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[其他原创] 【C#】创建不规则三角网代码

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始于丨初心 发表于 2020-5-4 13:47
本帖最后由 始于丨初心 于 2020-5-4 13:52 编辑

   不规则三角网(TIN, Triangulated Irregular Network)模型采用一系列相连接的三角形拟合地表或其他不规则表面,常用来构造数字地面模型,特别是数字高程模型。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.IO;

namespace Create_TIN
{
    //Tin_Point类
    class Tin_Point
    {
        //X、Y、Z坐标
        public double X { get; set; }
        public double Y { get; set; }
        public double Z { get; set; }
    }

    //Tin_Line类
    class Tin_Line
    {
        //两端点在离散点集的下标
        public int P0 { get; set; }
        public int P1 { get; set; }
        //线段的使用次数
        public int Count { get; set; }
    }

    //Tin_Tri类
    class Tin_Tri
    {
        //三条线段在基线数据集的下标
        public int L0 { get; set; }
        public int L1 { get; set; }
        public int L2 { get; set; }
    }

    //TIN_Tin类
    class Tin_Tin
    {
        private List<Tin_Point> points = new List<Tin_Point>();//存储离散点数据
        private List<Tin_Line> lines = new List<Tin_Line>();//存储基线数据
        private List<Tin_Tri> tris = new List<Tin_Tri>();//存储三角形数据

        //获取离散点数据
        public bool create_points(string path)
        {
            StreamReader sr = new StreamReader(path, Encoding.UTF8);
            string data = sr.ReadLine();
            while (data != null)
            {
                string[] info = data.Split(',');
                try
                {
                    Tin_Point item = new Tin_Point();
                    item.X = Convert.ToDouble(info[0]);
                    item.Y = Convert.ToDouble(info[1]);
                    item.Z = Convert.ToDouble(info[2]);
                    points.Add(item);
                }
                catch
                {
                    return false;
                }
                data = sr.ReadLine();
            }
            return true;
        }

        //获取两点之间的平距
        private double Distance(Tin_Point a, Tin_Point b)
        {
            double deltaX = b.X - a.X;
            double deltaY = b.Y - a.Y;
            double temp = Math.Sqrt(deltaX * deltaX + deltaY * deltaY);
            return temp;
        }

        //获取三角形角A的大小,单位弧度
        private double Angle(Tin_Line line, int p)
        {
            double c = Distance(points[line.P0], points[line.P1]);
            double a = Distance(points[line.P0], points[p]);
            double b = Distance(points[line.P1], points[p]);
            double temp = Math.Acos((a * a + b * b - c * c) / (2 * a * b));
            return temp;
        }

        //根据最大角原则获取第三点
        private int Max(Tin_Line line, List<int> usablepoints)
        {
            double max = Angle(line, usablepoints[0]);
            int index = usablepoints[0];
            for (int i = 1; i < usablepoints.Count; i++)
            {
                double temp = Angle(line, usablepoints[i]);
                if (max <= temp)
                {
                    max = temp;
                    index = usablepoints[i];
                }
            }
            return index;
        }

        //验证找到的第三点是否满足空外接圆准则
        private bool Circumcircle(Tin_Line line, int p)
        {
            Tin_Point a = points[line.P0];
            Tin_Point b = points[line.P1];
            Tin_Point c = points[p];

            double A1 = 2 * (b.X - a.X);
            double A2 = 2 * (c.X - b.X);
            double B1 = 2 * (b.Y - a.Y);
            double B2 = 2 * (c.Y - b.Y);
            double C1 = b.X * b.X + b.Y * b.Y - a.X * a.X - a.Y * a.Y;
            double C2 = c.X * c.X + c.Y * c.Y - b.X * b.X - b.Y * b.Y;

            double X = (B2 * C1 - B1 * C2) / (A1 * B2 - A2 * B1);
            double Y = (-A2 * C1 + A1 * C2) / (B2 * A1 - B1 * A2);
            Tin_Point centre = new Tin_Point();
            centre.X = X;
            centre.Y = Y;
            double R = Distance(a, centre);
            for (int i = 0; i < points.Count; i++)
            {
                if (line.P0 != i &&
                    line.P1 != i &&
                    p != i)
                {
                    double temp = Distance(centre, points[i]);
                    if (temp < R)
                    {
                        return false;
                    }
                }
            }
            return true;
        }

        //获取某点在竖直方向到直线的距离
        private double Sign(Tin_Line line, int p)
        {
            Tin_Point a = points[line.P0];
            Tin_Point b = points[line.P1];
            Tin_Point c = points[p];

            double A = (b.Y - a.Y) / (b.X - a.X);
            double B = (b.X * a.Y - a.X * b.Y) / (b.X - a.X);
            double Z = c.Y - A * c.X - B;
            return Z;
        }

        //判断两条线段是否为同一条
        private bool Equaltion(Tin_Line line1, Tin_Line line2)
        {
            if (line1.P0 == line2.P0 && line1.P1 == line2.P1)
            {
                return true;
            }
            if (line1.P0 == line2.P1 && line1.P1 == line2.P0)
            {
                return true;
            }
            return false;
        }

        //创建不规则三角网
        public void create_tin()
        {
            /*---生成第0个三角形---*/
            Tin_Tri tri = new Tin_Tri();

            /*寻找与第0点距离最近点*/
            double mindis = Distance(points[0], points[1]);
            int index = 1;            
            for (int i = 1; i < points.Count; i++)
            {
                double temp = Distance(points[0], points[i]);
                if (temp < mindis)
                {
                    mindis = temp;
                    index = i;
                }
            }

            /*初始基线L0*/
            Tin_Line line0 = new Tin_Line();
            line0.P0 = 0;
            line0.P1 = index;
            line0.Count = 1;
            lines.Add(line0);
            tri.L0 = lines.Count - 1;

            /*生成可用点集*/
            List<int> usablepoints = new List<int>();
            for (int i = 1; i < points.Count; i++)
            {
                if (i != index )
                {
                    usablepoints.Add(i);
                }
            }

            /*根据张角最大原则获取第三点*/
            index = Max(line0, usablepoints);

            /*生成基线L1*/
            Tin_Line line1 = new Tin_Line();
            line1.P0 = line0.P0;
            line1.P1 = index;
            line1.Count = 1;
            lines.Add(line1);
            tri.L1 = lines.Count - 1;

            /*生成基线L2*/
            Tin_Line line2 = new Tin_Line();
            line2.P0 = line0.P1;
            line2.P1 = index;
            line2.Count = 1;
            lines.Add(line2);
            tri.L2 = lines.Count - 1;

            tris.Add(tri);
            /*第0个三角形生成结束*/

            /*对于第K个三角形为拓展三角形时*/
            int k = 0;
            while (true)
            {
                /*处理第K个三角形的L0边*/
                if (lines[tris[k].L0].Count < 2)
                {
                    /*获取第K个三角形,不是L0边上的端点*/
                    int test_point = -1;
                    if (lines[tris[k].L0].P0 == lines[tris[k].L1].P0 ||
                        lines[tris[k].L0].P1 == lines[tris[k].L1].P0)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L1].P1;
                    }
                    if (lines[tris[k].L0].P0 == lines[tris[k].L1].P1 ||
                        lines[tris[k].L0].P1 == lines[tris[k].L1].P1)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L1].P0;
                    }

                    /*获取该端点在竖直方向到L0线段的距离*/
                    double sign1 = Sign(lines[tris[k].L0], test_point);

                    /*清空可用点集*/
                    usablepoints.Clear();

                    /*获取可用点集*/
                    for (int i = 0; i < points.Count; i++)
                    {
                        if (lines[tris[k].L0].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L0].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P1 != i)
                        {
                            double sign2 = Sign(lines[tris[k].L0], i);
                            if (sign1 * sign2 < 0)
                            {
                                usablepoints.Add(i);
                            }
                        }
                    }

                    /*生成下一个三角形*/
                    if (usablepoints.Count > 0)
                    {
                        /*根据张角最大原则获取第三点*/
                        index = Max(lines[tris[k].L0], usablepoints);

                        /*验证第三点是否满足空外接圆准则*/
                        if (Circumcircle(lines[tris[k].L0], index))
                        {
                            /*生成临时L1、L2基线*/
                            line1 = new Tin_Line();
                            line1.P0 = lines[tris[k].L0].P0;
                            line1.P1 = index;
                            line2 = new Tin_Line();
                            line2.P0 = lines[tris[k].L0].P1;
                            line2.P1 = index;

                            /*标记临时基线是否存在的标志*/
                            int lineIdx1 = -1;
                            int lineIdx2 = -1;
                            int count1 = 0;
                            int count2 = 0;

                            /*判断基线数据集中是否存在这两条边*/
                            for (int i = 0; i < lines.Count; i++)
                            {
                                if (Equaltion(line1, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx1 = i;
                                    count1 = lines[i].Count;
                                }
                                else if (Equaltion(line2, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx2 = i;
                                    count2 = lines[i].Count;
                                }
                            }

                            /*生成最终L1、L2基线*/
                            if (count1 < 2 && count2 < 2)
                            {
                                /*新三角形的L0基线*/
                                tri = new Tin_Tri();
                                tri.L0 = tris[k].L0;

                                /*新三角形的L1基线*/
                                if (count1 == 0)
                                {
                                    line1.Count = 1;
                                    lines.Add(line1);
                                    tri.L1 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx1].Count = 2;
                                    tri.L1 = lineIdx1;
                                }

                                /*新三角形的L2基线*/
                                if (count2 == 0)
                                {
                                    line2.Count = 1;
                                    lines.Add(line2);
                                    tri.L2 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx2].Count = 2;
                                    tri.L2 = lineIdx2;
                                }

                                tris.Add(tri);
                                /*第K个三角形的L0基线拓展三角形生成结束*/
                            }
                        }
                    }
                    /*不论是否生成新三角形,最终都要将 第K个三角形的L0边 使用次数改为2*/
                    lines[tris[k].L0].Count = 2;
                }

                /*处理第K个三角形的L1边*/
                if (lines[tris[k].L1].Count < 2)
                {
                    /*获取第K个三角形,不是L1边上的端点*/
                    int test_point = -1;
                    if (lines[tris[k].L1].P0 == lines[tris[k].L0].P0 ||
                        lines[tris[k].L1].P1 == lines[tris[k].L0].P0)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L0].P1;
                    }
                    if (lines[tris[k].L1].P0 == lines[tris[k].L0].P1 ||
                        lines[tris[k].L1].P1 == lines[tris[k].L0].P1)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L0].P0;
                    }

                    /*获取该端点在竖直方向到L1线段的距离*/
                    double sign1 = Sign(lines[tris[k].L1], test_point);

                    /*清空可用点集*/
                    usablepoints.Clear();

                    /*获取可用点集*/
                    for (int i = 0; i < points.Count; i++)
                    {
                        if (lines[tris[k].L0].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L0].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P1 != i)
                        {
                            double sign2 = Sign(lines[tris[k].L1], i);
                            if (sign1 * sign2 < 0)
                            {
                                usablepoints.Add(i);
                            }
                        }
                    }

                    /*生成下一个三角形*/
                    if (usablepoints.Count > 0)
                    {
                        /*根据张角最大原则获取第三点*/
                        index = Max(lines[tris[k].L1], usablepoints);

                        /*验证第三点是否满足空外接圆准则*/
                        if (Circumcircle(lines[tris[k].L1], index))
                        {
                            /*生成临时L1、L2基线*/
                            line1 = new Tin_Line();
                            line1.P0 = lines[tris[k].L1].P0;
                            line1.P1 = index;
                            line2 = new Tin_Line();
                            line2.P0 = lines[tris[k].L1].P1;
                            line2.P1 = index;

                            /*标记临时基线是否存在的标志*/
                            int lineIdx1 = -1;
                            int lineIdx2 = -1;
                            int count1 = 0;
                            int count2 = 0;

                            /*判断基线数据集中是否存在这两条边*/
                            for (int i = 0; i < lines.Count; i++)
                            {
                                if (Equaltion(line1, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx1 = i;
                                    count1 = lines[i].Count;
                                }
                                else if (Equaltion(line2, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx2 = i;
                                    count2 = lines[i].Count;
                                }
                            }

                            /*生成最终L1、L2基线*/
                            if (count1 < 2 && count2 < 2)
                            {
                                /*新三角形的L0基线*/
                                tri = new Tin_Tri();
                                tri.L0 = tris[k].L1;

                                /*新三角形的L1基线*/
                                if (count1 == 0)
                                {
                                    line1.Count = 1;
                                    lines.Add(line1);
                                    tri.L1 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx1].Count = 2;
                                    tri.L1 = lineIdx1;
                                }

                                /*新三角形的L2基线*/
                                if (count2 == 0)
                                {
                                    line2.Count = 1;
                                    lines.Add(line2);
                                    tri.L2 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx2].Count = 2;
                                    tri.L2 = lineIdx2;
                                }

                                tris.Add(tri);
                                /*第K个三角形的L1基线拓展三角形生成结束*/
                            } 
                        }
                    }
                    /*不论是否生成新三角形,最终都要将 第K个三角形的L1边 使用次数改为2*/
                    lines[tris[k].L1].Count = 2;
                }

                /*处理第K个三角形的L2边*/
                if (lines[tris[k].L2].Count < 2)
                {
                    /*获取第K个三角形,不是L2边上的端点*/
                    int test_point = -1;
                    if (lines[tris[k].L2].P0 == lines[tris[k].L0].P0 ||
                        lines[tris[k].L2].P1 == lines[tris[k].L0].P0)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L0].P1;
                    }
                    if (lines[tris[k].L2].P0 == lines[tris[k].L0].P1 ||
                        lines[tris[k].L2].P1 == lines[tris[k].L0].P1)
                    {
                        test_point = lines[tris[k].L0].P0;
                    }

                    /*获取该端点在竖直方向到L2线段的距离*/
                    double sign1 = Sign(lines[tris[k].L2], test_point);

                    /*清空可用点集*/
                    usablepoints.Clear();

                    /*获取可用点集*/
                    for (int i = 0; i < points.Count; i++)
                    {
                        if (lines[tris[k].L0].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L0].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L1].P1 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P0 != i &&
                            lines[tris[k].L2].P1 != i)
                        {
                            double sign2 = Sign(lines[tris[k].L2], i);
                            if (sign1 * sign2 < 0)
                            {
                                usablepoints.Add(i);
                            }
                        }
                    }

                    /*生成下一个三角形*/
                    if (usablepoints.Count > 0)
                    {
                        /*根据张角最大原则获取第三点*/
                        index = Max(lines[tris[k].L2], usablepoints);

                        /*验证第三点是否满足空外接圆准则*/
                        if (Circumcircle(lines[tris[k].L2], index))
                        {
                            /*生成临时L1、L2基线*/
                            line1 = new Tin_Line();
                            line1.P0 = lines[tris[k].L2].P0;
                            line1.P1 = index;
                            line2 = new Tin_Line();
                            line2.P0 = lines[tris[k].L2].P1;
                            line2.P1 = index;

                            /*标记临时基线是否存在的标志*/
                            int lineIdx1 = -1;
                            int lineIdx2 = -1;
                            int count1 = 0;
                            int count2 = 0;

                            /*判断基线数据集中是否存在这两条边*/
                            for (int i = 0; i < lines.Count; i++)
                            {
                                if (Equaltion(line1, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx1 = i;
                                    count1 = lines[i].Count;
                                }
                                else if (Equaltion(line2, lines[i]))
                                {
                                    lineIdx2 = i;
                                    count2 = lines[i].Count;
                                }
                            }

                            /*生成最终L1、L2基线*/
                            if (count1 < 2 && count2 < 2)
                            {
                                /*新三角形的L0基线*/
                                tri = new Tin_Tri();
                                tri.L0 = tris[k].L2;

                                /*新三角形的L1基线*/
                                if (count1 == 0)
                                {
                                    line1.Count = 1;
                                    lines.Add(line1);
                                    tri.L1 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx1].Count = 2;
                                    tri.L1 = lineIdx1;
                                }

                                /*新三角形的L2基线*/
                                if (count2 == 0)
                                {
                                    line2.Count = 1;
                                    lines.Add(line2);
                                    tri.L2 = lines.Count - 1;
                                }
                                else
                                {
                                    lines[lineIdx2].Count = 2;
                                    tri.L2 = lineIdx2;
                                }

                                tris.Add(tri);
                                /*第K个三角形的L2基线拓展三角形生成结束*/
                            }
                        }
                    }
                    /*不论是否生成新三角形,最终都要将 第K个三角形的L1边 使用次数改为2*/
                    lines[tris[k].L2].Count = 2;
                }

                k++;
                if (k == tris.Count)
                {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

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AA12346464 + 1 + 1 感谢发布原创作品,吾爱破解论坛因你更精彩!
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那年夏天52 发表于 2020-5-4 13:59
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zz0147 发表于 2020-5-4 14:18
AA12346464 发表于 2020-5-13 15:28
暗号:冰清玉洁
                           BY 花观
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