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

我根据chmike给出的答案为iOS创建了这个函数

+ (NSArray *)intersectionPointsOfCircleWithCenter:(CGPoint)center withRadius:(float)radius toLinePoint1:(CGPoint)p1 andLinePoint2:(CGPoint)p2
{
    NSMutableArray *intersectionPoints = [NSMutableArray array];

    float Ax = p1.x;
    float Ay = p1.y;
    float Bx = p2.x;
    float By = p2.y;
    float Cx = center.x;
    float Cy = center.y;
    float R = radius;


    // compute the euclidean distance between A and B
    float LAB = sqrt( pow(Bx-Ax, 2)+pow(By-Ay, 2) );

    // compute the direction vector D from A to B
    float Dx = (Bx-Ax)/LAB;
    float Dy = (By-Ay)/LAB;

    // Now the line equation is x = Dx*t + Ax, y = Dy*t + Ay with 0 <= t <= 1.

    // compute the value t of the closest point to the circle center (Cx, Cy)
    float t = Dx*(Cx-Ax) + Dy*(Cy-Ay);

    // This is the projection of C on the line from A to B.

    // compute the coordinates of the point E on line and closest to C
    float Ex = t*Dx+Ax;
    float Ey = t*Dy+Ay;

    // compute the euclidean distance from E to C
    float LEC = sqrt( pow(Ex-Cx, 2)+ pow(Ey-Cy, 2) );

    // test if the line intersects the circle
    if( LEC < R )
    {
        // compute distance from t to circle intersection point
        float dt = sqrt( pow(R, 2) - pow(LEC,2) );

        // compute first intersection point
        float Fx = (t-dt)*Dx + Ax;
        float Fy = (t-dt)*Dy + Ay;

        // compute second intersection point
        float Gx = (t+dt)*Dx + Ax;
        float Gy = (t+dt)*Dy + Ay;

        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Fx, Fy)]];
        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Gx, Gy)]];
    }

    // else test if the line is tangent to circle
    else if( LEC == R ) {
        // tangent point to circle is E
        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Ex, Ey)]];
    }
    else {
        // line doesn't touch circle
    }

    return intersectionPoints;
}

其他回答

另一种解决方案,首先考虑不关心碰撞位置的情况。请注意,这个特定的函数是在假设xB和yB为向量输入的情况下构建的,但如果情况并非如此,则可以轻松修改。变量名在函数的开头定义

#Line segment points (A0, Af) defined by xA0, yA0, xAf, yAf; circle center denoted by xB, yB; rB=radius of circle, rA = radius of point (set to zero for your application)
def staticCollision_f(xA0, yA0, xAf, yAf, rA, xB, yB, rB): #note potential speed up here by casting all variables to same type and/or using Cython
    
    #Build equations of a line for linear agents (convert y = mx + b to ax + by + c = 0 means that a = -m, b = 1, c = -b
    m_v = (yAf - yA0) / (xAf - xA0)
    b_v = yAf - m_v * xAf
    rEff = rA + rB #radii are added since we are considering the agent path as a thin line

    #Check if points (circles) are within line segment (find center of line segment and check if circle is within radius of this point)
    segmentMask = np.sqrt( (yB - (yA0+yAf)/2)**2 + (xB - (xA0+xAf)/2)**2 ) < np.sqrt( (yAf - yA0)**2 + (xAf - xA0)**2 ) / 2 + rEff

    #Calculate perpendicular distance between line and a point
    dist_v = np.abs(-m_v * xB + yB - b_v) / np.sqrt(m_v**2 + 1)
    collisionMask = (dist_v < rEff) & segmentMask

    #return True if collision is detected
    return collisionMask, collisionMask.any()

如果您需要碰撞的位置,您可以使用这个站点上详细介绍的方法,并将其中一个代理的速度设置为零。这种方法也适用于矢量输入:http://twobitcoder.blogspot.com/2010/04/circle-collision-detection.html

这里你需要一些数学知识:

假设A = (Xa, Ya), B = (Xb, Yb), C = (Xc, Yc)。从A到B的直线上的任意一点都有坐标(*Xa + (1-)Xb, * ya + (1-)*Yb) = P

如果点P的距离是R到C,它一定在圆上。你想要的是解决

distance(P, C) = R

这是

(alpha*Xa + (1-alpha)*Xb)^2 + (alpha*Ya + (1-alpha)*Yb)^2 = R^2
alpha^2*Xa^2 + alpha^2*Xb^2 - 2*alpha*Xb^2 + Xb^2 + alpha^2*Ya^2 + alpha^2*Yb^2 - 2*alpha*Yb^2 + Yb^2=R^2
(Xa^2 + Xb^2 + Ya^2 + Yb^2)*alpha^2 - 2*(Xb^2 + Yb^2)*alpha + (Xb^2 + Yb^2 - R^2) = 0

如果你将abc公式应用到这个方程来求解,并使用alpha的解来计算P的坐标,你会得到交点,如果存在的话。

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。

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。

在此post circle中,通过检查圆心与线段上的点(Ipoint)之间的距离来检查线碰撞,该点表示从圆心到线段的法线N(图2)之间的交点。

(https://i.stack.imgur.com/3o6do.png)

在图像1中显示一个圆和一条直线,向量A指向线的起点,向量B指向线的终点,向量C指向圆的中心。现在我们必须找到向量E(从线起点到圆中心)和向量D(从线起点到线终点)这个计算如图1所示。

(https://i.stack.imgur.com/7098a.png)

在图2中,我们可以看到向量E通过向量E与单位向量D的“点积”投影到向量D上,点积的结果是标量Xp,表示向量N与向量D的直线起点与交点(Ipoint)之间的距离。 下一个向量X是由单位向量D和标量Xp相乘得到的。

现在我们需要找到向量Z(向量到Ipoint),它很容易它简单的向量加法向量A(在直线上的起点)和向量x。接下来我们需要处理特殊情况,我们必须检查是Ipoint在线段上,如果不是我们必须找出它是它的左边还是右边,我们将使用向量最接近来确定哪个点最接近圆。

(https://i.stack.imgur.com/p9WIr.png)

当投影Xp为负时,Ipoint在线段的左边,距离最近的向量等于线起点的向量,当投影Xp大于向量D的模时,距离最近的向量在线段的右边,距离最近的向量等于线终点的向量在其他情况下,距离最近的向量等于向量Z。

现在,当我们有最近的向量,我们需要找到从圆中心到Ipoint的向量(dist向量),很简单,我们只需要从中心向量减去最近的向量。接下来,检查向量距离的大小是否小于圆半径,如果是,那么它们就会碰撞,如果不是,就没有碰撞。

(https://i.stack.imgur.com/QJ63q.png)

最后,我们可以返回一些值来解决碰撞,最简单的方法是返回碰撞的重叠(从矢量dist magnitude中减去半径)和碰撞的轴,它的向量d。如果需要,交点是向量Z。