下面是JavaScript的一个很好的解决方案(包括所有必需的数学和实时插图) https://bl.ocks.org/milkbread/11000965

尽管该解决方案中的is_on函数需要修改:

函数is_on(a, b, c) { return Math.abs(距离(a,c) +距离(c,b) -距离(a,b))<0.000001; ｝

采取

E是射线的起点， L是射线的端点， C是你测试的圆心 R是球面的半径

计算: d = L - E(射线方向矢量，从头到尾) f = E - C(从中心球到射线起点的向量)

然后通过…找到交点。 堵塞: P = E + t * d 这是一个参数方程 Px = Ex + tdx Py = Ey + tdy 成 (x - h)2 + (y - k)2 = r2 (h,k) =圆心。

注意:我们在这里将问题简化为2D，我们得到的解决方案也适用于3D

得到:

Expand x2 - 2xh + h2 + y2 - 2yk + k2 - r2 = 0 Plug x = ex + tdx y = ey + tdy ( ex + tdx )2 - 2( ex + tdx )h + h2 + ( ey + tdy )2 - 2( ey + tdy )k + k2 - r2 = 0 Explode ex2 + 2extdx + t2dx2 - 2exh - 2tdxh + h2 + ey2 + 2eytdy + t2dy2 - 2eyk - 2tdyk + k2 - r2 = 0 Group t2( dx2 + dy2 ) + 2t( exdx + eydy - dxh - dyk ) + ex2 + ey2 - 2exh - 2eyk + h2 + k2 - r2 = 0 Finally, t2( d · d ) + 2t( e · d - d · c ) + e · e - 2( e · c ) + c · c - r2 = 0 Where d is the vector d and · is the dot product. And then, t2( d · d ) + 2t( d · ( e - c ) ) + ( e - c ) · ( e - c ) - r2 = 0 Letting f = e - c t2( d · d ) + 2t( d · f ) + f · f - r2 = 0

所以我们得到: T2 *(d·d) + 2t*(f·d) + (f·f - r2) = 0

求解二次方程:

float a = d.Dot( d ) ;
float b = 2*f.Dot( d ) ;
float c = f.Dot( f ) - r*r ;

float discriminant = b*b-4*a*c;
if( discriminant < 0 )
{
  // no intersection
}
else
{
  // ray didn't totally miss sphere,
  // so there is a solution to
  // the equation.
  
  discriminant = sqrt( discriminant );

  // either solution may be on or off the ray so need to test both
  // t1 is always the smaller value, because BOTH discriminant and
  // a are nonnegative.
  float t1 = (-b - discriminant)/(2*a);
  float t2 = (-b + discriminant)/(2*a);

  // 3x HIT cases:
  //          -o->             --|-->  |            |  --|->
  // Impale(t1 hit,t2 hit), Poke(t1 hit,t2>1), ExitWound(t1<0, t2 hit), 

  // 3x MISS cases:
  //       ->  o                     o ->              | -> |
  // FallShort (t1>1,t2>1), Past (t1<0,t2<0), CompletelyInside(t1<0, t2>1)
  
  if( t1 >= 0 && t1 <= 1 )
  {
    // t1 is the intersection, and it's closer than t2
    // (since t1 uses -b - discriminant)
    // Impale, Poke
    return true ;
  }

  // here t1 didn't intersect so we are either started
  // inside the sphere or completely past it
  if( t2 >= 0 && t2 <= 1 )
  {
    // ExitWound
    return true ;
  }
  
  // no intn: FallShort, Past, CompletelyInside
  return false ;
}

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。

如果你找到了圆心(因为它是3D的，我想你是指球体而不是圆)和直线之间的距离，然后检查这个距离是否小于可以做到这一点的半径。

碰撞点显然是直线和球面之间最近的点(当你计算球面和直线之间的距离时，会计算出这个点)

点与线之间的距离: http://mathworld.wolfram.com/Point-LineDistance3-Dimensional.html

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};
}

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。