我如何确定两条直线是否相交,如果相交,在x,y点处?
当前回答
上面有很多解决方案,但我认为下面的解决方案很简单,很容易理解。
矢量AB和矢量CD相交当且仅当
端点a和b在线段CD的两边。 端点c和d在线段AB的对边。
更具体地说,a和b在线段CD的对面当且仅当两个三元组中有一个是逆时针顺序的。
Intersect(a, b, c, d)
if CCW(a, c, d) == CCW(b, c, d)
return false;
else if CCW(a, b, c) == CCW(a, b, d)
return false;
else
return true;
这里的CCW代表逆时针,根据点的方向返回真/假。
来源:http://compgeom.cs.uiuc.edu/~jeffe/teaching/373/notes/x06-sweepline.pdf 第二页
其他回答
只是想提一下,一个很好的解释和明确的解决方案可以在数字食谱系列中找到。我有这本书的第三版,答案在1117页21.4节。另一种不同命名的解决方案可以在玛丽娜·加夫里洛娃(Marina Gavrilova)的论文中找到。在我看来,她的解决办法要简单一些。
我的实现如下:
bool NuGeometry::IsBetween(const double& x0, const double& x, const double& x1){
return (x >= x0) && (x <= x1);
}
bool NuGeometry::FindIntersection(const double& x0, const double& y0,
const double& x1, const double& y1,
const double& a0, const double& b0,
const double& a1, const double& b1,
double& xy, double& ab) {
// four endpoints are x0, y0 & x1,y1 & a0,b0 & a1,b1
// returned values xy and ab are the fractional distance along xy and ab
// and are only defined when the result is true
bool partial = false;
double denom = (b0 - b1) * (x0 - x1) - (y0 - y1) * (a0 - a1);
if (denom == 0) {
xy = -1;
ab = -1;
} else {
xy = (a0 * (y1 - b1) + a1 * (b0 - y1) + x1 * (b1 - b0)) / denom;
partial = NuGeometry::IsBetween(0, xy, 1);
if (partial) {
// no point calculating this unless xy is between 0 & 1
ab = (y1 * (x0 - a1) + b1 * (x1 - x0) + y0 * (a1 - x1)) / denom;
}
}
if ( partial && NuGeometry::IsBetween(0, ab, 1)) {
ab = 1-ab;
xy = 1-xy;
return true;
} else return false;
}
我认为这个问题有一个更简单的解决方案。今天我想到了另一个想法,看起来效果不错(至少在2D中)。你所要做的就是计算两条直线的交点,然后检查计算的交点是否在两条线段的边界框内。如果是,两条线段相交。就是这样。
编辑:
这就是我如何计算交集(我不知道我在哪里找到了这个代码片段)
Point3D
来自
System.Windows.Media.Media3D
public static Point3D? Intersection(Point3D start1, Point3D end1, Point3D start2, Point3D end2) {
double a1 = end1.Y - start1.Y;
double b1 = start1.X - end1.X;
double c1 = a1 * start1.X + b1 * start1.Y;
double a2 = end2.Y - start2.Y;
double b2 = start2.X - end2.X;
double c2 = a2 * start2.X + b2 * start2.Y;
double det = a1 * b2 - a2 * b1;
if (det == 0) { // lines are parallel
return null;
}
double x = (b2 * c1 - b1 * c2) / det;
double y = (a1 * c2 - a2 * c1) / det;
return new Point3D(x, y, 0.0);
}
这是我的BoundingBox类(为了回答的目的而简化):
public class BoundingBox {
private Point3D min = new Point3D();
private Point3D max = new Point3D();
public BoundingBox(Point3D point) {
min = point;
max = point;
}
public Point3D Min {
get { return min; }
set { min = value; }
}
public Point3D Max {
get { return max; }
set { max = value; }
}
public bool Contains(BoundingBox box) {
bool contains =
min.X <= box.min.X && max.X >= box.max.X &&
min.Y <= box.min.Y && max.Y >= box.max.Y &&
min.Z <= box.min.Z && max.Z >= box.max.Z;
return contains;
}
public bool Contains(Point3D point) {
return Contains(new BoundingBox(point));
}
}
如果矩形的每条边都是一条线段,并且用户绘制的部分也是一条线段,那么您只需检查用户绘制的线段是否与四条边线段相交。这应该是一个相当简单的练习,给定每个段的起点和终点。
有一个很好的方法来解决这个问题就是用向量叉乘。定义二维向量叉乘v × w为vx wy−vy wx。
假设这两条线段从p到p + r,从q到q + s。那么第一行上的任意点都可以表示为p + t r(对于标量参数t),第二行上的任意点可以表示为q + u s(对于标量参数u)。
如果t和u满足以下条件,两条直线相交:
P + t r = q + u s
两边叉乘s,得到
(p + r) × s = (q + u s) × s
由于s × s = 0,这意味着
T (r × s) = (q−p) × s
因此,求解t:
T = (q−p) × s / (r × s)
同样地,我们可以解出u:
(p + r) × r = (q + u s) × r U (s × r) = (p−q) × r U = (p−q) × r / (s × r)
为了减少计算步骤,可以方便地将其重写为以下形式(记住s × r =−r × s):
U = q−p × r / (r × s)
现在有四种情况:
If r × s = 0 and (q − p) × r = 0, then the two lines are collinear. In this case, express the endpoints of the second segment (q and q + s) in terms of the equation of the first line segment (p + t r): t0 = (q − p) · r / (r · r) t1 = (q + s − p) · r / (r · r) = t0 + s · r / (r · r) If the interval between t0 and t1 intersects the interval [0, 1] then the line segments are collinear and overlapping; otherwise they are collinear and disjoint. Note that if s and r point in opposite directions, then s · r < 0 and so the interval to be checked is [t1, t0] rather than [t0, t1]. If r × s = 0 and (q − p) × r ≠ 0, then the two lines are parallel and non-intersecting. If r × s ≠ 0 and 0 ≤ t ≤ 1 and 0 ≤ u ≤ 1, the two line segments meet at the point p + t r = q + u s. Otherwise, the two line segments are not parallel but do not intersect.
来源:该方法是3D线相交算法的2维专门化,来自Ronald Goldman发表在Graphics Gems,第304页的文章“三条线在三维空间中的相交”。在三维空间中,通常的情况是直线是倾斜的(既不平行也不相交),在这种情况下,该方法给出了两条直线最接近的点。
问题可以简化成这样一个问题:从A到B和从C到D的两条直线相交吗?然后你可以问它四次(在直线和矩形的四条边之间)。
这是做这个的矢量数学。假设A到B的直线就是问题中的直线C到D的直线是其中一条矩形直线。我的表示法是Ax是A的x坐标Cy是c的y坐标“*”表示点积,例如A*B = Ax*Bx + Ay*By。
E = B-A = ( Bx-Ax, By-Ay )
F = D-C = ( Dx-Cx, Dy-Cy )
P = ( -Ey, Ex )
h = ( (A-C) * P ) / ( F * P )
h是键。如果h在0和1之间,两条线相交,否则不相交。如果F*P为零,当然不能进行计算,但在这种情况下,直线是平行的,因此只有在明显的情况下才相交。
交点是C + F*h。
更多的乐趣:
如果h恰好等于0或1,两条直线的端点相交。你可以认为这是一个“交集”,也可以认为不是。
具体来说,h是直线长度乘以多少才能恰好与另一条直线相交。
因此,如果h<0,这意味着矩形线在给定直线的“后面”(“方向”是“从A到B”),如果h>1,矩形线在给定直线的“前面”。
推导:
A和C是指向直线起点的向量;E和F是由A和C端点组成的直线。
对于平面上任意两条不平行线,必须恰好有一对标量g和h,使得这个方程成立:
A + E*g = C + F*h
为什么?因为两条不平行线必须相交,这意味着你可以将这两条线按一定比例缩放并相互接触。
(起初,这看起来像一个有两个未知数的方程!但当你考虑到这是一个二维矢量方程时,它就不是,这意味着这是一对x和y的方程)
我们必须消去其中一个变量。一个简单的方法是使E项为零。要做到这一点,用一个向量对方程两边做点积这个向量与E点乘到0,我把上面的向量称为P,我做了E的明显变换。
你现在有:
A*P = C*P + F*P*h
(A-C)*P = (F*P)*h
( (A-C)*P ) / (F*P) = h