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
我写了一个小脚本，通过将圆的中心点投影到直线上来测试相交。
vector distVector = centerPoint - projectedPoint;
if(distVector.length() < circle.radius)
{
double distance = circle.radius - distVector.length();
vector moveVector = distVector.normalize() * distance;
circle.move(moveVector);
}
http://jsfiddle.net/ercang/ornh3594/1/
如果需要检查与线段的碰撞，还需要考虑圆心到起点和终点的距离。
vector distVector = centerPoint - startPoint;
if(distVector.length() < circle.radius)
{
double distance = circle.radius - distVector.length();
vector moveVector = distVector.normalize() * distance;
circle.move(moveVector);
}
https://jsfiddle.net/ercang/menp0991/
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。
我知道自从这个帖子被打开以来已经有一段时间了。根据chmike给出的答案，经Aqib Mumtaz改进。他们给出了一个很好的答案，但只适用于无限线，就像Aqib说的那样。所以我添加了一些比较来知道线段是否与圆接触，我用Python写的。
def LineIntersectCircle(c, r, p1, p2):
#p1 is the first line point
#p2 is the second line point
#c is the circle's center
#r is the circle's radius
p3 = [p1[0]-c[0], p1[1]-c[1]]
p4 = [p2[0]-c[0], p2[1]-c[1]]
m = (p4[1] - p3[1]) / (p4[0] - p3[0])
b = p3[1] - m * p3[0]
underRadical = math.pow(r,2)*math.pow(m,2) + math.pow(r,2) - math.pow(b,2)
if (underRadical < 0):
print("NOT")
else:
t1 = (-2*m*b+2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
t2 = (-2*m*b-2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
i1 = [t1+c[0], m * t1 + b + c[1]]
i2 = [t2+c[0], m * t2 + b + c[1]]
if p1[0] > p2[0]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
if (i1[0] < p1[0]) and (i1[0] > p2[0]): #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] < p2[0]: #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
if (i1[0] > p1[0]) and (i1[0] < p2[0]): #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] > p2[0]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
if (i2[0] < p1[0]) and (i2[0] > p2[0]): #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] < p2[0]: #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
if (i2[0] > p1[0]) and (i2[0] < p2[0]): #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
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。
似乎没人考虑投影，我是不是完全跑题了?
将向量AC投影到AB上，投影的向量AD就得到了新的点D。 如果D和C之间的距离小于(或等于)R，我们有一个交点。
是这样的:
社区编辑:
对于稍后无意中看到这篇文章并想知道如何实现这样一个算法的人来说，这里是一个使用常见向量操作函数用JavaScript编写的通用实现。
/**
* Returns the distance from line segment AB to point C
*/
function distanceSegmentToPoint(A, B, C) {
// Compute vectors AC and AB
const AC = sub(C, A);
const AB = sub(B, A);
// Get point D by taking the projection of AC onto AB then adding the offset of A
const D = add(proj(AC, AB), A);
const AD = sub(D, A);
// D might not be on AB so calculate k of D down AB (aka solve AD = k * AB)
// We can use either component, but choose larger value to reduce the chance of dividing by zero
const k = Math.abs(AB.x) > Math.abs(AB.y) ? AD.x / AB.x : AD.y / AB.y;
// Check if D is off either end of the line segment
if (k <= 0.0) {
return Math.sqrt(hypot2(C, A));
} else if (k >= 1.0) {
return Math.sqrt(hypot2(C, B));
}
return Math.sqrt(hypot2(C, D));
}
对于这个实现，我使用了两个常见的矢量操作函数，无论您在什么环境中工作，都可能已经提供了这些函数。但是，如果您还没有这些可用的功能，下面介绍如何实现它们。
// Define some common functions for working with vectors
const add = (a, b) => ({x: a.x + b.x, y: a.y + b.y});
const sub = (a, b) => ({x: a.x - b.x, y: a.y - b.y});
const dot = (a, b) => a.x * b.x + a.y * b.y;
const hypot2 = (a, b) => dot(sub(a, b), sub(a, b));
// Function for projecting some vector a onto b
function proj(a, b) {
const k = dot(a, b) / dot(b, b);
return {x: k * b.x, y: k * b.y};
}
