第3章_布尔运算操作

第三章布尔运算操作（C#版）

3.1 引言

布尔运算是Clipper2最核心的功能之一，它允许我们对多边形进行交集、并集、差集和异或等操作。这些操作在计算机图形学、CAD设计、GIS分析等领域有着广泛的应用。本章将深入介绍Clipper2 C#版本中布尔运算的原理、使用方法和最佳实践。

3.2 布尔运算的基本概念

3.2.1 什么是布尔运算

布尔运算源自数学中的集合论，用于组合两个或多个几何形状。在二维几何中，布尔运算主要包括四种基本操作：

交集（Intersection）

交集运算返回两个多边形的重叠区域。只有同时属于两个输入多边形的点才会出现在结果中。

数学表示：A ∩ B

应用场景：

计算两个区域的公共部分
视野裁剪
碰撞检测的精确区域

并集（Union）

并集运算将两个多边形合并为一个，得到它们的完整覆盖区域。

数学表示：A ∪ B

应用场景：

合并相邻区域
创建复合形状
地块合并

差集（Difference）

差集运算从第一个多边形中减去第二个多边形的区域。

数学表示：A - B 或 A \ B

应用场景：

从形状中切除区域
创建孔洞
遮罩效果

异或（XOR）

异或运算返回两个多边形不重叠的区域，即只属于其中一个多边形的部分。

数学表示：A ⊕ B 或 (A ∪ B) - (A ∩ B)

应用场景：

检测变化区域
创建环形效果
对称差运算

3.2.2 主体与裁剪

在Clipper2中，参与布尔运算的多边形被分为两类：

主体（Subject）：布尔运算的主要对象，差集运算中被减去的一方

裁剪（Clip）：用于与主体进行运算的多边形，差集运算中作为"刀"的一方

using Clipper2Lib;

class SubjectClipExample
{
    static void Main()
    {
        Paths64 subject = new Paths64();  // 主体多边形
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        Paths64 clip = new Paths64();     // 裁剪多边形
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));

        // 对于交集、并集、异或，subject和clip的顺序不影响结果
        // 对于差集，subject - clip 和 clip - subject 的结果不同
    }
}

3.2.3 填充规则的作用

填充规则决定了多边形的哪些区域被认为是"内部"。这对于处理自交多边形和复杂的嵌套结构至关重要。

Clipper2支持四种填充规则：

public enum FillRule
{
    EvenOdd,   // 偶奇规则
    NonZero,   // 非零规则
    Positive,  // 正数规则
    Negative   // 负数规则
}

详细的填充规则说明请参见第一章。

3.3 使用简化API进行布尔运算

Clipper2提供了一组简化的静态函数，可以用一行代码完成布尔运算。

3.3.1 交集运算

using System;
using Clipper2Lib;

class IntersectionExample
{
    static void Main()
    {
        // 创建两个相交的正方形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));
        
        // 执行交集运算
        Paths64 result = Clipper.Intersect(subject, clip, FillRule.NonZero);
        
        // result 包含一个50x50的正方形：(50,50) → (100,50) → (100,100) → (50,100)
        Console.WriteLine($"交集结果包含 {result.Count} 个多边形");
        
        foreach (Path64 path in result)
        {
            Console.Write("顶点: ");
            foreach (Point64 pt in path)
            {
                Console.Write($"({pt.X},{pt.Y}) ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}

3.3.2 并集运算

using Clipper2Lib;

class UnionExample
{
    static void Main()
    {
        // 合并两个正方形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));

        Paths64 result = Clipper.Union(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // result 包含一个L形多边形，覆盖两个正方形的区域
        
        Console.WriteLine($"并集结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}
**单一集合的并集**

对于只有主体多边形（没有裁剪多边形）的情况，Union函数可以用于：
- 合并重叠的多边形
- 简化自交多边形
- 分解复杂多边形为简单多边形

```csharp
using Clipper2Lib;

class UnionSingleSetExample
{
    static void Main()
    {
        // 合并多个重叠的多边形
        Paths64 circles = new Paths64();
        circles.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 50, 0, 50, 50, 0, 50 }));
        circles.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 40, 0, 90, 0, 90, 50, 40, 50 }));
        circles.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 80, 0, 130, 0, 130, 50, 80, 50 }));

        // 使用单参数版本的Union
        Paths64 merged = Clipper.Union(circles, FillRule.NonZero);
        Console.WriteLine($"合并后结果包含 {merged.Count} 个多边形");
    }
}

3.3.3 差集运算

using Clipper2Lib;

class DifferenceExample
{
    static void Main()
    {
        // 从大正方形中减去小正方形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 25, 25, 75, 25, 75, 75, 25, 75 }));

        Paths64 result = Clipper.Difference(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // result 包含一个带有中心孔洞的正方形
        Console.WriteLine($"差集结果包含 {result.Count} 个路径");

        // 注意：差集运算的顺序很重要
        // subject - clip ≠ clip - subject
        Paths64 result2 = Clipper.Difference(clip, subject, FillRule.NonZero);
        // result2 是空的，因为clip完全在subject内部
        Console.WriteLine($"反向差集结果包含 {result2.Count} 个路径");
    }
}

3.3.4 异或运算

using Clipper2Lib;

class XorExample
{
    static void Main()
    {
        // 两个部分重叠的正方形进行异或运算
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));

        Paths64 result = Clipper.Xor(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // result 包含两个L形区域
        Console.WriteLine($"异或结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}

3.3.5 使用浮点数坐标

对于浮点数坐标，可以使用PathsD类型：

using Clipper2Lib;

class FloatCoordinatesExample
{
    static void Main()
    {
        // 使用浮点数坐标
        PathsD subject = new PathsD();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new double[] { 0.0, 0.0, 10.5, 0.0, 10.5, 10.5, 0.0, 10.5 }));

        PathsD clip = new PathsD();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new double[] { 5.25, 5.25, 15.75, 5.25, 15.75, 15.75, 5.25, 15.75 }));

        // 第四个参数指定精度（小数位数）
        PathsD result = Clipper.Intersect(subject, clip, FillRule.NonZero, 2);
        Console.WriteLine($"结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}

3.4 使用Clipper类进行高级控制

对于需要更多控制的场景，可以使用Clipper64或ClipperD类。

3.4.1 Clipper64类

using System;
using Clipper2Lib;

class Clipper64Example
{
    static void Main()
    {
        Clipper64 clipper = new Clipper64();
        
        // 添加主体多边形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        clipper.AddSubject(subject);
        
        // 添加裁剪多边形
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));
        clipper.AddClip(clip);
        
        // 执行布尔运算
        Paths64 result = new Paths64();
        clipper.Execute(ClipType.Intersection, FillRule.NonZero, result);
        
        Console.WriteLine($"结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}

3.4.2 ClipType枚举

public enum ClipType
{
    None,
    Intersection,
    Union,
    Difference,
    Xor
}

3.4.3 添加开放路径

除了闭合的多边形，Clipper2还支持开放的折线：

using Clipper2Lib;

class OpenPathExample
{
    static void Main()
    {
        Clipper64 clipper = new Clipper64();

        // 添加闭合的主体多边形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        clipper.AddSubject(subject);

        // 添加开放的主体折线
        Paths64 subjectOpen = new Paths64();
        subjectOpen.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 50, 150, 50 }));  // 一条水平线
        clipper.AddOpenSubject(subjectOpen);

        // 添加裁剪多边形
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 25, 25, 75, 25, 75, 75, 25, 75 }));
        clipper.AddClip(clip);

        // 执行运算并分别获取闭合和开放结果
        Paths64 closedResult = new Paths64();
        Paths64 openResult = new Paths64();
        clipper.Execute(ClipType.Difference, FillRule.NonZero, closedResult, openResult);
        // closedResult 包含裁剪后的多边形
        // openResult 包含裁剪后的折线
        
        Console.WriteLine($"闭合路径结果: {closedResult.Count} 个");
        Console.WriteLine($"开放路径结果: {openResult.Count} 个");
    }
}

3.4.4 使用PolyTree输出

当需要保留多边形的层次结构时，使用PolyTree输出：

using Clipper2Lib;

class PolyTreeOutputExample
{
    static void Main()
    {
        Clipper64 clipper = new Clipper64();
        
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        clipper.AddSubject(subject);
        
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 25, 25, 75, 25, 75, 75, 25, 75 }));
        clipper.AddClip(clip);

        // 使用PolyTree输出
        PolyTree64 tree = new PolyTree64();
        Paths64 openPaths = new Paths64();
        clipper.Execute(ClipType.Intersection, FillRule.NonZero, tree, openPaths);

        // 遍历PolyTree获取层次结构
        for (int i = 0; i < tree.Count; i++)
        {
            PolyPath64 child = tree[i];
            if (!child.IsHole)
            {
                // 这是一个外边界多边形
                Path64 exterior = child.Polygon;
                Console.WriteLine($"外边界多边形顶点数: {exterior.Count}");
                
                // 获取其孔洞
                for (int j = 0; j < child.Count; j++)
                {
                    Path64 holePath = child[j].Polygon;
                    Console.WriteLine($"  孔洞顶点数: {holePath.Count}");
                }
            }
        }
    }
}

3.4.5 复用Clipper对象

在循环中复用Clipper对象可以提高性能：

using Clipper2Lib;

class ReuseClipperExample
{
    static void Main()
    {
        Clipper64 clipper = new Clipper64();
        
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));

        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            // 清空之前的数据，但保留已分配的内存
            clipper.Clear();
            
            // 添加新的多边形
            Paths64 subject = new Paths64();
            subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { i, 0, i + 100, 0, i + 100, 100, i, 100 }));
            
            clipper.AddSubject(subject);
            clipper.AddClip(clip);
            
            // 执行运算
            Paths64 result = new Paths64();
            clipper.Execute(ClipType.Intersection, FillRule.NonZero, result);
            
            // 处理结果...
        }
    }
}

3.5 处理复杂多边形

3.5.1 带孔洞的多边形

using Clipper2Lib;

class PolygonWithHoleExample
{
    static void Main()
    {
        // 创建一个带孔洞的多边形
        Paths64 subject = new Paths64();
        // 外边界（逆时针方向）
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        // 孔洞（顺时针方向）
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 25, 25, 25, 75, 75, 75, 75, 25 }));

        // 裁剪多边形
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 0, 150, 0, 150, 100, 50, 100 }));

        // 执行交集运算
        Paths64 result = Clipper.Intersect(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // 结果会正确处理孔洞
        
        Console.WriteLine($"结果包含 {result.Count} 个路径");
    }
}

3.5.2 自交多边形

自交多边形是指边界与自身相交的多边形。不同的填充规则会产生不同的结果：

using Clipper2Lib;

class SelfIntersectingExample
{
    static void Main()
    {
        // 创建一个8字形的自交多边形
        Paths64 figure8 = new Paths64();
        figure8.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 100, 100, 0, 0, 100 }));

        // 使用NonZero规则 - 两个半部分都被填充
        Paths64 resultNonZero = Clipper.Union(figure8, FillRule.NonZero);
        Console.WriteLine($"NonZero规则结果: {resultNonZero.Count} 个多边形");

        // 使用EvenOdd规则 - 中间交叉点处会有孔洞
        Paths64 resultEvenOdd = Clipper.Union(figure8, FillRule.EvenOdd);
        Console.WriteLine($"EvenOdd规则结果: {resultEvenOdd.Count} 个多边形");
    }
}

3.5.3 多个分离的多边形

using Clipper2Lib;

class MultiplePolygonsExample
{
    static void Main()
    {
        // 主体包含多个分离的多边形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 50, 0, 50, 50, 0, 50 }));
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 100, 0, 150, 0, 150, 50, 100, 50 }));
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 200, 0, 250, 0, 250, 50, 200, 50 }));

        // 裁剪多边形跨越多个主体
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 25, -25, 225, -25, 225, 75, 25, 75 }));

        // 交集运算会正确处理每个主体
        Paths64 result = Clipper.Intersect(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // result 包含3个多边形
        Console.WriteLine($"结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}

3.5.4 重叠的边

当两个多边形有共享的边时，Clipper2能够正确处理：

using Clipper2Lib;

class OverlappingEdgesExample
{
    static void Main()
    {
        // 两个共享一条边的正方形
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 100, 0, 200, 0, 200, 100, 100, 100 }));
        // clip的左边与subject的右边重合

        // 并集运算会正确合并它们
        Paths64 result = Clipper.Union(subject, clip, FillRule.NonZero);
        // result 是一个200x100的矩形
        Console.WriteLine($"结果包含 {result.Count} 个多边形");
    }
}

3.6 布尔运算的性能优化

3.6.1 减少顶点数量

顶点数量是影响性能的主要因素。可以使用路径简化来减少顶点：

using Clipper2Lib;

class SimplifyExample
{
    static void Main()
    {
        Paths64 complexPaths = new Paths64();
        // ... 添加复杂路径
        
        Paths64 clip = new Paths64();
        clip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));
        
        // 在布尔运算前简化路径
        PathsD complexPathsD = Clipper.Paths64ToPathsD(complexPaths);
        PathsD simplified = Clipper.SimplifyPaths(complexPathsD, 2.0);
        Paths64 simplifiedPaths = Clipper.PathsDToPaths64(simplified);
        
        Paths64 result = Clipper.Intersect(simplifiedPaths, clip, FillRule.NonZero);
    }
}

3.6.2 使用矩形裁剪

当裁剪区域是矩形时，使用专门的RectClip函数：

using Clipper2Lib;

class RectClipPerformanceExample
{
    static void Main()
    {
        Paths64 subject = new Paths64();
        subject.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 200, 0, 200, 200, 0, 200 }));
        
        // 常规布尔运算裁剪
        Paths64 clipPolygon = new Paths64();
        clipPolygon.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, 50, 150, 50, 150, 150, 50, 150 }));
        Paths64 result1 = Clipper.Intersect(subject, clipPolygon, FillRule.NonZero);

        // 使用优化的矩形裁剪
        Rect64 clipRect = new Rect64(50, 50, 150, 150);
        Paths64 result2 = Clipper.RectClip(clipRect, subject);
        // result2 与 result1 相同，但速度更快
    }
}

3.6.3 批量处理

对于大量相同裁剪区域的操作，可以复用Clipper对象：

using Clipper2Lib;

class BatchProcessingExample
{
    static void ProcessBatch(List<Paths64> subjects, Paths64 clip)
    {
        Clipper64 clipper = new Clipper64();

        foreach (Paths64 subject in subjects)
        {
            clipper.Clear();
            clipper.AddClip(clip);
            clipper.AddSubject(subject);
            
            Paths64 result = new Paths64();
            clipper.Execute(ClipType.Intersection, FillRule.NonZero, result);
            
            // 处理结果...
        }
    }
}

3.6.4 多线程处理

Clipper2的Clipper对象不是线程安全的，但可以在不同线程中使用不同的Clipper实例：

using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections.Generic;
using Clipper2Lib;

class MultiThreadExample
{
    static void ProcessInParallel(List<Paths64> allSubjects, Paths64 clip)
    {
        int processorCount = Environment.ProcessorCount;
        
        Parallel.ForEach(allSubjects, subject =>
        {
            // 每个任务有自己的Clipper实例
            Clipper64 clipper = new Clipper64();
            clipper.AddSubject(subject);
            clipper.AddClip(clip);
            
            Paths64 result = new Paths64();
            clipper.Execute(ClipType.Intersection, FillRule.NonZero, result);
            
            // 处理结果...
        });
    }
}

3.7 布尔运算的常见问题

3.7.1 结果为空

问题：执行布尔运算后结果为空。

可能的原因：

两个多边形不相交（对于交集运算）
多边形的方向不正确
坐标精度问题

解决方法：

using Clipper2Lib;

class EmptyResultTroubleshooting
{
    static void DiagnoseEmptyResult(Paths64 subject, Paths64 clip)
    {
        // 检查多边形是否有效
        bool valid = subject.Count > 0 && clip.Count > 0;
        Console.WriteLine($"多边形有效: {valid}");

        // 检查边界框是否相交
        Rect64 subjectBounds = Clipper.GetBounds(subject);
        Rect64 clipBounds = Clipper.GetBounds(clip);
        
        bool mayIntersect = !(subjectBounds.right < clipBounds.left || 
                              clipBounds.right < subjectBounds.left ||
                              subjectBounds.bottom < clipBounds.top ||
                              clipBounds.bottom < subjectBounds.top);
        Console.WriteLine($"边界框可能相交: {mayIntersect}");

        // 确保多边形方向正确
        for (int i = 0; i < subject.Count; i++)
        {
            bool isPositive = Clipper.IsPositive(subject[i]);
            Console.WriteLine($"Subject[{i}] 是正方向: {isPositive}");
        }
    }
}

3.7.2 意外的孔洞

问题：并集运算后出现意外的孔洞。

原因：填充规则与多边形方向不匹配。

解决方法：

using Clipper2Lib;

class UnexpectedHolesSolution
{
    static Paths64 UnionWithCorrectOrientation(Paths64 paths)
    {
        // 使用EvenOdd规则时，方向不重要
        Paths64 result1 = Clipper.Union(paths, FillRule.EvenOdd);

        // 或者使用NonZero规则并确保方向一致
        Paths64 correctedPaths = new Paths64();
        foreach (Path64 path in paths)
        {
            if (!Clipper.IsPositive(path))
            {
                correctedPaths.Add(Clipper.ReversePath(path));
            }
            else
            {
                correctedPaths.Add(path);
            }
        }
        Paths64 result2 = Clipper.Union(correctedPaths, FillRule.NonZero);
        
        return result2;
    }
}

3.7.3 自交多边形的处理

问题：自交多边形产生意外的结果。

解决方法：

using Clipper2Lib;

class SelfIntersectionHandling
{
    static Paths64 SimplifySelfIntersecting(Paths64 selfIntersecting)
    {
        // 使用Union简化自交多边形
        Paths64 simplified = Clipper.Union(selfIntersecting, FillRule.NonZero);
        return simplified;
    }

3.7.4 精度损失

问题：浮点数转换导致精度损失。

解决方法：

using Clipper2Lib;

class PrecisionHandling
{
    static void HandlePrecision()
    {
        // 使用足够大的缩放因子
        double scale = 1000000.0;  // 6位小数精度

        PathsD subjectD = new PathsD();
        subjectD.Add(Clipper.MakePath(new double[] { 0.0, 0.0, 10.123456, 0.0, 10.123456, 10.123456, 0.0, 10.123456 }));
        
        PathsD clipD = new PathsD();
        clipD.Add(Clipper.MakePath(new double[] { 5.0, 5.0, 15.0, 5.0, 15.0, 15.0, 5.0, 15.0 }));

        // 手动缩放
        Paths64 scaledSubject = Clipper.ScalePaths64(subjectD, scale);
        Paths64 scaledClip = Clipper.ScalePaths64(clipD, scale);

        Paths64 result = Clipper.Intersect(scaledSubject, scaledClip, FillRule.NonZero);

        // 缩放回原始尺寸
        PathsD resultD = Clipper.ScalePathsD(result, 1.0 / scale);
    }
}

3.8 实际应用示例

3.8.1 创建复合形状

using Clipper2Lib;

class CompositeShapeExample
{
    static Path64 MakeCircle(Point64 center, int radius, int segments = 32)
    {
        Path64 circle = new Path64();
        for (int i = 0; i < segments; i++)
        {
            double angle = 2 * Math.PI * i / segments;
            circle.Add(new Point64(
                center.X + (long)(radius * Math.Cos(angle)),
                center.Y + (long)(radius * Math.Sin(angle))
            ));
        }
        return circle;
    }
    
    static void Main()
    {
        // 创建圆形
        Paths64 circle = new Paths64();
        circle.Add(MakeCircle(new Point64(100, 100), 80));

        // 创建内部小圆
        Paths64 innerCircle = new Paths64();
        innerCircle.Add(MakeCircle(new Point64(100, 100), 40));

        Paths64 result = Clipper.Difference(circle, innerCircle, FillRule.NonZero);
        // result 是一个圆环
        Console.WriteLine($"圆环包含 {result.Count} 个路径");
    }
}

3.8.2 区域合并

using Clipper2Lib;

class RegionMergeExample
{
    static void Main()
    {
        // 合并多个重叠的区域
        Paths64 regions = new Paths64();
        regions.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));
        regions.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 80, 0, 180, 0, 180, 100, 80, 100 }));
        regions.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 160, 0, 260, 0, 260, 100, 160, 100 }));

        Paths64 merged = Clipper.Union(regions, FillRule.NonZero);
        // merged 是一个连续的区域
        Console.WriteLine($"合并后: {merged.Count} 个多边形");
    }
}

3.8.3 遮罩裁剪

using Clipper2Lib;

class MaskClipExample
{
    static void Main()
    {
        // 使用遮罩裁剪图像区域
        Paths64 image = new Paths64();
        image.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 800, 0, 800, 600, 0, 600 }));

        Paths64 mask = new Paths64();
        mask.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 100, 100, 700, 100, 700, 500, 100, 500 }));
        // 添加一个孔洞
        mask.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 200, 200, 200, 400, 600, 400, 600, 200 }));

        Paths64 result = Clipper.Intersect(image, mask, FillRule.NonZero);
        // result 是带有中心孔洞的遮罩区域
        Console.WriteLine($"遮罩裁剪结果: {result.Count} 个路径");
    }
}

3.8.4 地块拆分

using Clipper2Lib;

class ParcelSplitExample
{
    static void Main()
    {
        // 用一条线将地块拆分为两部分
        Paths64 parcel = new Paths64();
        parcel.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 0, 0, 100, 0, 100, 100, 0, 100 }));

        // 创建一个非常薄的矩形作为分割线
        Paths64 splitLine = new Paths64();
        splitLine.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 50, -10, 51, -10, 51, 110, 50, 110 }));

        // 左半部分裁剪区域
        Paths64 leftClip = new Paths64();
        leftClip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { -10, -10, 50, -10, 50, 110, -10, 110 }));

        // 右半部分裁剪区域
        Paths64 rightClip = new Paths64();
        rightClip.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 51, -10, 110, -10, 110, 110, 51, 110 }));

        Paths64 left = Clipper.Intersect(parcel, leftClip, FillRule.NonZero);
        Paths64 right = Clipper.Intersect(parcel, rightClip, FillRule.NonZero);
        
        Console.WriteLine($"左半部分: {left.Count} 个多边形");
        Console.WriteLine($"右半部分: {right.Count} 个多边形");
    }
}

3.8.5 碰撞区域计算

using Clipper2Lib;

class CollisionDetectionExample
{
    static Paths64 GetObjectBounds(Point64 position, int size)
    {
        Paths64 bounds = new Paths64();
        bounds.Add(Clipper.MakePath(new long[] { 
            position.X, position.Y, 
            position.X + size, position.Y, 
            position.X + size, position.Y + size, 
            position.X, position.Y + size 
        }));
        return bounds;
    }
    
    static void Main()
    {
        // 计算两个移动物体的碰撞区域
        Paths64 objectA = GetObjectBounds(new Point64(0, 0), 100);
        Paths64 objectB = GetObjectBounds(new Point64(50, 50), 100);

        Paths64 collision = Clipper.Intersect(objectA, objectB, FillRule.NonZero);
        if (collision.Count > 0)
        {
            // 发生碰撞
            double collisionArea = Clipper.Area(collision);
            Console.WriteLine($"碰撞面积: {collisionArea}");
            // 根据碰撞面积决定反应
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("未发生碰撞");
        }
    }
}

3.9 与其他库的比较

3.9.1 与NetTopologySuite的比较

特性	Clipper2	NetTopologySuite
精度	整数运算，精确	浮点运算，可能有误差
性能	非常快	较快
鲁棒性	极佳	良好
拓扑处理	需要后处理	内置
曲线支持	无	有
.NET集成	NuGet包	NuGet包

3.9.2 与其他C#几何库的比较

特性	Clipper2	其他库
学习曲线	简单	各异
依赖	无	各异
精度	64位整数	各异
功能范围	2D多边形裁剪	综合几何功能
许可证	Boost	各异

3.10 算法原理简介

Clipper2使用改进的Vatti算法进行布尔运算。这里简要介绍其工作原理。

3.10.1 扫描线算法

Vatti算法是一种扫描线算法。它通过一条水平扫描线从下向上扫过所有的多边形，在扫描过程中维护当前扫描线与多边形边的交点。

          y
          ↑
          |     ┌────────┐
          |     │        │
扫描线 ───┼─────┼────────┼───→
          |     │   ∩    │
          |  ┌──┴────────┴──┐
          |  │              │
          └──┴──────────────┴────→ x

3.10.2 事件处理

算法在以下事件点进行处理：

顶点事件：扫描线遇到多边形顶点
交点事件：两条边相交

3.10.3 活动边列表

算法维护一个"活动边列表"（Active Edge List），包含当前与扫描线相交的所有边。随着扫描线移动，边被添加或移除。

// 伪代码示意
while (eventQueue.Count > 0)
{
    Event evt = eventQueue.Dequeue();
    
    if (evt.Type == EventType.Vertex)
    {
        // 处理顶点事件
        UpdateActiveEdges(evt.Vertex);
    }
    else if (evt.Type == EventType.Intersection)
    {
        // 处理交点事件
        SwapEdges(evt.Edge1, evt.Edge2);
    }
    
    // 根据填充规则和裁剪类型决定输出
    DetermineOutput(activeEdges, clipType, fillRule);
}

3.11 本章小结

本章我们深入学习了Clipper2 C#版本的布尔运算功能：

基本概念：交集、并集、差集、异或四种运算类型
简化API：Clipper.Intersect、Clipper.Union、Clipper.Difference、Clipper.Xor静态方法
Clipper类：Clipper64和ClipperD提供更多控制选项
复杂多边形处理：孔洞、自交、重叠边的处理
性能优化：路径简化、矩形裁剪、批量处理、多线程
常见问题：结果为空、意外孔洞、自交处理、精度损失
实际应用：复合形状、区域合并、遮罩裁剪、碰撞检测等

在下一章中，我们将学习Clipper2的另一个核心功能——多边形偏移操作。

posted @ 2025-11-29 13:40 我才是银古阅读(3) 评论(0) 收藏举报

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梦开始的地方

慢慢来会比较快！

第3章_布尔运算操作

第三章 布尔运算操作（C#版）

3.1 引言

3.2 布尔运算的基本概念

3.2.1 什么是布尔运算

3.2.2 主体与裁剪

3.2.3 填充规则的作用

3.3 使用简化API进行布尔运算

3.3.1 交集运算

3.3.2 并集运算

3.3.3 差集运算

3.3.4 异或运算

3.3.5 使用浮点数坐标

3.4 使用Clipper类进行高级控制

3.4.1 Clipper64类

3.4.2 ClipType枚举

3.4.3 添加开放路径

3.4.4 使用PolyTree输出

3.4.5 复用Clipper对象

3.5 处理复杂多边形

3.5.1 带孔洞的多边形

3.5.2 自交多边形

3.5.3 多个分离的多边形

3.5.4 重叠的边

3.6 布尔运算的性能优化

3.6.1 减少顶点数量

3.6.2 使用矩形裁剪

3.6.3 批量处理

3.6.4 多线程处理

3.7 布尔运算的常见问题

3.7.1 结果为空

3.7.2 意外的孔洞

3.7.3 自交多边形的处理

3.7.4 精度损失

3.8 实际应用示例

3.8.1 创建复合形状

3.8.2 区域合并

3.8.3 遮罩裁剪

3.8.4 地块拆分

3.8.5 碰撞区域计算

3.9 与其他库的比较

3.9.1 与NetTopologySuite的比较

3.9.2 与其他C#几何库的比较

3.10 算法原理简介

3.10.1 扫描线算法

3.10.2 事件处理

3.10.3 活动边列表

3.11 本章小结

公告

第三章布尔运算操作（C#版）