问题C:如何检测两条线段是否相交?

我也搜索过同样的话题，但我对答案并不满意。所以我写了一篇文章，非常详细地解释了如何检查两条线段是否与大量图像相交。这是完整的(并经过测试的)java代码。

以下是这篇文章，截取了最重要的部分:

检查线段a是否与线段b相交的算法如下所示:

什么是边界框?下面是两个线段的边界框:

如果两个边界框都有交点，则移动线段a，使其中一点在(0|0)处。现在你有了一条经过a定义的原点的直线，现在以同样的方式移动线段b，检查线段b的新点是否在直线a的不同两侧。如果是这样，则反过来检查。如果也是这样，线段相交。如果不相交，它们就不相交。

问题A:两条线段在哪里相交?

你知道两条线段a和b相交。如果你不知道，用我在C题中给你的工具检查一下。

现在你可以通过一些情况，并得到解决与七年级数学(见代码和交互示例)。

问题B:你如何检测两条线是否相交?

假设点A = (x1, y1)点B = (x2, y2) C = (x_3, y_3) D = (x_4, y_4) 第一行由AB定义(A != B)，第二行由CD定义(C != D)。

function doLinesIntersect(AB, CD) {
    if (x1 == x2) {
        return !(x3 == x4 && x1 != x3);
    } else if (x3 == x4) {
        return true;
    } else {
        // Both lines are not parallel to the y-axis
        m1 = (y1-y2)/(x1-x2);
        m2 = (y3-y4)/(x3-x4);
        return m1 != m2;
    }
}

问题D:两条直线在哪里相交?

检查问题B，它们是否相交。

直线a和b由每条直线上的两个点定义。 你基本上可以用和问题A相同的逻辑。

这对我来说很有效。从这里拍的。

 // calculates intersection and checks for parallel lines.  
 // also checks that the intersection point is actually on  
 // the line segment p1-p2  
 Point findIntersection(Point p1,Point p2,  
   Point p3,Point p4) {  
   float xD1,yD1,xD2,yD2,xD3,yD3;  
   float dot,deg,len1,len2;  
   float segmentLen1,segmentLen2;  
   float ua,ub,div;  

   // calculate differences  
   xD1=p2.x-p1.x;  
   xD2=p4.x-p3.x;  
   yD1=p2.y-p1.y;  
   yD2=p4.y-p3.y;  
   xD3=p1.x-p3.x;  
   yD3=p1.y-p3.y;    

   // calculate the lengths of the two lines  
   len1=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1);  
   len2=sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // calculate angle between the two lines.  
   dot=(xD1*xD2+yD1*yD2); // dot product  
   deg=dot/(len1*len2);  

   // if abs(angle)==1 then the lines are parallell,  
   // so no intersection is possible  
   if(abs(deg)==1) return null;  

   // find intersection Pt between two lines  
   Point pt=new Point(0,0);  
   div=yD2*xD1-xD2*yD1;  
   ua=(xD2*yD3-yD2*xD3)/div;  
   ub=(xD1*yD3-yD1*xD3)/div;  
   pt.x=p1.x+ua*xD1;  
   pt.y=p1.y+ua*yD1;  

   // calculate the combined length of the two segments  
   // between Pt-p1 and Pt-p2  
   xD1=pt.x-p1.x;  
   xD2=pt.x-p2.x;  
   yD1=pt.y-p1.y;  
   yD2=pt.y-p2.y;  
   segmentLen1=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1)+sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // calculate the combined length of the two segments  
   // between Pt-p3 and Pt-p4  
   xD1=pt.x-p3.x;  
   xD2=pt.x-p4.x;  
   yD1=pt.y-p3.y;  
   yD2=pt.y-p4.y;  
   segmentLen2=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1)+sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // if the lengths of both sets of segments are the same as  
   // the lenghts of the two lines the point is actually  
   // on the line segment.  

   // if the point isn’t on the line, return null  
   if(abs(len1-segmentLen1)>0.01 || abs(len2-segmentLen2)>0.01)  
     return null;  

   // return the valid intersection  
   return pt;  
 }  

 class Point{  
   float x,y;  
   Point(float x, float y){  
     this.x = x;  
     this.y = y;  
   }  

   void set(float x, float y){  
     this.x = x;  
     this.y = y;  
   }  
 }  

我从《多视图几何》这本书里读到了这些算法

以下文本使用

'作为转置符号

*作为点积

当用作算子时，X作为叉乘

1. 线的定义

点x_vec = (x, y)'在直线ax + by + c = 0上

标记L = (a, b, c)'，点为(x, y, 1)'为齐次坐标

直线方程可以写成

(x, y, 1)(a, b, c)' = 0或x' * L = 0

2. 直线交点

我们有两条直线L1=(a1, b1, c1)'， L2=(a2, b2, c2)'

假设x是一个点，一个向量，x = L1 x L2 (L1叉乘L2)。

注意，x始终是一个二维点，如果你对(L1xL2)是一个三元素向量，x是一个二维坐标感到困惑，请阅读齐次坐标。

根据三重积，我们知道

L1 * (L1 x L2) = 0, L2 * (L1 x L2) = 0，因为L1,L2共平面

我们用向量x代替L1*x，那么L1*x=0, L2*x=0，这意味着x在L1和L2上，x是交点。

注意，这里x是齐次坐标，如果x的最后一个元素是零，这意味着L1和L2是平行的。

以下是对加文回答的改进。马普的解决方案也类似，但都没有推迟分割。

这实际上也是Gareth Rees的答案的一个实际应用，因为向量积在2D中的等价是补点积，这段代码用了其中的三个。切换到3D并使用叉积，在最后插入s和t，结果是3D中直线之间的两个最近点。 不管怎样，2D解:

int get_line_intersection(float p0_x, float p0_y, float p1_x, float p1_y, 
    float p2_x, float p2_y, float p3_x, float p3_y, float *i_x, float *i_y)
{
    float s02_x, s02_y, s10_x, s10_y, s32_x, s32_y, s_numer, t_numer, denom, t;
    s10_x = p1_x - p0_x;
    s10_y = p1_y - p0_y;
    s32_x = p3_x - p2_x;
    s32_y = p3_y - p2_y;

    denom = s10_x * s32_y - s32_x * s10_y;
    if (denom == 0)
        return 0; // Collinear
    bool denomPositive = denom > 0;

    s02_x = p0_x - p2_x;
    s02_y = p0_y - p2_y;
    s_numer = s10_x * s02_y - s10_y * s02_x;
    if ((s_numer < 0) == denomPositive)
        return 0; // No collision

    t_numer = s32_x * s02_y - s32_y * s02_x;
    if ((t_numer < 0) == denomPositive)
        return 0; // No collision

    if (((s_numer > denom) == denomPositive) || ((t_numer > denom) == denomPositive))
        return 0; // No collision
    // Collision detected
    t = t_numer / denom;
    if (i_x != NULL)
        *i_x = p0_x + (t * s10_x);
    if (i_y != NULL)
        *i_y = p0_y + (t * s10_y);

    return 1;
}

基本上，它将除法延迟到最后一刻，并将大多数测试移动到某些计算完成之前，从而增加了早期退出。最后，它还避免了直线平行时的除零情况。

您可能还想考虑使用ε检验，而不是与零比较。非常接近平行的线会产生稍微偏离的结果。这不是一个bug，这是浮点数学的一个限制。

我已经尝试实现上述Jason所描述的算法;不幸的是，虽然在调试数学工作，我发现许多情况下，它不起作用。

例如，考虑点A(10,10) B(20,20) C(10,1) D(1,10) h=。5然而，通过检查可以清楚地看到，这些部分彼此一点也不接近。

将其绘制成图可以清楚地看出，0 < h < 1条件仅表明如果存在截距点，则截距点将位于CD上，而不告诉我们该点是否位于AB上。 为了确保有一个交叉点，你必须对变量g进行对称计算，拦截的要求是: 0 < g < 1 AND 0 < h < 1

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