Erzeugen eines gefüllten Polygons in einem numplien Array

Question

Ich suche nach einem Weg, um ein gefülltes Polygon in ein numpliges Array zu zeichnen, basierend auf einer Menge Polygonscheitelpunkte. Ich würde lieber so wenige externe Bibliotheken wie möglich verwenden.

Zum Beispiel: Ich habe eine 20x20 numpy Array und ich möchte die Region von Punkten (3,12), (8,18), (13,14), (11,6) und (4, 6) mit 1,0 gefüllt werden, während der Rest des Arrays 0,0 enthält

Answer 1

Die folgende Lösung erfordert nur numpy. Es funktioniert für Scheitelpunkte (definiert im Uhrzeigersinn im Koordinatensystem [Row, Column]) für konvexe Polygone. Konkave Polygone funktionieren, werden aber die hervorstehenden Punkte abschneiden.

import numpy as np 

def check(p1, p2, base_array): 
    """ 
    Uses the line defined by p1 and p2 to check array of 
    input indices against interpolated value 

    Returns boolean array, with True inside and False outside of shape 
    """ 
    idxs = np.indices(base_array.shape) # Create 3D array of indices 

    p1 = p1.astype(float) 
    p2 = p2.astype(float) 

    # Calculate max column idx for each row idx based on interpolated line between two points 
    max_col_idx = (idxs[0] - p1[0])/(p2[0] - p1[0]) * (p2[1] - p1[1]) + p1[1]  
    sign = np.sign(p2[0] - p1[0]) 
    return idxs[1] * sign <= max_col_idx * sign 

def create_polygon(shape, vertices): 
    """ 
    Creates np.array with dimensions defined by shape 
    Fills polygon defined by vertices with ones, all other values zero""" 
    base_array = np.zeros(shape, dtype=float) # Initialize your array of zeros 

    fill = np.ones(base_array.shape) * True # Initialize boolean array defining shape fill 

    # Create check array for each edge segment, combine into fill array 
    for k in range(vertices.shape[0]): 
     fill = np.all([fill, check(vertices[k-1], vertices[k], base_array)], axis=0) 

    # Set all values inside polygon to one 
    base_array[fill] = 1 

    return base_array 


# (Row, Col) Vertices of Polygon (Defined Clockwise) 
vertices = np.array([ 
    [5,12], 
    [8,18], 
    [13,14], 
    [11,6], 
    [4,6], 
]) 

polygon_array = create_polygon([20,20], vertices) 

# This section prints numbers at each vertex for visual check, just comment out 
# to print an array of only zeros and ones 
for n, vertex in enumerate(vertices): 
    polygon_array[vertex[0],vertex[1]] = 10*(n+1) 

# Simple routine to print the final array 
for row in polygon_array.tolist(): 
    for c in row: 
     print '{:4.1f}'.format(c), 
    print ''