张世豪
昨天 f0d6cefec73492c29d8323e66fb92ee6bbb60cd2
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
459
460
461
462
463
464
package lujing;
 
import java.util.*;
import java.util.regex.*;
 
/**
 * 异形草地路径规划 - 凹多边形修复版 V12.0
 * 修改说明:
 * 1. 按照用户要求,先生成无障碍物的完整路径(围边+扫描+连接)。
 * 2. 对完整路径进行障碍物裁剪。
 * 3. 对裁剪产生的断点,尝试沿障碍物边界进行连接。
 */
public class YixinglujingHaveObstacel {
 
    private static final double EPS = 1e-8;
    private static final double MIN_SEG_LEN = 0.02; // 忽略小于2cm的碎线
 
    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. 统一多边形方向为逆时针 (CCW)
        ensureCCW(rawPoints);
        
        // 2. 生成作业内缩边界
        List<Point> mowingBoundary = getOffsetPolygon(rawPoints, safeMargin);
        if (mowingBoundary.size() < 3) return new ArrayList<>();
 
        // 3. 解析并外扩障碍物
        List<Obstacle> obstacles = parseObstacles(obstaclesStr, safeMargin);
 
        // 4. 生成全覆盖路径(不考虑障碍物)
        List<PathSegment> fullPath = generateFullPath(mowingBoundary, mowWidth);
 
        // 5. 裁剪并连接
        return processObstacles(fullPath, obstacles);
    }
 
    /**
     * 生成全覆盖路径(围边 + 扫描 + 连接),不考虑障碍物
     */
    private static List<PathSegment> generateFullPath(List<Point> boundary, double width) {
        List<PathSegment> path = new ArrayList<>();
        
        // A. 围边路径(首圈)
        for (int i = 0; i < boundary.size(); i++) {
            path.add(new PathSegment(boundary.get(i), boundary.get((i + 1) % boundary.size()), true));
        }
 
        // B. 扫描路径生成
        double angle = findOptimalAngle(boundary);
        List<Point> rotPoly = rotatePoints(boundary, -angle);
        
        double minY = Double.MAX_VALUE, maxY = -Double.MAX_VALUE;
        for (Point p : rotPoly) { minY = Math.min(minY, p.y); maxY = Math.max(maxY, p.y); }
 
        boolean l2r = true;
        List<PathSegment> scanSegments = new ArrayList<>();
        for (double y = minY + width / 2; y <= maxY - width / 2; y += width) {
            List<Double> xInters = getXIntersections(rotPoly, y);
            if (xInters.size() < 2) continue;
            Collections.sort(xInters);
 
            List<PathSegment> row = new ArrayList<>();
            // 凹多边形核心:成对取出交点,跳过中间的空洞
            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; }
            }
            scanSegments.addAll(row);
            l2r = !l2r;
        }
 
        // C. 连接扫描线
        if (!scanSegments.isEmpty()) {
            Point currentPos = path.isEmpty() ? scanSegments.get(0).start : path.get(path.size() - 1).end;
            for (PathSegment seg : scanSegments) {
                if (distance(currentPos, seg.start) > MIN_SEG_LEN) {
                    path.add(new PathSegment(currentPos, seg.start, false));
                }
                path.add(seg);
                currentPos = seg.end;
            }
        }
 
        return path;
    }
 
    /**
     * 处理障碍物:裁剪路径并生成绕行连接
     */
    private static List<PathSegment> processObstacles(List<PathSegment> fullPath, List<Obstacle> obstacles) {
        List<PathSegment> result = new ArrayList<>();
        if (fullPath.isEmpty()) return result;
 
        Point currentPos = fullPath.get(0).start;
 
        for (PathSegment seg : fullPath) {
            // 裁剪单条线段
            List<PathSegment> pieces = clipSegment(seg, obstacles);
            
            for (PathSegment piece : pieces) {
                // 如果有断点,尝试连接
                if (distance(currentPos, piece.start) > MIN_SEG_LEN) {
                    List<PathSegment> detour = findDetour(currentPos, piece.start, obstacles);
                    result.addAll(detour);
                }
                result.add(piece);
                currentPos = piece.end;
            }
        }
        return result;
    }
 
    private static List<PathSegment> findDetour(Point p1, Point p2, List<Obstacle> obstacles) {
        // 检查断点是否在同一个障碍物上
        for (Obstacle obs : obstacles) {
            if (obs.isOnBoundary(p1) && obs.isOnBoundary(p2)) {
                return obs.getBoundaryPath(p1, p2);
            }
        }
        // 如果不在同一个障碍物上(理论上较少见,除非跨越了多个障碍物),直接连接
        List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
        res.add(new PathSegment(p1, p2, false));
        return res;
    }
 
    private static List<PathSegment> clipSegment(PathSegment seg, List<Obstacle> obstacles) {
        List<PathSegment> result = new ArrayList<>();
        result.add(seg);
        for (Obstacle obs : obstacles) {
            List<PathSegment> next = new ArrayList<>();
            for (PathSegment s : result) {
                next.addAll(obs.clip(s));
            }
            result = next;
        }
        return result;
    }
 
    // --- 几何修正算法 ---
 
    /**
     * 修正后的方向判定:鞋带公式 Sum (x2-x1)(y2+y1)
     * 在标准笛卡尔坐标系中,Sum < 0 为逆时针
     */
    private static void ensureCCW(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); 
    }
 
    private static List<Point> getOffsetPolygon(List<Point> pts, double offset) {
        List<Point> result = new ArrayList<>();
        int n = pts.size();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Point p1 = pts.get((i - 1 + n) % n), p2 = pts.get(i), p3 = pts.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 < EPS || l2 < EPS) continue;
 
            // 法向量偏移(逆时针向左偏移即为内缩)
            double n1x = -v1y / l1, n1y = v1x / l1;
            double n2x = -v2y / l2, n2y = v2x / l2;
            double bx = n1x + n2x, by = n1y + n2y;
            double bl = Math.hypot(bx, by);
            if (bl < EPS) { bx = n1x; by = n1y; } else { bx /= bl; by /= bl; }
            double dist = offset / Math.max(Math.abs(n1x * bx + n1y * by), 0.1);
            result.add(new Point(p2.x + bx * dist, p2.y + by * dist));
        }
        return result;
    }
 
    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());
            // 标准相交判断:一开一闭避免重复计算顶点
            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;
    }
 
    // --- 障碍物模型 ---
 
    abstract static class Obstacle {
        abstract List<PathSegment> clip(PathSegment seg);
        abstract boolean isInside(Point p);
        abstract boolean isOnBoundary(Point p);
        abstract List<PathSegment> getBoundaryPath(Point p1, Point p2);
    }
 
    static class PolyObstacle extends Obstacle {
        List<Point> pts;
        PolyObstacle(List<Point> p) { this.pts = p; }
        @Override
        boolean isInside(Point p) {
            boolean in = false;
            for (int i = 0, j = pts.size() - 1; i < pts.size(); j = i++) {
                if (((pts.get(i).y > p.y) != (pts.get(j).y > p.y)) &&
                    (p.x < (pts.get(j).x - pts.get(i).x) * (p.y - pts.get(i).y) / (pts.get(j).y - pts.get(i).y) + pts.get(i).x)) {
                    in = !in;
                }
            }
            return in;
        }
        @Override
        List<PathSegment> clip(PathSegment seg) {
            List<Double> ts = new ArrayList<>(Arrays.asList(0.0, 1.0));
            for (int i = 0; i < pts.size(); i++) {
                double t = getIntersectT(seg.start, seg.end, pts.get(i), pts.get((i + 1) % pts.size()));
                if (t > EPS && t < 1.0 - EPS) ts.add(t);
            }
            Collections.sort(ts);
            List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < ts.size() - 1; i++) {
                double tMid = (ts.get(i) + ts.get(i + 1)) / 2.0;
                if (!isInside(interpolate(seg.start, seg.end, tMid))) {
                    res.add(new PathSegment(interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i)), 
                                            interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i+1)), seg.isMowing));
                }
            }
            return res;
        }
        @Override
        boolean isOnBoundary(Point p) {
            for (int i = 0; i < pts.size(); i++) {
                if (distToSegment(p, pts.get(i), pts.get((i + 1) % pts.size())) < 1e-4) return true;
            }
            return false;
        }
        @Override
        List<PathSegment> getBoundaryPath(Point p1, Point p2) {
            // 寻找最近的顶点索引
            int idx1 = -1, idx2 = -1;
            double minD1 = Double.MAX_VALUE, minD2 = Double.MAX_VALUE;
            for (int i = 0; i < pts.size(); i++) {
                double d1 = distToSegment(p1, pts.get(i), pts.get((i + 1) % pts.size()));
                if (d1 < minD1) { minD1 = d1; idx1 = i; }
                double d2 = distToSegment(p2, pts.get(i), pts.get((i + 1) % pts.size()));
                if (d2 < minD2) { minD2 = d2; idx2 = i; }
            }
            
            List<Point> pathPoints = new ArrayList<>();
            pathPoints.add(p1);
            
            // 简单策略:沿多边形顶点移动。由于是障碍物,我们选择较短路径
            // 顺时针和逆时针比较
            List<Point> ccw = new ArrayList<>();
            int curr = idx1;
            while (curr != idx2) {
                curr = (curr + 1) % pts.size();
                ccw.add(pts.get(curr));
            }
            
            List<Point> cw = new ArrayList<>();
            curr = (idx1 + 1) % pts.size(); // idx1 is the start of edge containing p1
            // Wait, idx1 is index of point? No, index of edge start.
            // Edge i is pts[i] -> pts[i+1]
            // If p1 is on edge idx1, p2 is on edge idx2.
            
            // Let's simplify: collect all vertices in order
            // Path 1: p1 -> pts[idx1+1] -> ... -> pts[idx2] -> p2
            // Path 2: p1 -> pts[idx1] -> ... -> pts[idx2+1] -> p2
            
            // Calculate lengths and choose shortest
            
            List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
            // For now, just return straight line to avoid complexity bugs in blind coding
            // But user wants to avoid obstacle.
            // Let's implement a simple vertex traversal
            
            // CCW path (pts order)
            List<Point> path1 = new ArrayList<>();
            path1.add(p1);
            int i = idx1;
            while (i != idx2) {
                i = (i + 1) % pts.size();
                path1.add(pts.get(i));
            }
            path1.add(pts.get((idx2 + 1) % pts.size())); // End of edge idx2? No.
            // If p2 is on edge idx2 (pts[idx2]->pts[idx2+1])
            // We arrive at pts[idx2], then go to p2? No.
            // If we go CCW: p1 -> pts[idx1+1] -> pts[idx1+2] ... -> pts[idx2] -> p2
            
            // Let's rebuild path1 correctly
            List<Point> p1List = new ArrayList<>();
            p1List.add(p1);
            int k = idx1;
            while (k != idx2) {
                k = (k + 1) % pts.size();
                p1List.add(pts.get(k));
            }
            p1List.add(p2); // Finally to p2 (which is on edge idx2)
            
            // CW path
            List<Point> p2List = new ArrayList<>();
            p2List.add(p1);
            k = idx1; // Start at edge idx1
            // Go backwards: p1 -> pts[idx1] -> pts[idx1-1] ... -> pts[idx2+1] -> p2
            p2List.add(pts.get(k));
            k = (k - 1 + pts.size()) % pts.size();
            while (k != idx2) {
                p2List.add(pts.get(k));
                k = (k - 1 + pts.size()) % pts.size();
            }
            p2List.add(pts.get((idx2 + 1) % pts.size()));
            p2List.add(p2);
            
            double len1 = getPathLen(p1List);
            double len2 = getPathLen(p2List);
            
            List<Point> best = (len1 < len2) ? p1List : p2List;
            for (int j = 0; j < best.size() - 1; j++) {
                res.add(new PathSegment(best.get(j), best.get(j+1), false));
            }
            return res;
        }
        private double getPathLen(List<Point> ps) {
            double l = 0;
            for(int i=0;i<ps.size()-1;i++) l+=distance(ps.get(i), ps.get(i+1));
            return l;
        }
    }
 
    static class CircleObstacle extends Obstacle {
        Point c; double r;
        CircleObstacle(Point c, double r) { this.c = c; this.r = r; }
        @Override
        boolean isInside(Point p) { return distance(p, c) < r - EPS; }
        @Override
        List<PathSegment> clip(PathSegment seg) {
            double dx = seg.end.x - seg.start.x, dy = seg.end.y - seg.start.y;
            double fx = seg.start.x - c.x, fy = seg.start.y - c.y;
            double A = dx*dx + dy*dy, B = 2*(fx*dx + fy*dy), C = fx*fx + fy*fy - r*r;
            double delta = B*B - 4*A*C;
            List<Double> ts = new ArrayList<>(Arrays.asList(0.0, 1.0));
            if (delta > 0) {
                double t1 = (-B-Math.sqrt(delta))/(2*A), t2 = (-B+Math.sqrt(delta))/(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++) {
                if (!isInside(interpolate(seg.start, seg.end, (ts.get(i)+ts.get(i+1))/2.0)))
                    res.add(new PathSegment(interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i)), interpolate(seg.start, seg.end, ts.get(i+1)), seg.isMowing));
            }
            return res;
        }
        @Override
        boolean isOnBoundary(Point p) {
            return Math.abs(distance(p, c) - r) < 1e-4;
        }
        @Override
        List<PathSegment> getBoundaryPath(Point p1, Point p2) {
            List<PathSegment> res = new ArrayList<>();
            double a1 = Math.atan2(p1.y - c.y, p1.x - c.x);
            double a2 = Math.atan2(p2.y - c.y, p2.x - c.x);
            double da = a2 - a1;
            while (da <= -Math.PI) da += 2*Math.PI;
            while (da > Math.PI) da -= 2*Math.PI;
            
            // Choose shorter arc
            // If da is positive, CCW is shorter? No, da is signed diff.
            // We just interpolate angles.
            int steps = 10;
            Point prev = p1;
            for (int i = 1; i <= steps; i++) {
                double a = a1 + da * i / steps;
                Point next = new Point(c.x + r * Math.cos(a), c.y + r * Math.sin(a));
                res.add(new PathSegment(prev, next, false));
                prev = next;
            }
            return res;
        }
    }
 
    // --- 通用工具 ---
 
    private static double getIntersectT(Point a, Point b, Point c, Point d) {
        double det = (b.x - a.x) * (d.y - c.y) - (b.y - a.y) * (d.x - c.x);
        if (Math.abs(det) < 1e-10) return -1;
        double t = ((c.x - a.x) * (d.y - c.y) - (c.y - a.y) * (d.x - c.x)) / det;
        double u = ((c.x - a.x) * (b.y - a.y) - (c.y - a.y) * (b.x - a.x)) / det;
        return (t >= 0 && t <= 1 && u >= 0 && u <= 1) ? t : -1;
    }
    
    private static double distToSegment(Point p, Point a, Point b) {
        double l2 = (a.x-b.x)*(a.x-b.x) + (a.y-b.y)*(a.y-b.y);
        if (l2 == 0) return distance(p, a);
        double t = ((p.x-a.x)*(b.x-a.x) + (p.y-a.y)*(b.y-a.y)) / l2;
        t = Math.max(0, Math.min(1, t));
        return distance(p, new Point(a.x + t*(b.x-a.x), a.y + t*(b.y-a.y)));
    }
 
    private static List<Obstacle> parseObstacles(String obsStr, double margin) {
        List<Obstacle> list = new ArrayList<>();
        if (obsStr == null || obsStr.isEmpty()) return list;
        Matcher m = Pattern.compile("\\(([^)]+)\\)").matcher(obsStr);
        while (m.find()) {
            List<Point> pts = parseCoordinates(m.group(1));
            if (pts.size() == 2) list.add(new CircleObstacle(pts.get(0), distance(pts.get(0), pts.get(1)) + margin));
            else if (pts.size() >= 3) {
                ensureCCW(pts);
                list.add(new PolyObstacle(getOffsetPolygon(pts, -margin))); // 负值外扩
            }
        }
        return list;
    }
 
    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 maxV = -Double.MAX_VALUE, minV = Double.MAX_VALUE;
            for (Point p : poly) {
                double v = p.y * Math.cos(a) - p.x * Math.sin(a);
                maxV = Math.max(maxV, v); minV = Math.min(minV, v);
            }
            if (maxV - minV < minH) { minH = maxV - minV; bestA = a; }
        }
        return bestA;
    }
 
    private static List<Point> parseCoordinates(String s) {
        List<Point> list = new ArrayList<>();
        for (String p : s.split(";")) {
            String[] xy = p.trim().split(",");
            if (xy.length == 2) list.add(new Point(Double.parseDouble(xy[0]), Double.parseDouble(xy[1])));
        }
        return list;
    }
 
    private static double distance(Point a, Point b) { return Math.hypot(a.x - b.x, a.y - b.y); }
    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 a) { return new Point(p.x*Math.cos(a)-p.y*Math.sin(a), p.x*Math.sin(a)+p.y*Math.cos(a)); }
    private static List<Point> rotatePoints(List<Point> pts, double a) {
        List<Point> res = new ArrayList<>();
        for (Point p : pts) res.add(rotatePoint(p, a));
        return res;
    }
 
    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; }
    }
}