/* * GeoTools - The Open Source Java GIS Toolkit * http://geotools.org * * (C) 2001-2008, Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) * * This library is free software; you can redistribute it and/or * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public * License as published by the Free Software Foundation; * version 2.1 of the License. * * This library is distributed in the hope that it will be useful, * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU * Lesser General Public License for more details. */ package org.geotools.resources.geometry; import java.awt.Shape; import java.awt.geom.CubicCurve2D; import java.awt.geom.Ellipse2D; import java.awt.geom.Line2D; import java.awt.geom.PathIterator; import java.awt.geom.Point2D; import java.awt.geom.QuadCurve2D; import java.awt.geom.Rectangle2D; import static java.lang.Math.*; /** * Static utilities methods. Those methods operate on geometric * shapes from the {@code java.awt.geom} package. * * @since 2.0 * * @source $URL$ * @version $Id$ * @author Martin Desruisseaux (IRD) */ public final class ShapeUtilities { /** * Valeur limite pour détecter si des points sont * colinéaires ou si des coordonnées sont identiques. */ private static final double EPS = 1E-6; /** * Constante pour les calculs de paraboles. Cette constante indique que l'axe des * <var>x</var> de la parabole doit être parallèle à la droite joignant les points * P0 et P2. */ public static final int PARALLEL = 0; /** * Constante pour les calculs de paraboles. Cette constante indique que l'axe des * <var>x</var> de la parabole doit être horizontale, quelle que soit la pente de * la droite joignant les points P0 et P2. */ public static final int HORIZONTAL = 1; /** * Interdit la création d'objets de cette classe. */ private ShapeUtilities() { } /** * Retourne le point d'intersection de deux segments de droites. * Cette méthode ne prolonge pas les segments de droites à l'infini. * Si les deux segments ne s'interceptent pas (soit par ce qu'ils sont * parallèles, ou soit parce qu'ils ne se prolongent pas assez loin * pour se toucher), alors cette méthode retourne {@code null}. * * @param a Première ligne. * @param b Deuxième ligne. * @return Si une intersection fut trouvée, les coordonnées de cette * intersection. Si aucune intersection n'a été trouvée, alors * cette méthode retourne {@code null}. */ public static Point2D intersectionPoint(final Line2D a, final Line2D b) { return intersectionPoint(a.getX1(), a.getY1(), a.getX2(), a.getY2(), b.getX1(), b.getY1(), b.getX2(), b.getY2()); } /** * Retourne le point d'intersection de deux segments de droites. * Cette méthode ne prolonge pas les segments de droites à l'infini. * Si les deux segments ne s'interceptent pas (soit par ce qu'ils sont * parallèles, ou soit parce qu'ils ne se prolongent pas assez loin * pour se toucher), alors cette méthode retourne {@code null}. * * @param ax1 <var>x</var> value of the first point on the first line. * @param ay1 <var>y</var> value of the first point on the first line. * @param ax2 <var>x</var> value of the last point on the first line. * @param ay2 <var>y</var> value of the last point on the first line. * @param bx1 <var>x</var> value of the first point on the second line. * @param by1 <var>y</var> value of the first point on the second line. * @param bx2 <var>x</var> value of the last point on the second line. * @param by2 <var>y</var> value of the last point on the second line. * @return Si une intersection fut trouvée, les coordonnées de cette * intersection. Si aucune intersection n'a été trouvée, alors * cette méthode retourne {@code null}. */ public static Point2D intersectionPoint(final double ax1, final double ay1, double ax2, double ay2, final double bx1, final double by1, double bx2, double by2) { ax2 -= ax1; ay2 -= ay1; bx2 -= bx1; by2 -= by1; double x = ay2*bx2; double y = ax2*by2; /* * Les x et y calculés précédemment ne sont que des valeurs temporaires. Si et * seulement si les deux droites sont parallèles, alors x==y. Ensuite seulement, * la paire (x,y) ci-dessous sera les véritables coordonnées du point d'intersection. */ x = ((by1-ay1)*(ax2*bx2)+x*ax1-y*bx1)/(x-y); y = abs(bx2) > abs(ax2) ? (by2/bx2) * (x-bx1) + by1 : (ay2/ax2) * (x-ax1) + ay1; /* * Les expressions '!=0' ci-dessous sont importantes afin d'éviter des problèmes * d'erreurs d'arrondissement lorsqu'un segment est vertical ou horizontal. Les * '!' qui suivent sont importants pour un fonctionnement correct avec NaN. */ if (ax2!=0 && !(ax2<0 ? (x<=ax1 && x>=ax1+ax2) : (x>=ax1 && x<=ax1+ax2))) return null; if (bx2!=0 && !(bx2<0 ? (x<=bx1 && x>=bx1+bx2) : (x>=bx1 && x<=bx1+bx2))) return null; if (ay2!=0 && !(ay2<0 ? (y<=ay1 && y>=ay1+ay2) : (y>=ay1 && y<=ay1+ay2))) return null; if (by2!=0 && !(by2<0 ? (y<=by1 && y>=by1+by2) : (y>=by1 && y<=by1+by2))) return null; return new Point2D.Double(x,y); } /** * Retourne le point sur le segment de droite {@code line} qui se trouve le * plus près du point {@code point} spécifié. Appellons {@code result} * le point retourné par cette méthode. Il est garanti que {@code result} * répond aux conditions suivantes (aux erreurs d'arrondissements près): * * <ul> * <li>{@code result} est un point du segment de droite {@code line}. * Il ne trouve pas au delà des points extrêmes P1 et P2 de ce segment.</li> * <li>La distance entre les points {@code result} et {@code point} * est la plus courte distance possible pour les points qui respectent la * condition précédente. Cette distance peut être calculée par * {@code point.distance(result)}.</li> * </ul> * * @param segment The line on which to search for a point. * @param point A point close to the given line. * @return The nearest point on the given line. * * @see #colinearPoint(Line2D, Point2D, double) */ public static Point2D nearestColinearPoint(final Line2D segment, final Point2D point) { return nearestColinearPoint(segment.getX1(), segment.getY1(), segment.getX2(), segment.getY2(), point.getX(), point.getY()); } /** * Retourne le point sur le segment de droite {@code (x1,y1)-(x2,y2)} * qui se trouve le plus près du point {@code (x,y)} spécifié. Appellons * {@code result} le point retourné par cette méthode. Il est garanti * que {@code result} répond aux conditions suivantes (aux erreurs * d'arrondissements près): * * <ul> * <li>{@code result} est un point du segment de droite * {@code (x1,y1)-(x2,y2)}. Il ne trouve pas au delà des points * extrêmes {@code (x1,y1)} et {@code (x2,y2)} de ce segment.</li> * <li>La distance entre les points {@code result} et {@code (x,y)} * est la plus courte distance possible pour les points qui respectent la * condition précédente. Cette distance peut être calculée par * <code>new Point2D.Double(x,y).distance(result)</code>.</li> * </ul> * * @param x1 <var>x</var> value of the first point on the line. * @param y1 <var>y</var> value of the first point on the line. * @param x2 <var>x</var> value of the last point on the line. * @param y2 <var>y</var> value of the last point on the line. * @param x <var>x</var> value of a point close to the given line. * @param y <var>y</var> value of a point close to the given line. * @return The nearest point on the given line. * * @see #colinearPoint(double,double , double,double , double,double , double) */ public static Point2D nearestColinearPoint(final double x1, final double y1, final double x2, final double y2, double x, double y) { final double slope = (y2-y1) / (x2-x1); if (!Double.isInfinite(slope)) { final double y0 = (y2 - slope*x2); x = ((y-y0)*slope+x) / (slope*slope+1); y = x*slope + y0; } else { x = x2; } if (x1 <= x2) { if (x < x1) x = x1; if (x > x2) x = x2; } else { if (x > x1) x = x1; if (x < x2) x = x2; } if (y1 <= y2) { if (y < y1) y = y1; if (y > y2) y = y2; } else { if (y > y1) y = y1; if (y < y2) y = y2; } return new Point2D.Double(x,y); } /** * Retourne le point sur le segment de droite {@code line} qui se trouve à la * distance {@code distance} spécifiée du point {@code point}. Appellons * {@code result} le point retourné par cette méthode. Si {@code result} * est non-nul, alors il est garanti qu'il répond aux conditions suivantes (aux * erreurs d'arrondissements près): * * <ul> * <li>{@code result} est un point du segment de droite {@code line}. * Il ne trouve pas au delà des points extrêmes P1 et P2 de ce segment.</li> * <li>La distance entre les points {@code result} et {@code point} * est exactement {@code distance} (aux erreurs d'arrondissements près). * Cette distance peut être calculée par {@code point.distance(result)}.</li> * </ul> * * Si aucun point ne peut répondre à ces conditions, alors cette méthode retourne * {@code null}. Si deux points peuvent répondre à ces conditions, alors par * convention cette méthode retourne le point le plus près du point {@code line.getP1()}. * * @param line The line on which to searh for a point. * @param point A point close to the given line. * @param distance The distance between the given point and the point to be returned. * @return A point on the given line located at the given distance from the given point. * * @see #nearestColinearPoint(Line2D, Point2D) */ public static Point2D colinearPoint(Line2D line, Point2D point, double distance) { return colinearPoint(line.getX1(), line.getY1(), line.getX2(), line.getY2(), point.getX(), point.getY(), distance); } /** * Retourne le point sur le segment de droite {@code (x1,y1)-(x2,y2)} * qui se trouve à la distance {@code distance} spécifiée du point * {@code point}. Appellons {@code result} le point retourné par * cette méthode. Si {@code result} est non-nul, alors il est garantit * qu'il répond aux conditions suivantes (aux erreurs d'arrondissements près): * * <ul> * <li>{@code result} est un point du segment de droite {@code (x1,y1)-(x2,y2)}. * Il ne trouve pas au delà des points extrêmes {@code (x1,y1)} et * {@code (x2,y2)} de ce segment.</li> * <li>La distance entre les points {@code result} et {@code point} * est exactement {@code distance} (aux erreurs d'arrondissements près). * Cette distance peut être calculée par {@code point.distance(result)}.</li> * </ul> * * Si aucun point ne peut répondre à ces conditions, alors cette méthode retourne * {@code null}. Si deux points peuvent répondre à ces conditions, alors par * convention cette méthode retourne le point le plus près du point {@code (x1,y1)}. * * @param x1 <var>x</var> value of the first point on the line. * @param y1 <var>y</var> value of the first point on the line. * @param x2 <var>x</var> value of the last point on the line. * @param y2 <var>y</var> value of the last point on the line. * @param x <var>x</var> value of a point close to the given line. * @param y <var>y</var> value of a point close to the given line. * @param distance The distance between the given point and the point to be returned. * @return A point on the given line located at the given distance from the given point. * * @see #nearestColinearPoint(double,double , double,double , double,double) */ public static Point2D colinearPoint(double x1, double y1, double x2, double y2, double x, double y, double distance) { final double ox1 = x1; final double oy1 = y1; final double ox2 = x2; final double oy2 = y2; distance *= distance; if (x1 == x2) { double dy = x1-x; dy = sqrt(distance - dy*dy); y1 = y - dy; y2 = y + dy; } else if (y1 == y2) { double dx = y1 - y; dx = sqrt(distance - dx*dx); x1 = x - dx; x2 = x + dx; } else { final double m = (y1-y2) / (x2-x1); final double y0 = (y2-y) + m*(x2-x); final double B = m * y0; final double A = m*m + 1; final double C = sqrt(B*B + A*(distance - y0*y0)); x1 = (B+C)/A; x2 = (B-C)/A; y1 = y + y0-m*x1; y2 = y + y0-m*x2; x1 += x; x2 += x; } boolean in1, in2; if (oy1 > oy2) { in1 = y1<=oy1 && y1>=oy2; in2 = y2<=oy1 && y2>=oy2; } else { in1 = y1>=oy1 && y1<=oy2; in2 = y2>=oy1 && y2<=oy2; } if (ox1 > ox2) { in1 &= x1<=ox1 && x1>=ox2; in2 &= x2<=ox1 && x2>=ox2; } else { in1 &= x1>=ox1 && x1<=ox2; in2 &= x2>=ox1 && x2<=ox2; } if (!in1 && !in2) return null; if (!in1) return new Point2D.Double(x2,y2); if (!in2) return new Point2D.Double(x1,y1); x = x1 - ox1; y = y1 - oy1; final double d1 = x*x + y*y; x = x2 - ox1; y = y2 - oy1; final double d2 = x*x + y*y; if (d1>d2) return new Point2D.Double(x2,y2); else return new Point2D.Double(x1,y1); } /** * Retourne une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. Il peut exister une infinité de courbes * quadratiques passant par trois points. On peut voir les choses en disant qu'une courbe quadratique correspond à * une parabole produite par une équation de la forme <code>y=ax²+bx+c</code>, mais que l'axe des <var>x</var> de * cette équation n'est pas nécessairement horizontal. La direction de cet axe des <var>x</var> dépend du paramètre * {@code orientation} spécifié à cette méthode. La valeur {@link #HORIZONTAL} signifie que l'axe des <var>x</var> * de la parabole sera toujours horizontal. La courbe quadratique produite ressemblera alors à une parabole classique * telle qu'on en voit dans les ouvrages de mathématiques élémentaires. La valeur {@link #PARALLEL} indique plutôt que * l'axe des <var>x</var> de la parabole doit être parallèle à la droite joignant les points {@code P0} et * {@code P2}. Ce dernier type produira le même résultat que {@link #HORIZONTAL} si {@code P0.y==P2.y}. * * @param P0 Premier point de la courbe quadratique. * @param P1 Point par lequel la courbe quadratique doit passer. Il n'est pas obligatoire que ce point soit situé * entre {@code P0} et {@code P1}. Toutefois, il ne doit pas être colinéaire avec {@code P0} * et {@code P1}. * @param P2 Dernier point de la courbe quadratique. * @param orientation Orientation de l'axe des <var>x</var> de la parabole: {@link #PARALLEL} ou {@link #HORIZONTAL}. * @return Une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. La courbe commencera au point {@code P0} * et se terminera au point {@code P2}. Si deux points ont des coordonnées presque identiques, ou si les * trois points sont colinéaires, alors cette méthode retourne {@code null}. * @throws IllegalArgumentException si l'argument {@code orientation} n'est pas une des constantes valides. */ public static QuadCurve2D fitParabol(final Point2D P0, final Point2D P1, final Point2D P2, final int orientation) throws IllegalArgumentException { return fitParabol(P0.getX(), P0.getY(), P1.getX(), P1.getY(), P2.getX(), P2.getY(), orientation); } /** * Retourne une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. Il peut exister une infinité de courbes * quadratiques passant par trois points. On peut voir les choses en disant qu'une courbe quadratique correspond à * une parabole produite par une équation de la forme <code>y=ax²+bx+c</code>, mais que l'axe des <var>x</var> de * cette équation n'est pas nécessairement horizontal. La direction de cet axe des <var>x</var> dépend du paramètre * {@code orientation} spécifié à cette méthode. La valeur {@link #HORIZONTAL} signifie que l'axe des <var>x</var> * de la parabole sera toujours horizontal. La courbe quadratique produite ressemblera alors à une parabole classique * telle qu'on en voit dans les ouvrages de mathématiques élémentaires. La valeur {@link #PARALLEL} indique plutôt que * l'axe des <var>x</var> de la parabole doit être parallèle à la droite joignant les points {@code (x0,y0)} et * {@code (x2,y2)}. Ce dernier type produira le même résultat que {@link #HORIZONTAL} si {@code y0==y2}. * * @param x0 <var>x</var> value of the first point. * @param y0 <var>y</var> value of the first point. * @param x1 <var>x</var> value of the second point. * @param y1 <var>y</var> value of the second point. * @param x2 <var>x</var> value of the third point. * @param y2 <var>y</var> value of the third point. * @param orientation Orientation de l'axe des <var>x</var> de la parabole: {@link #PARALLEL} ou {@link #HORIZONTAL}. * @return Une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. La courbe commencera au point {@code (x0,y0)} * et se terminera au point {@code (x2,y2)}. Si deux points ont des coordonnées presque identiques, ou si les * trois points sont colinéaires, alors cette méthode retourne {@code null}. * @throws IllegalArgumentException si l'argument {@code orientation} n'est pas une des constantes valides. */ public static QuadCurve2D fitParabol(final double x0, final double y0, final double x1, final double y1, final double x2, final double y2, final int orientation) throws IllegalArgumentException { final Point2D p = parabolicControlPoint(x0, y0, x1, y1, x2, y2, orientation, null); return (p != null) ? new QuadCurve2D.Double(x0, y0, p.getX(), p.getY(), x2, y2) : null; } /** * Retourne le point de contrôle d'une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. * Il peut exister une infinité de courbes quadratiques passant par trois points. On peut voir * les choses en disant qu'une courbe quadratique correspond à une parabole produite par une * équation de la forme <code>y=ax²+bx+c</code>, mais que l'axe des <var>x</var> de cette * équation n'est pas nécessairement horizontal. La direction de cet axe des <var>x</var> dépend * du paramètre {@code orientation} spécifié à cette méthode. La valeur {@link #HORIZONTAL} * signifie que l'axe des <var>x</var> de la parabole sera toujours horizontal. La courbe * quadratique produite ressemblera alors à une parabole classique telle qu'on en voit dans les * ouvrages de mathématiques élémentaires. La valeur {@link #PARALLEL} indique plutôt que l'axe * des <var>x</var> de la parabole doit être parallèle à la droite joignant les points * {@code (x0,y0)} et {@code (x2,y2)}. Ce dernier type produira le même résultat que * {@link #HORIZONTAL} si {@code y0==y2}. * * @param x0 <var>x</var> value of the first point. * @param y0 <var>y</var> value of the first point. * @param x1 <var>x</var> value of the second point. * @param y1 <var>y</var> value of the second point. * @param x2 <var>x</var> value of the third point. * @param y2 <var>y</var> value of the third point. * @param orientation Orientation de l'axe des <var>x</var> de la parabole: {@link #PARALLEL} * ou {@link #HORIZONTAL}. * @param dest Where to store the control point. * @return Le point de contrôle d'une courbe quadratique passant par les trois points spécifiés. * La courbe commencera au point {@code (x0,y0)} et se terminera au point {@code (x2,y2)}. * Si deux points ont des coordonnées presque identiques, ou si les trois points sont * colinéaires, alors cette méthode retourne {@code null}. * @throws IllegalArgumentException si l'argument {@code orientation} n'est pas une des * constantes valides. */ public static Point2D parabolicControlPoint(final double x0, final double y0, double x1, double y1, double x2, double y2, final int orientation, final Point2D dest) throws IllegalArgumentException { /* * Applique une translation de façon à ce que (x0,y0) * devienne l'origine du système d'axes. Il ne faudra * plus utiliser (x0,y0) avant la fin de ce code. */ x1 -= x0; y1 -= y0; x2 -= x0; y2 -= y0; switch (orientation) { case PARALLEL: { /* * Applique une rotation de façon à ce que (x2,y2) * tombe sur l'axe des x, c'est-à-dire que y2=0. */ final double rx2 = x2; final double ry2 = y2; x2 = hypot(x2,y2); y2 = (x1*rx2 + y1*ry2) / x2; // use 'y2' as a temporary variable for 'x1' y1 = (y1*rx2 - x1*ry2) / x2; x1 = y2; y2 = 0; /* * Calcule maintenant les coordonnées du point * de contrôle selon le nouveau système d'axes. */ final double x = 0.5; // Really "x/x2" final double y = (y1*x*x2) / (x1*(x2-x1)); // Really "y/y2" final double check = abs(y); if (!(check <= 1/EPS)) return null; // Deux points ont les mêmes coordonnées. if (!(check >= EPS)) return null; // Les trois points sont colinéaires. /* * Applique une rotation inverse puis une translation pour * ramener le système d'axe dans sa position d'origine. */ x1 = (x*rx2 - y*ry2) + x0; y1 = (y*rx2 + x*ry2) + y0; break; } case HORIZONTAL: { final double a = (y2 - y1*x2/x1) / (x2-x1); // Really "a*x2" final double check = abs(a); if (!(check <= 1/EPS)) return null; // Deux points ont les mêmes coordonnées. if (!(check >= EPS)) return null; // Les trois points sont colinéaires. final double b = y2/x2 - a; x1 = (1 + b/(2*a))*x2 - y2/(2*a); y1 = y0 + b*x1; x1 += x0; break; } default: throw new IllegalArgumentException(); } if (dest != null) { dest.setLocation(x1,y1); return dest; } else { return new Point2D.Double(x1,y1); } } /** * Retourne un cercle qui passe par chacun des trois points spécifiés. * * @param P1 The first point. * @param P2 The second point. * @param P3 The third point. * @return A circle passing by the given points. */ public static Ellipse2D fitCircle(final Point2D P1, final Point2D P2, final Point2D P3) { final Point2D center = circleCentre(P1.getX(), P1.getY(), P2.getX(), P2.getY(), P3.getX(), P3.getY()); final double radius = center.distance(P2); return new Ellipse2D.Double(center.getX()-radius, center.getY()-radius, 2*radius, 2*radius); } /** * Retourne la coordonnée centrale d'un cercle passant * pas les trois points spécifiés. La distance entre * le point retourné et n'importe quel des points * (<var>x</var><sub>1</sub>,<var>y</var><sub>1</sub>), * (<var>x</var><sub>2</sub>,<var>y</var><sub>2</sub>), * (<var>x</var><sub>3</sub>,<var>y</var><sub>3</sub>) * sera constante; ce sera le rayon d'un cercle centré * au point retourné et passant par les trois points * spécifiés. * * @param x1 <var>x</var> value of the first point. * @param y1 <var>y</var> value of the first point. * @param x2 <var>x</var> value of the second point. * @param y2 <var>y</var> value of the second point. * @param x3 <var>x</var> value of the third point. * @param y3 <var>y</var> value of the third point. * @return A circle passing by the given points. */ public static Point2D circleCentre(double x1, double y1, double x2, double y2, double x3, double y3) { x2 -= x1; x3 -= x1; y2 -= y1; y3 -= y1; final double sq2 = (x2*x2 + y2*y2); final double sq3 = (x3*x3 + y3*y3); final double x = (y2*sq3 - y3*sq2) / (y2*x3 - y3*x2); return new Point2D.Double(x1 + 0.5*x, y1 + 0.5*(sq2 - x*x2)/y2); } /** * Tente de remplacer la forme géométrique {@code path} par une des formes standards * de Java2D. Par exemple, si {@code path} ne contient qu'un simple segment de droite * ou une courbe quadratique, alors cette méthode retournera un objet {@link Line2D} ou * {@link QuadCurve2D} respectivement. * * @param path Forme géométrique à simplifier (généralement un objet {@link GeneralPath}). * @return Forme géométrique standard, ou {@code path} si aucun remplacement n'est proposé. */ public static Shape toPrimitive(final Shape path) { final float[] buffer = new float[6]; final PathIterator it = path.getPathIterator(null); if (!it.isDone() && it.currentSegment(buffer) == PathIterator.SEG_MOVETO && !it.isDone()) { final float x1 = buffer[0]; final float y1 = buffer[1]; final int code = it.currentSegment(buffer); if (it.isDone()) { switch (code) { case PathIterator.SEG_LINETO: return new Line2D.Float(x1,y1, buffer[0],buffer[1]); case PathIterator.SEG_QUADTO: return new QuadCurve2D.Float(x1,y1, buffer[0],buffer[1], buffer[2],buffer[3]); case PathIterator.SEG_CUBICTO: return new CubicCurve2D.Float(x1,y1, buffer[0],buffer[1], buffer[2],buffer[3], buffer[4],buffer[5]); } } } return path; } /** * Returns a suggested value for the {@code flatness} argument in * {@link Shape#getPathIterator(AffineTransform,double)} for the specified shape. * * @param shape The shape for which to compute a flatness factor. * @return The suggested flatness factor. */ public static double getFlatness(final Shape shape) { final Rectangle2D bounds = shape.getBounds2D(); final double dx = bounds.getWidth(); final double dy = bounds.getHeight(); return max(0.025 * min(dx, dy), 0.001 * max(dx, dy)); } }