826220679@qq.com
7 小时以前 69b40096cb0ae965f2a3e92672b880edfe7d04d2
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
package lujing;
 
import java.util.*;
import java.util.Set;
import java.util.HashSet;
 
/**
 * 异形草地路径规划 - 凹多边形兼容优化版 V5.0
 * 修复:解决凹多边形扫描线跨越边界的问题,优化路径对齐
 */
public class YixinglujingNoObstacle {
    // 用法说明(无障碍物路径规划):
    // - 方法用途:根据地块边界、割草宽度与安全边距,生成覆盖全区域的割草路径。
    // - 参数:
    //   coordinates:地块边界坐标字符串,格式 "x1,y1;x2,y2;...",至少3个点,单位为米。
    //   widthStr:割草宽度(字符串,单位米),用于确定扫描线间距。
    //   marginStr:安全边距(字符串,单位米),用于将地块边界向内收缩,避免贴边作业。
    // - 返回值:List<PathSegment>,其中 PathSegment.start/end 为坐标点,isMowing 为 true 表示割草段,false 表示空走段。
    // - 失败情况:当边界点不足或内缩后区域过小,返回空列表。
    // - 使用示例:
    //   String boundary = "0,0;20,0;20,15;0,15";
    //   String width = "0.3";
    //   String margin = "0.5";
    //   List<YixinglujingNoObstacle.PathSegment> path =
    //       YixinglujingNoObstacle.planPath(boundary, width, margin);
    public static List<PathSegment> planPath(String coordinates, 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:确保逆时针顺序
        ensureCounterClockwise(rawPoints);
        
        // 2. 生成内缩多边形(安全边界)
        List<Point> boundary = getInsetPolygon(rawPoints, safeMargin);
        if (boundary.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        // 3. 确定最优作业角度
        double bestAngle = findOptimalAngle(boundary);
        
        // 4. 获取首个作业点,用于对齐围边起点
        Point firstScanStart = getFirstScanPoint(boundary, mowWidth, bestAngle);
 
        // 5. 对齐围边:使围边最后结束于靠近扫描起点的位置
        List<Point> alignedBoundary = alignBoundaryStart(boundary, firstScanStart);
 
        List<PathSegment> finalPath = new ArrayList<>();
 
        // 6. 第一阶段:围边路径
        for (int i = 0; i < alignedBoundary.size(); i++) {
            Point pStart = alignedBoundary.get(i);
            Point pEnd = alignedBoundary.get((i + 1) % alignedBoundary.size());
            finalPath.add(new PathSegment(pStart, pEnd, true));
        }
 
        // 7. 第二阶段:生成内部扫描路径(修复凹部空越问题)
        Point lastEdgePos = alignedBoundary.get(0); 
        List<PathSegment> scanPath = generateGlobalScanPath(boundary, mowWidth, bestAngle, lastEdgePos);
        
        finalPath.addAll(scanPath);
 
        // 8. 格式化坐标:保留两位小数
        for (PathSegment segment : finalPath) {
            segment.start.x = Math.round(segment.start.x * 100.0) / 100.0;
            segment.start.y = Math.round(segment.start.y * 100.0) / 100.0;
            segment.end.x = Math.round(segment.end.x * 100.0) / 100.0;
            segment.end.y = Math.round(segment.end.y * 100.0) / 100.0;
        }
 
        return finalPath;
    }
 
    private static List<PathSegment> generateGlobalScanPath(List<Point> polygon, double width, double angle, Point currentPos) {
        List<PathSegment> segments = new ArrayList<>();
        List<Point> rotatedPoly = new ArrayList<>();
        for (Point p : polygon) 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);
        }
 
        boolean leftToRight = true;
        // 步长 y 从最小到最大扫描
        for (double y = minY + width/2; y <= maxY - width/2; y += width) {
            List<Double> xIntersections = getXIntersections(rotatedPoly, y);
            if (xIntersections.size() < 2) continue;
            Collections.sort(xIntersections);
 
            // 处理凹多边形:每两个点组成一个有效作业段
            List<PathSegment> lineSegmentsInRow = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < xIntersections.size() - 1; i += 2) {
                Point pS = rotatePoint(new Point(xIntersections.get(i), y), angle);
                Point pE = rotatePoint(new Point(xIntersections.get(i + 1), y), angle);
                lineSegmentsInRow.add(new PathSegment(pS, pE, true));
            }
 
            // 根据当前S型方向排序作业段
            if (!leftToRight) {
                Collections.reverse(lineSegmentsInRow);
                for (PathSegment s : lineSegmentsInRow) {
                    Point temp = s.start; s.start = s.end; s.end = temp;
                }
            }
 
            // 将作业段连接到总路径
            for (PathSegment s : lineSegmentsInRow) {
                if (Math.hypot(currentPos.x - s.start.x, currentPos.y - s.start.y) > 0.01) {
                    // 如果间距大于1cm,添加空走路径
                    addSafeConnection(segments, currentPos, s.start, polygon);
                }
                segments.add(s);
                currentPos = s.end;
            }
            leftToRight = !leftToRight;
        }
        return segments;
    }
 
    private static Point getFirstScanPoint(List<Point> polygon, double width, double angle) {
        List<Point> rotatedPoly = new ArrayList<>();
        for (Point p : polygon) rotatedPoly.add(rotatePoint(p, -angle));
        double minY = Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : rotatedPoly) minY = Math.min(minY, p.y);
        
        double firstY = minY + width/2;
        List<Double> xInter = getXIntersections(rotatedPoly, firstY);
        if (xInter.isEmpty()) return polygon.get(0);
        Collections.sort(xInter);
        return rotatePoint(new Point(xInter.get(0), firstY), angle);
    }
 
    private static List<Point> alignBoundaryStart(List<Point> boundary, Point targetStart) {
        int bestIdx = 0;
        double minDist = Double.MAX_VALUE;
        for (int i = 0; i < boundary.size(); i++) {
            double d = Math.hypot(boundary.get(i).x - targetStart.x, boundary.get(i).y - targetStart.y);
            if (d < minDist) { minDist = d; bestIdx = i; }
        }
        List<Point> aligned = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < boundary.size(); i++) {
            aligned.add(boundary.get((bestIdx + i) % boundary.size()));
        }
        return aligned;
    }
 
    private static List<Double> getXIntersections(List<Point> rotatedPoly, double y) {
        List<Double> xIntersections = new ArrayList<>();
        double tolerance = 1e-6;
        
        for (int i = 0; i < rotatedPoly.size(); i++) {
            Point p1 = rotatedPoly.get(i);
            Point p2 = rotatedPoly.get((i + 1) % rotatedPoly.size());
            
            // 跳过水平边(避免与扫描线重合时的特殊情况)
            if (Math.abs(p1.y - p2.y) < tolerance) {
                continue;
            }
            
            // 检查是否相交(使用严格不等式避免顶点重复)
            if ((p1.y < y && p2.y >= y) || (p2.y < y && p1.y >= y)) {
                double x = p1.x + (y - p1.y) * (p2.x - p1.x) / (p2.y - p1.y);
                // 简单去重:检查是否已存在相近的点
                boolean isDuplicate = false;
                for (double existingX : xIntersections) {
                    if (Math.abs(x - existingX) < tolerance) {
                        isDuplicate = true;
                        break;
                    }
                }
                if (!isDuplicate) {
                    xIntersections.add(x);
                }
            }
        }
        return xIntersections;
    }
 
    private static double findOptimalAngle(List<Point> polygon) {
        double bestAngle = 0;
        double minHeight = Double.MAX_VALUE;
        for (int i = 0; i < polygon.size(); i++) {
            Point p1 = polygon.get(i), p2 = polygon.get((i + 1) % polygon.size());
            double angle = Math.atan2(p2.y - p1.y, p2.x - p1.x);
            double h = calculateHeightAtAngle(polygon, angle);
            if (h < minHeight) { minHeight = h; bestAngle = angle; }
        }
        return bestAngle;
    }
 
    private static double calculateHeightAtAngle(List<Point> poly, double angle) {
        double minY = Double.MAX_VALUE, maxY = -Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : poly) {
            Point rp = rotatePoint(p, -angle);
            minY = Math.min(minY, rp.y); maxY = Math.max(maxY, rp.y);
        }
        return maxY - minY;
    }
 
    public static List<Point> getInsetPolygon(List<Point> points, double margin) {
        List<Point> result = new ArrayList<>();
        int n = points.size();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Point pPrev = points.get((i - 1 + n) % n);
            Point pCurr = points.get(i);
            Point pNext = points.get((i + 1) % n);
 
            double d1x = pCurr.x - pPrev.x, d1y = pCurr.y - pPrev.y;
            double l1 = Math.hypot(d1x, d1y);
            double d2x = pNext.x - pCurr.x, d2y = pNext.y - pCurr.y;
            double l2 = Math.hypot(d2x, d2y);
 
            if (l1 < 1e-6 || l2 < 1e-6) continue;
 
            // 单位法向量
            double n1x = -d1y / l1, n1y = d1x / l1;
            double n2x = -d2y / l2, n2y = d2x / l2;
 
            // 角平分线方向
            double bisectorX = n1x + n2x, bisectorY = n1y + n2y;
            double bLen = Math.hypot(bisectorX, bisectorY);
            if (bLen < 1e-6) { bisectorX = n1x; bisectorY = n1y; } 
            else { bisectorX /= bLen; bisectorY /= bLen; }
 
            double cosHalfAngle = n1x * bisectorX + n1y * bisectorY;
            double dist = margin / Math.max(cosHalfAngle, 0.1); 
            
            // 限制最大位移量,防止极尖角畸变
            dist = Math.min(dist, margin * 5); 
 
            result.add(new Point(pCurr.x + bisectorX * dist, pCurr.y + bisectorY * dist));
        }
        return result;
    }
 
    private static void addSafeConnection(List<PathSegment> segments, Point start, Point end, List<Point> polygon) {
        if (isSegmentSafe(start, end, polygon)) {
            segments.add(new PathSegment(start, end, false));
        } else {
            List<Point> path = getBoundaryPath(start, end, polygon);
            for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) {
                segments.add(new PathSegment(path.get(i), path.get(i+1), false));
            }
        }
    }
 
    private static boolean isSegmentSafe(Point p1, Point p2, List<Point> polygon) {
        Point mid = new Point((p1.x + p2.x) / 2, (p1.y + p2.y) / 2);
        if (!isPointInPolygon(mid, polygon)) return false;
        
        for (int i = 0; i < polygon.size(); i++) {
            Point a = polygon.get(i);
            Point b = polygon.get((i + 1) % polygon.size());
            if (isSamePoint(p1, a) || isSamePoint(p1, b) || isSamePoint(p2, a) || isSamePoint(p2, b)) continue;
            if (segmentsIntersect(p1, p2, a, b)) return false;
        }
        return true;
    }
 
    private static boolean isSamePoint(Point a, Point b) {
        return Math.abs(a.x - b.x) < 1e-4 && Math.abs(a.y - b.y) < 1e-4;
    }
 
    private static boolean segmentsIntersect(Point a, Point b, Point c, Point d) {
        return ccw(a, c, d) != ccw(b, c, d) && ccw(a, b, c) != ccw(a, b, d);
    }
 
    private static boolean ccw(Point a, Point b, Point c) {
        return (c.y - a.y) * (b.x - a.x) > (b.y - a.y) * (c.x - a.x);
    }
 
    private static boolean isPointInPolygon(Point p, List<Point> polygon) {
        boolean result = false;
        for (int i = 0, j = polygon.size() - 1; i < polygon.size(); j = i++) {
            if ((polygon.get(i).y > p.y) != (polygon.get(j).y > p.y) &&
                (p.x < (polygon.get(j).x - polygon.get(i).x) * (p.y - polygon.get(i).y) / (polygon.get(j).y - polygon.get(i).y) + polygon.get(i).x)) {
                result = !result;
            }
        }
        return result;
    }
 
    private static List<Point> getBoundaryPath(Point start, Point end, List<Point> polygon) {
        int idx1 = getEdgeIndex(start, polygon);
        int idx2 = getEdgeIndex(end, polygon);
        
        if (idx1 == -1 || idx2 == -1 || idx1 == idx2) {
            return Arrays.asList(start, end);
        }
 
        List<Point> path1 = new ArrayList<>();
        path1.add(start);
        int curr = idx1;
        while (curr != idx2) {
            path1.add(polygon.get((curr + 1) % polygon.size()));
            curr = (curr + 1) % polygon.size();
        }
        path1.add(end);
 
        List<Point> pathRev = new ArrayList<>();
        pathRev.add(start);
        curr = idx1;
        while (curr != idx2) {
            pathRev.add(polygon.get(curr));
            curr = (curr - 1 + polygon.size()) % polygon.size();
        }
        pathRev.add(polygon.get((idx2 + 1) % polygon.size()));
        pathRev.add(end);
        
        return getPathLength(path1) < getPathLength(pathRev) ? path1 : pathRev;
    }
 
    private static double getPathLength(List<Point> path) {
        double len = 0;
        for (int i = 0; i < path.size() - 1; i++) {
            len += Math.hypot(path.get(i).x - path.get(i+1).x, path.get(i).y - path.get(i+1).y);
        }
        return len;
    }
 
    private static int getEdgeIndex(Point p, List<Point> poly) {
        for (int i = 0; i < poly.size(); i++) {
            Point p1 = poly.get(i);
            Point p2 = poly.get((i + 1) % poly.size());
            if (distToSegment(p, p1, p2) < 1e-3) return i;
        }
        return -1;
    }
    
    private static double distToSegment(Point p, Point s, Point e) {
        double l2 = (s.x - e.x)*(s.x - e.x) + (s.y - e.y)*(s.y - e.y);
        if (l2 == 0) return Math.hypot(p.x - s.x, p.y - s.y);
        double t = ((p.x - s.x) * (e.x - s.x) + (p.y - s.y) * (e.y - s.y)) / l2;
        t = Math.max(0, Math.min(1, t));
        return Math.hypot(p.x - (s.x + t * (e.x - s.x)), p.y - (s.y + t * (e.y - s.y)));
    }
 
    private static Point rotatePoint(Point p, double angle) {
        double cos = Math.cos(angle), sin = Math.sin(angle);
        return new Point(p.x * cos - p.y * sin, p.x * sin + p.y * cos);
    }
 
    public static void ensureCounterClockwise(List<Point> points) {
        double sum = 0;
        for (int i = 0; i < points.size(); i++) {
            Point p1 = points.get(i), p2 = points.get((i + 1) % points.size());
            sum += (p2.x - p1.x) * (p2.y + p1.y);
        }
        if (sum > 0) Collections.reverse(points);
    }
 
    private static List<Point> parseCoordinates(String coordinates) {
        List<Point> points = new ArrayList<>();
        String[] pairs = coordinates.split(";");
        for (String pair : pairs) {
            String[] xy = pair.split(",");
            if (xy.length == 2) points.add(new Point(Double.parseDouble(xy[0]), Double.parseDouble(xy[1])));
        }
        if (points.size() > 1 && points.get(0).equals(points.get(points.size()-1))) points.remove(points.size()-1);
        return points;
    }
 
    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; // true: 割草中, false: 空载移动
        public PathSegment(Point s, Point e, boolean m) { this.start = s; this.end = e; this.isMowing = m; }
    }
}