在多边形内部生成随机点

ytkz2024-05-212024-09-09

在特定的地理区域或形状内生成随机点。这种需求很少，但在上周恰好我需要，在网上的资料又比较少，所以现在对此总结一下。

在Python中，我们可以利用numpy和shapely库来实现这一功能。

一、背景介绍

numpy是Python中用于处理大型多维数组和矩阵的库，而shapely则是一个用于处理几何对象的Python库，支持点、线、多边形等几何类型。

二、实现方法

为了实现在多边形内部生成随机点的功能，我们可以定义一个函数random_points_in_polygon，该函数接受一个多边形对象和要生成的随机点数量作为参数，并返回多边形内部的随机点列表。

函数定义：
- 首先，我们定义一个空列表points来存储生成的随机点。
- 然后，我们获取多边形的边界坐标（最小x、最小y、最大x、最大y），这些坐标将用于限定随机点的生成范围。
- 在一个循环中，我们不断生成随机点，直到生成的随机点数量达到指定的数量。
- 对于每个随机点，我们使用Polygon.contains()方法检查它是否位于多边形内部。如果是，则将其添加到points列表中。
创建多边形：
- 使用给定的顶点坐标创建一个Polygon对象。
调用函数并输出结果：
- 调用random_points_in_polygon函数，传入多边形和要生成的随机点数量。
- 打印生成的随机点。

三、代码实现

以下是完整的代码实现：

import numpy as np
from shapely.geometry import Polygon
from shapely.geometry.point import Point



# 定义函数
def random_points_in_polygon(polygon, number):
    points = []
    minx, miny, maxx, maxy = polygon.bounds
    while len(points) < number:
        pnt = Point(np.random.uniform(minx, maxx), np.random.uniform(miny, maxy))
        if polygon.contains(pnt):
            points.append(pnt)
    return points

# 定义一个多边形的顶点坐标
polygon_vertices = [(0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1)]
# 创建多边形对象
polygon = Polygon(polygon_vertices)

# 定义要生成的随机点的数量
number_of_points = 10

# 调用函数并获取结果
random_points = random_points_in_polygon(polygon, number_of_points)

# 打印结果
for point in random_points:
    print(point)

四、代码实现

random_points_in_polygon(polygon, number)：该函数生成 number 个位于 polygon 内的随机点。
points：用于存储生成的随机点。
minx, miny, maxx, maxy：多边形的边界框，用于确定生成随机点的范围。
while len(points) < number：循环生成点，直到数量达到 number。
np.random.uniform(minx, maxx) 和 np.random.uniform(miny, maxy)：生成在多边形边界框内的随机坐标。
Point()：创建一个点对象。
polygon.contains(pnt)：检查点是否在多边形内。
points.append(pnt)：如果点在多边形内，则将其添加到 points 列表中。
return points：返回生成的随机点列表。