我有一条从a到B的直线和一个半径为R的圆。
用什么算法来检查直线是否与圆相交?它在圆边的哪个坐标上?
我有一条从a到B的直线和一个半径为R的圆。
用什么算法来检查直线是否与圆相交?它在圆边的哪个坐标上?
当前回答
奇怪的是,我可以回答,但不能评论…… 我喜欢Multitaskpro的方法,它可以移动所有东西,使圆的中心落在原点上。不幸的是,他的代码中有两个问题。首先在平方根下的部分,你需要去掉双倍的幂。所以不是:
is underRadical = Math.pow((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2));
but:
under Radical = Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)) - Math.pow(b,2);
在最后的坐标中,他忘记把解移回来。所以不是:
var i1 = {x:t1,y:m*t1+b}
but:
Var i1 = {x:t1+c。x, y: m * t1 + b +陈守惠};
整个函数就变成:
function interceptOnCircle(p1, p2, c, r) {
//p1 is the first line point
//p2 is the second line point
//c is the circle's center
//r is the circle's radius
var p3 = {x:p1.x - c.x, y:p1.y - c.y}; //shifted line points
var p4 = {x:p2.x - c.x, y:p2.y - c.y};
var m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x); //slope of the line
var b = p3.y - m * p3.x; //y-intercept of line
var underRadical = Math.pow(r,2)*Math.pow(m,2) + Math.pow(r,2) - Math.pow(b,2); //the value under the square root sign
if (underRadical < 0) {
//line completely missed
return false;
} else {
var t1 = (-m*b + Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //one of the intercept x's
var t2 = (-m*b - Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //other intercept's x
var i1 = {x:t1+c.x, y:m*t1+b+c.y}; //intercept point 1
var i2 = {x:t2+c.x, y:m*t2+b+c.y}; //intercept point 2
return [i1, i2];
}
}
其他回答
虽然我认为使用线圆交点,然后检查交点是否在端点之间更好,可能更便宜,但我想添加这个更直观的解决方案。
我喜欢把这个问题想象成“香肠上的点问题”,在不改变算法的情况下,它可以在任何维度上工作。 这个解找不到交点。
以下是我想到的:
(我使用“小于”,但“小于或等于”也可以使用,这取决于我们测试的内容。)
确保Circle_Point小于到无限线的半径距离。(这里使用最喜欢的方法)。 计算从两个Segment_Points到Circle_Point的距离。 测试较大的Circle_Point-Segment_Point距离是否小于根号(Segment_Length^2+Radius^2)。 (这是从一个分段点到一个理论点的距离,也就是从另一个分段点到无限线(直角)的半径距离。见图片)。
3 t。如果为true: Circle_Point在sausage内部。 3 f。如果为false:如果较小的Circle_Point- segment_point距离小于Radius,则Circle_Point在sausage内部。
图片:最粗的线段是选定的线段,没有示例圆。有点粗糙,有些像素有点不对。
function boolean pointInSausage(sp1,sp2,r,c) {
if ( !(pointLineDist(c,sp1,sp2) < r) ) {
return false;
}
double a = dist(sp1,c);
double b = dist(sp2,c);
double l;
double s;
if (a>b) {
l = a;
s = b;
} else {
l = b;
s = a;
}
double segLength = dist(sp1,sp2);
if ( l < sqrt(segLength*segLength+r*r) ) {
return true;
}
return s < r;
}
如果发现任何问题,告诉我,我会编辑或撤回。
我发现这个解决方案似乎比其他一些解决方案更容易遵循。
采取:
p1 and p2 as the points for the line, and
c as the center point for the circle and r for the radius
我可以用斜截式来解直线方程。但是,我不想处理以c为点的复杂方程,所以我只是平移了坐标系使圆在(0,0)处
p3 = p1 - c
p4 = p2 - c
顺便说一下,当我相互减分的时候,我是在减去x再减去y,然后把它们放到一个新的点里,以防有人不知道。
不管怎样,我现在解出p3和p4的直线方程
m = (p4_y - p3_y) / (p4_x - p3) (the underscore is an attempt at subscript)
y = mx + b
y - mx = b (just put in a point for x and y, and insert the m we found)
好的。现在我需要让这两个方程相等。首先我需要解圆的x方程
x^2 + y^2 = r^2
y^2 = r^2 - x^2
y = sqrt(r^2 - x^2)
然后我让它们相等:
mx + b = sqrt(r^2 - x^2)
求二次方程(0 = ax^2 + bx + c)
(mx + b)^2 = r^2 - x^2
(mx)^2 + 2mbx + b^2 = r^2 - x^2
0 = m^2 * x^2 + x^2 + 2mbx + b^2 - r^2
0 = (m^2 + 1) * x^2 + 2mbx + b^2 - r^2
现在我有了a b c。
a = m^2 + 1
b = 2mb
c = b^2 - r^2
我把这个代入二次公式
(-b ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a
用值代入,然后尽可能简化:
(-2mb ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a
(-2mb ± sqrt((-2mb)^2 - 4(m^2 + 1)(b^2 - r^2))) / 2(m^2 + 1)
(-2mb ± sqrt(4m^2 * b^2 - 4(m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))) / 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - (m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - m^2 * b^2 + m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4) * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 + r^2 - b^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2
这几乎是化简的极限了。最后,分离出带有±的方程:
(-2mb + 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2 or
(-2mb - 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2
然后简单地将这两个方程的结果代入mx + b中的x。为了清晰起见,我写了一些JavaScript代码来演示如何使用这个:
function interceptOnCircle(p1,p2,c,r){
//p1 is the first line point
//p2 is the second line point
//c is the circle's center
//r is the circle's radius
var p3 = {x:p1.x - c.x, y:p1.y - c.y} //shifted line points
var p4 = {x:p2.x - c.x, y:p2.y - c.y}
var m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x); //slope of the line
var b = p3.y - m * p3.x; //y-intercept of line
var underRadical = Math.pow((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2)); //the value under the square root sign
if (underRadical < 0){
//line completely missed
return false;
} else {
var t1 = (-2*m*b+2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //one of the intercept x's
var t2 = (-2*m*b-2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //other intercept's x
var i1 = {x:t1,y:m*t1+b} //intercept point 1
var i2 = {x:t2,y:m*t2+b} //intercept point 2
return [i1,i2];
}
}
我希望这能有所帮助!
附注:如果任何人发现任何错误或有任何建议,请评论。我是新手,欢迎大家的帮助/建议。
也许有另一种方法来解决这个问题,使用坐标系的旋转。
通常,如果一个线段是水平的或垂直的,这意味着平行于x轴或y轴,交点的求解很容易,因为我们已经知道交点的一个坐标,如果有的话。剩下的显然是用圆的方程找到另一个坐标。
受此启发,我们可以利用坐标系旋转,使一个轴的方向与线段的方向重合。
让我们以圆x^2+y^2=1和线段P1-P2为例,P1(-1.5,0.5)和P2(-0.5,-0.5)在x-y系统中。下面的方程提醒你旋转的原理,其中是逆时针方向的角度,x'-y'是旋转后的方程组:
x'=x*cos () + y*sin () y' = - x*sin () + y*cos ()
和反向
X = X ' * cos - y' * sin Y = x' * sin + Y ' * cos
考虑P1-P2方向(用-x表示为45°),我们可以取=45°。将第二个旋转方程转化为x-y系统中的圆方程:x^2+y^2=1,经过简单的运算,我们得到x'-y'系统中的“相同”方程:x'^2+y'^2=1。
利用第一个旋转方程=> P1(-根号(2)/2,根号(2)),P2(-根号(2)/ 2,0),线段端点变成x'-y'系统。
假设交点为p,在x'-y'中,Px = -根号2 /2。使用新的圆方程,我们得到Py = +根号(2)/2。将P转换成原始的x-y系统,最终得到P(-1,0)
为了实现这个数值,我们可以先看看线段的方向:水平,垂直或不垂直。如果它属于前两种情况,很简单。如果是最后一种情况,应用上述算法。
为了判断是否有交集,我们可以将解与端点坐标进行比较,看看它们之间是否有一个根。
我相信只要我们有了它的方程,这个方法也可以应用于其他曲线。唯一的缺点是,我们应该在x'-y'坐标系下解方程,这可能很难。
如果直线的坐标为A.x, A.y和B.x, B.y,圆心为C.x, C.y,则直线公式为:
x = A.x * t + B.x * (1 - t)
y = A.y * t + B.y * (1 - t)
0 < = t < = 1
这个圆是
(C.x - x)²+ (C.y - y)²= R²
如果你把直线的x和y公式代入圆公式,你会得到一个t的二阶方程,它的解是交点(如果有的话)。如果你得到的t小于0或大于1,那么它不是一个解,但它表明这条线“指向”圆的方向。
另一个在c#(部分圆类)。 经过测试,工作就像一个魅力。
public class Circle : IEquatable<Circle>
{
// ******************************************************************
// The center of a circle
private Point _center;
// The radius of a circle
private double _radius;
// ******************************************************************
/// <summary>
/// Find all intersections (0, 1, 2) of the circle with a line defined by its 2 points.
/// Using: http://math.stackexchange.com/questions/228841/how-do-i-calculate-the-intersections-of-a-straight-line-and-a-circle
/// Note: p is the Center.X and q is Center.Y
/// </summary>
/// <param name="linePoint1"></param>
/// <param name="linePoint2"></param>
/// <returns></returns>
public List<Point> GetIntersections(Point linePoint1, Point linePoint2)
{
List<Point> intersections = new List<Point>();
double dx = linePoint2.X - linePoint1.X;
if (dx.AboutEquals(0)) // Straight vertical line
{
if (linePoint1.X.AboutEquals(Center.X - Radius) || linePoint1.X.AboutEquals(Center.X + Radius))
{
Point pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y);
intersections.Add(pt);
}
else if (linePoint1.X > Center.X - Radius && linePoint1.X < Center.X + Radius)
{
double x = linePoint1.X - Center.X;
Point pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y + Math.Sqrt(Radius * Radius - (x * x)));
intersections.Add(pt);
pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y - Math.Sqrt(Radius * Radius - (x * x)));
intersections.Add(pt);
}
return intersections;
}
// Line function (y = mx + b)
double dy = linePoint2.Y - linePoint1.Y;
double m = dy / dx;
double b = linePoint1.Y - m * linePoint1.X;
double A = m * m + 1;
double B = 2 * (m * b - m * _center.Y - Center.X);
double C = Center.X * Center.X + Center.Y * Center.Y - Radius * Radius - 2 * b * Center.Y + b * b;
double discriminant = B * B - 4 * A * C;
if (discriminant < 0)
{
return intersections; // there is no intersections
}
if (discriminant.AboutEquals(0)) // Tangeante (touch on 1 point only)
{
double x = -B / (2 * A);
double y = m * x + b;
intersections.Add(new Point(x, y));
}
else // Secant (touch on 2 points)
{
double x = (-B + Math.Sqrt(discriminant)) / (2 * A);
double y = m * x + b;
intersections.Add(new Point(x, y));
x = (-B - Math.Sqrt(discriminant)) / (2 * A);
y = m * x + b;
intersections.Add(new Point(x, y));
}
return intersections;
}
// ******************************************************************
// Get the center
[XmlElement("Center")]
public Point Center
{
get { return _center; }
set
{
_center = value;
}
}
// ******************************************************************
// Get the radius
[XmlElement]
public double Radius
{
get { return _radius; }
set { _radius = value; }
}
//// ******************************************************************
//[XmlArrayItemAttribute("DoublePoint")]
//public List<Point> Coordinates
//{
// get { return _coordinates; }
//}
// ******************************************************************
// Construct a circle without any specification
public Circle()
{
_center.X = 0;
_center.Y = 0;
_radius = 0;
}
// ******************************************************************
// Construct a circle without any specification
public Circle(double radius)
{
_center.X = 0;
_center.Y = 0;
_radius = radius;
}
// ******************************************************************
// Construct a circle with the specified circle
public Circle(Circle circle)
{
_center = circle._center;
_radius = circle._radius;
}
// ******************************************************************
// Construct a circle with the specified center and radius
public Circle(Point center, double radius)
{
_center = center;
_radius = radius;
}
// ******************************************************************
// Construct a circle based on one point
public Circle(Point center)
{
_center = center;
_radius = 0;
}
// ******************************************************************
// Construct a circle based on two points
public Circle(Point p1, Point p2)
{
Circle2Points(p1, p2);
}
要求:
using System;
namespace Mathematic
{
public static class DoubleExtension
{
// ******************************************************************
// Base on Hans Passant Answer on:
// http://stackoverflow.com/questions/2411392/double-epsilon-for-equality-greater-than-less-than-less-than-or-equal-to-gre
/// <summary>
/// Compare two double taking in account the double precision potential error.
/// Take care: truncation errors accumulate on calculation. More you do, more you should increase the epsilon.
public static bool AboutEquals(this double value1, double value2)
{
if (double.IsPositiveInfinity(value1))
return double.IsPositiveInfinity(value2);
if (double.IsNegativeInfinity(value1))
return double.IsNegativeInfinity(value2);
if (double.IsNaN(value1))
return double.IsNaN(value2);
double epsilon = Math.Max(Math.Abs(value1), Math.Abs(value2)) * 1E-15;
return Math.Abs(value1 - value2) <= epsilon;
}
// ******************************************************************
// Base on Hans Passant Answer on:
// http://stackoverflow.com/questions/2411392/double-epsilon-for-equality-greater-than-less-than-less-than-or-equal-to-gre
/// <summary>
/// Compare two double taking in account the double precision potential error.
/// Take care: truncation errors accumulate on calculation. More you do, more you should increase the epsilon.
/// You get really better performance when you can determine the contextual epsilon first.
/// </summary>
/// <param name="value1"></param>
/// <param name="value2"></param>
/// <param name="precalculatedContextualEpsilon"></param>
/// <returns></returns>
public static bool AboutEquals(this double value1, double value2, double precalculatedContextualEpsilon)
{
if (double.IsPositiveInfinity(value1))
return double.IsPositiveInfinity(value2);
if (double.IsNegativeInfinity(value1))
return double.IsNegativeInfinity(value2);
if (double.IsNaN(value1))
return double.IsNaN(value2);
return Math.Abs(value1 - value2) <= precalculatedContextualEpsilon;
}
// ******************************************************************
public static double GetContextualEpsilon(this double biggestPossibleContextualValue)
{
return biggestPossibleContextualValue * 1E-15;
}
// ******************************************************************
/// <summary>
/// Mathlab equivalent
/// </summary>
/// <param name="dividend"></param>
/// <param name="divisor"></param>
/// <returns></returns>
public static double Mod(this double dividend, double divisor)
{
return dividend - System.Math.Floor(dividend / divisor) * divisor;
}
// ******************************************************************
}
}