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。

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));
    }

}

C和Objective-C

基于Gareth Rees的回答

const AGKLine AGKLineZero = (AGKLine){(CGPoint){0.0, 0.0}, (CGPoint){0.0, 0.0}};

AGKLine AGKLineMake(CGPoint start, CGPoint end)
{
    return (AGKLine){start, end};
}

double AGKLineLength(AGKLine l)
{
    return CGPointLengthBetween_AGK(l.start, l.end);
}

BOOL AGKLineIntersection(AGKLine l1, AGKLine l2, CGPoint *out_pointOfIntersection)
{
    // http://stackoverflow.com/a/565282/202451

    CGPoint p = l1.start;
    CGPoint q = l2.start;
    CGPoint r = CGPointSubtract_AGK(l1.end, l1.start);
    CGPoint s = CGPointSubtract_AGK(l2.end, l2.start);
    
    double s_r_crossProduct = CGPointCrossProductZComponent_AGK(r, s);
    double t = CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPointSubtract_AGK(q, p), s) / s_r_crossProduct;
    double u = CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPointSubtract_AGK(q, p), r) / s_r_crossProduct;
    
    if(t < 0 || t > 1.0 || u < 0 || u > 1.0)
    {
        if(out_pointOfIntersection != NULL)
        {
            *out_pointOfIntersection = CGPointZero;
        }
        return NO;
    }
    else
    {
        if(out_pointOfIntersection != NULL)
        {
            CGPoint i = CGPointAdd_AGK(p, CGPointMultiply_AGK(r, t));
            *out_pointOfIntersection = i;
        }
        return YES;
    }
}

CGFloat CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPoint v1, CGPoint v2)
{
    return v1.x * v2.y - v1.y * v2.x;
}

CGPoint CGPointSubtract_AGK(CGPoint p1, CGPoint p2)
{
    return (CGPoint){p1.x - p2.x, p1.y - p2.y};
}

CGPoint CGPointAdd_AGK(CGPoint p1, CGPoint p2)
{
    return (CGPoint){p1.x + p2.x, p1.y + p2.y};
}

CGFloat CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPoint v1, CGPoint v2)
{
    return v1.x * v2.y - v1.y * v2.x;
}

CGPoint CGPointMultiply_AGK(CGPoint p1, CGFloat factor)
{
    return (CGPoint){p1.x * factor, p1.y * factor};
}

许多函数和结构都是私有的，但是你应该很容易就能知道发生了什么。 这是公开的在这个回购https://github.com/hfossli/AGGeometryKit/

人们似乎对Gavin的答案很感兴趣，cortijon在评论中提出了一个javascript版本，iMalc提供了一个计算量略少的版本。一些人指出了各种代码建议的缺点，另一些人则评论了一些代码建议的效率。

iMalc通过Gavin的答案提供的算法是我目前在一个javascript项目中使用的算法，我只是想在这里提供一个清理过的版本，如果它可以帮助到任何人的话。

// Some variables for reuse, others may do this differently
var p0x, p1x, p2x, p3x, ix,
    p0y, p1y, p2y, p3y, iy,
    collisionDetected;

// do stuff, call other functions, set endpoints...

// note: for my purpose I use |t| < |d| as opposed to
// |t| <= |d| which is equivalent to 0 <= t < 1 rather than
// 0 <= t <= 1 as in Gavin's answer - results may vary

var lineSegmentIntersection = function(){
    var d, dx1, dx2, dx3, dy1, dy2, dy3, s, t;

    dx1 = p1x - p0x;      dy1 = p1y - p0y;
    dx2 = p3x - p2x;      dy2 = p3y - p2y;
    dx3 = p0x - p2x;      dy3 = p0y - p2y;

    collisionDetected = 0;

    d = dx1 * dy2 - dx2 * dy1;

    if(d !== 0){
        s = dx1 * dy3 - dx3 * dy1;
        if((s <= 0 && d < 0 && s >= d) || (s >= 0 && d > 0 && s <= d)){
            t = dx2 * dy3 - dx3 * dy2;
            if((t <= 0 && d < 0 && t > d) || (t >= 0 && d > 0 && t < d)){
                t = t / d;
                collisionDetected = 1;
                ix = p0x + t * dx1;
                iy = p0y + t * dy1;
            }
        }
    }
};

iMalc回答的Python版本:

def find_intersection( p0, p1, p2, p3 ) :

    s10_x = p1[0] - p0[0]
    s10_y = p1[1] - p0[1]
    s32_x = p3[0] - p2[0]
    s32_y = p3[1] - p2[1]

    denom = s10_x * s32_y - s32_x * s10_y

    if denom == 0 : return None # collinear

    denom_is_positive = denom > 0

    s02_x = p0[0] - p2[0]
    s02_y = p0[1] - p2[1]

    s_numer = s10_x * s02_y - s10_y * s02_x

    if (s_numer < 0) == denom_is_positive : return None # no collision

    t_numer = s32_x * s02_y - s32_y * s02_x

    if (t_numer < 0) == denom_is_positive : return None # no collision

    if (s_numer > denom) == denom_is_positive or (t_numer > denom) == denom_is_positive : return None # no collision


    # collision detected

    t = t_numer / denom

    intersection_point = [ p0[0] + (t * s10_x), p0[1] + (t * s10_y) ]


    return intersection_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。