;
    }
 
    // --- 障碍物模型 ---
    abstract static class Obstacle {
        abstract boolean isInside(Point p);
        abstract List<PathSegment> clipSegment(PathSegment seg);
    }
 
    static class PolyObstacle extends Obstacle {
        List<Point> points;
        double minX, maxX, minY, maxY;
 
        public PolyObstacle(List<Point> pts) {
            this.points = pts;
            // 预计算 AABB 边界框提升效率
            minX = minY = Double.MAX_VALUE;
            maxX = maxY = -Double.MAX_VALUE;
            for (Point p : pts) {
                minX = Math.min(minX, p.x); maxX = Math.max(maxX, p.x);
                minY = Math.min(minY, p.y); maxY = Math.max(maxY, p.y);
            }
        }
 
        @Override
        boolean isInside(Point p) {
            if (p.x < minX || p.x > maxX || p.y < minY || p.y > maxY) return false;
            boolean inside = 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)) {
                    inside = !inside;
                }
            }
            return inside;
        }
 
        @Override
        List<PathSegment> clipSegment(PathSegment seg) {
            List<Double> ts = new ArrayList<>(Arrays.asList(0.0, 1.0));
            for (int i = 0; i < points.size(); i++) {
                double t = getIntersectionT(seg.start, seg.end, points.get(i), points.get((i + 1) % points.size()));
                if (t > 0 && t < 1) ts.add(t);
            }
            Collections.sort(ts);
            List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < ts.size() - 1; i++) {
                Point s = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i));
                Point e = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i + 1));
                if (!isInside(new Point((s.x + e.x) / 2, (s.y + e.y) / 2))) {
                    res.add(new PathSegment(s, e, seg.isMowing));
                }
            }
            return res;
        }
    }
 
    static class CircleObstacle extends Obstacle {
        Point center; double radius;
        public CircleObstacle(Point c, double r) { this.center = c; this.radius = r; }
 
        @Override
        boolean isInside(Point p) { return Math.hypot(p.x - center.x, p.y - center.y) < radius - 1e-4; }
 
        @Override
        List<PathSegment> clipSegment(PathSegment seg) {
            List<Double> ts = new ArrayList<>(Arrays.asList(0.0, 1.0));
            double dx = seg.end.x - seg.start.x, dy = seg.end.y - seg.start.y;
            double fx = seg.start.x - center.x, fy = seg.start.y - center.y;
            double a = dx * dx + dy * dy;
            double b = 2 * (fx * dx + fy * dy);
            double c = fx * fx + fy * fy - radius * radius;
            double disc = b * b - 4 * a * c;
            if (disc >= 0) {
                disc = Math.sqrt(disc);
                double t1 = (-b - disc) / (2 * a), t2 = (-b + disc) / (2 * a);
                if (t1 > 0 && t1 < 1) ts.add(t1);
                if (t2 > 0 && t2 < 1) ts.add(t2);
            }
            Collections.sort(ts);
            List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < ts.size() - 1; i++) {
                Point s = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i));
                Point e = interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i + 1));
                if (!isInside(new Point((s.x + e.x) / 2, (s.y + e.y) / 2))) res.add(new PathSegment(s, e, seg.isMowing));
            }
            return res;
        }
    }
 
    // --- 算法工具类 ---
 
    private static List<Obstacle> parseObstacles(String obsStr, double margin) {
        List<Obstacle> obstacles = new ArrayList<>();
        if (obsStr == null || obsStr.trim().isEmpty()) return obstacles;
        for (String group : obsStr.split("\\$")) {
            List<Point> pts = parseCoordinates(group);
            if (pts.size() == 2) {
                double r = Math.hypot(pts.get(0).x - pts.get(1).x, pts.get(0).y - pts.get(1).y);
                obstacles.add(new CircleObstacle(pts.get(0), r + margin));
            } else if (pts.size() > 2) {
                ensureCounterClockwise(pts);
                // 多边形外扩:offset 为正
                obstacles.add(new PolyObstacle(getOffsetPolygon(pts, margin)));
            }
        }
        return obstacles;
    }
 
    /**
     * 优化后的多边形外扩/内缩算法
     * @param offset 正数为外扩,负数为内缩
     */
    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), p2 = points.get(i), p3 = points.get((i + 1) % n);
            
            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-6 || l2 < 1e-6) continue;
 
            // 法向量
            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-6) { bx = n1x; by = n1y; } else { bx /= bl; by /= bl; }
 
            // 修正距离
            double sinHalf = n1x * bx + n1y * by;
            double d = offset / Math.max(sinHalf, 0.1);
            result.add(new Point(p2.x + bx * d, p2.y + by * d));
        }
        return result;
    }
 
    private static List<PathSegment> generateGlobalScanPath(List<Point> polygon, double width, double angle, Point currentPos) {
        List<PathSegment> segments = new ArrayList<>();
        List<Point> rotated = new ArrayList<>();
        for (Point p : polygon) rotated.add(rotatePoint(p, -angle));
        
        double minY = Double.MAX_VALUE, maxY = -Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : rotated) { minY = Math.min(minY, p.y); maxY = Math.max(maxY, p.y); }
 
        boolean l2r = true;
        for (double y = minY + width/2; y <= maxY - width/2; y += width) {
            List<Double> xInters = getXIntersections(rotated, y);
            if (xInters.size() < 2) continue;
            Collections.sort(xInters);
 
            List<PathSegment> row = new ArrayList<>();
            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));
            }
            if (!l2r) {
                Collections.reverse(row);
                for (PathSegment s : row) { Point t = s.start; s.start = s.end; s.end = t; }
            }
            for (PathSegment s : row) {
                if (Math.hypot(currentPos.x - s.start.x, currentPos.y - s.start.y) > 0.01) {
                    segments.add(new PathSegment(currentPos, s.start, false));
                }
                segments.add(s);
                currentPos = s.end;
            }
            l2r = !l2r;
        }
        return segments;
    }
 
    // --- 基础数学函数 ---
    private static double getIntersectionT(Point a, Point b, Point c, Point d) {
        double ux = b.x - a.x, uy = b.y - a.y, vx = d.x - c.x, vy = d.y - c.y;
        double det = vx * uy - vy * ux;
        if (Math.abs(det) < 1e-6) return -1;
        return (vx * (c.y - a.y) - vy * (c.x - a.x)) / det;
    }
 
    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 Point rotatePoint(Point p, double ang) {
        return new Point(p.x * Math.cos(ang) - p.y * Math.sin(ang), p.x * Math.sin(ang) + p.y * Math.cos(ang));
    }
 
    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 Point getFirstScanPoint(List<Point> poly, double w, double a) {
        List<Point> rot = new ArrayList<>();
        for (Point p : poly) rot.add(rotatePoint(p, -a));
        double minY = Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : rot) minY = Math.min(minY, p.y);
        List<Double> xs = getXIntersections(rot, minY + w/2);
        if (xs.isEmpty()) return poly.get(0);
        Collections.sort(xs);
        return rotatePoint(new Point(xs.get(0), minY + w/2), a);
    }
 
    private static List<Point> alignBoundaryStart(List<Point> poly, Point target) {
        int idx = 0; double minD = Double.MAX_VALUE;
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) {
            double d = Math.hypot(poly.get(i).x - target.x, poly.get(i).y - target.y);
            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 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 = 0, miY = Double.MAX_VALUE, maY = -Double.MAX_VALUE;
            for (Point p : poly) {
                Point r = rotatePoint(p, -a);
                miY = Math.min(miY, r.y); maY = Math.max(maY, r.y);
            }
            h = maY - miY;
            if (h < minH) { minH = h; bestA = a; }
        }
        return bestA;
    }
 
    private static void ensureCounterClockwise(List<Point> pts) {
        double s = 0;
        for (int i = 0; i < pts.size(); i++) s += (pts.get((i + 1) % pts.size()).x - pts.get(i).x) * (pts.get((i + 1) % pts.size()).y + pts.get(i).y);
        if (s > 0) Collections.reverse(pts);
    }
 
    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 && pts.get(0).equals(pts.get(pts.size() - 1))) pts.remove(pts.size() - 1);
        return pts;
    }
 
    public static class Point {
        public double x, y;
        public Point(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; }
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (!(o instanceof Point)) return false;
            Point p = (Point) o;
            return Math.abs(x - p.x) < 1e-4 && Math.abs(y - p.y) < 1e-4;
        }
    }
 
    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; }
    }
}