Вычислить площадь полилинии?

Question

Привет, товарищи-тикзеры.

Есть ли пакет/хак для вычисления площади, заключенной в полилинию, например, что-то вроде этого

\draw (p1) to (p2) to (p3) to cycle;

где точки являются вершинами. Многоугольник может быть невыпуклым.

Я бы предположил, что алгоритм заполнения можно улучшить/модифицировать, чтобы он возвращал значение площади (в используемых единицах). Но у меня нет технических знаний, и, возможно, ответ уже есть.

Спасибо.

PS: отредактировано, чтобы добавить, что площадь - это просто интеграл вдоль границы

$$ \oint x dy $$

так что это очень легко вычислить. Конечно, меня интересуют не только четырехугольники, но и полилинии со многими вершинами, так что ручное вычисление становится раздражающе долгим.

Answer 1

Применение формулы шнурка с использованием Tiкz library math. В качестве примера взято сложное приложение по ссылке, указанной @Thruston.

\documentclass[margin=3mm]{standalone}

\usepackage{tikz}  
\usetikzlibrary{math}
\usepackage{tkz-euclide}
\tikzmath{
\x1 = 3; \y1 =4; 
\x2 = 5; \y2 =11; 
\x3 = 12; \y3 =8;
\x4 = 9; \y4 =5;
\x5 = 5; \y5 =6;
\Det = (\x1*\y2) + (\x2*\y3) + (\x3*\y4) + (\x4*\y5) + (\x5*\y1)-
(\x2*\y1) - (\x3*\y2) - (\x4*\y3) - (\x5*\y4) - (\x1*\y5);
\Area = abs (\Det / 2);
} 

\begin{document}

\begin{tikzpicture}
\tkzInit[xmax=13,ymax=12,xmin=0,ymin=0]
   \tkzGrid
   \tkzAxeXY

\draw[fill=gray!30](\x1,\y1)--(\x2,\y2)--(\x3,\y3)--(\x4,\y4)--(\x5,\y5)--cycle;

 \tkzText [below](6.5,-1){$A = \Area$} ;
\end{tikzpicture}

\end{document}

Answer 2

Это не должно быть слишком сложно сделать на уровне пользователя — пока вы ждете команду TikZ, вот простой способАлгоритм шнуровкисделано простоМетапост. Скомпилируйте с помощью mpostили адаптируйте lualatexдля luamplib.

prologues := 3;
outputtemplate := "%j%c.%{outputformat}";

vardef shoelace_area(expr p) = 
    for i=1 upto length p: 
        + 1/2 xpart point i of p * ypart point i+1 of p 
        - 1/2 ypart point i of p * xpart point i+1 of p 
    endfor
enddef;

beginfig(1);

    path t; t = for i=0 upto 4: 100 dir 72i -- endfor cycle;
    draw origin -- point 1 of t; label.lft(btex $R=100$ etex, 1/2 point 1 of t);
    draw t; dotlabel.rt(decimal shoelace_area(t), origin) withcolor 2/3 red;

    draw thelabel(btex $\displaystyle A = {5\over4}R^2\sqrt{5+\sqrt5\over2}$ etex, origin) scaled 3/4 shifted 30 down;
    draw thelabel(btex $A = 2.37764129 R^2$ etex, origin) scaled 3/4 shifted 54 down;

endfig;
end.

На рисунке-примере это применяется к пятиугольнику:

Как я пытался показать, это дает вам около 6 сиг. фиг. точности, используя масштабированную арифметику простого MP, и если вы примените это к чему-то гораздо большему, вы получите арифметическое переполнение. Но если вы скомпилируете с помощью, вы mpost -numbersystem doubleполучите точный ответ и гораздо меньшую вероятность переполнения: