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。

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。

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

许多答案把所有的计算都打包成一个函数。如果您需要计算直线斜率、y轴截距或x轴截距，以便在代码的其他地方使用，那么这些计算将是冗余的。我分离出了各自的函数，使用了明显的变量名，并注释了我的代码以使其更易于理解。我需要知道直线是否无限超出它们的端点，所以在JavaScript中:

http://jsfiddle.net/skibulk/evmqq00u/

var point_a = {x:0, y:10},
    point_b = {x:12, y:12},
    point_c = {x:10, y:0},
    point_d = {x:0, y:0},
    slope_ab = slope(point_a, point_b),
    slope_bc = slope(point_b, point_c),
    slope_cd = slope(point_c, point_d),
    slope_da = slope(point_d, point_a),
    yint_ab = y_intercept(point_a, slope_ab),
    yint_bc = y_intercept(point_b, slope_bc),
    yint_cd = y_intercept(point_c, slope_cd),
    yint_da = y_intercept(point_d, slope_da),
    xint_ab = x_intercept(point_a, slope_ab, yint_ab),
    xint_bc = x_intercept(point_b, slope_bc, yint_bc),
    xint_cd = x_intercept(point_c, slope_cd, yint_cd),
    xint_da = x_intercept(point_d, slope_da, yint_da),
    point_aa = intersect(slope_da, yint_da, xint_da, slope_ab, yint_ab, xint_ab),
    point_bb = intersect(slope_ab, yint_ab, xint_ab, slope_bc, yint_bc, xint_bc),
    point_cc = intersect(slope_bc, yint_bc, xint_bc, slope_cd, yint_cd, xint_cd),
    point_dd = intersect(slope_cd, yint_cd, xint_cd, slope_da, yint_da, xint_da);

console.log(point_a, point_b, point_c, point_d);
console.log(slope_ab, slope_bc, slope_cd, slope_da);
console.log(yint_ab, yint_bc, yint_cd, yint_da);
console.log(xint_ab, xint_bc, xint_cd, xint_da);
console.log(point_aa, point_bb, point_cc, point_dd);

function slope(point_a, point_b) {
  var i = (point_b.y - point_a.y) / (point_b.x - point_a.x);
  if (i === -Infinity) return Infinity;
  if (i === -0) return 0;
  return i;
}

function y_intercept(point, slope) {
    // Horizontal Line
    if (slope == 0) return point.y;
  // Vertical Line
    if (slope == Infinity)
  {
    // THE Y-Axis
    if (point.x == 0) return Infinity;
    // No Intercept
    return null;
  }
  // Angled Line
  return point.y - (slope * point.x);
}

function x_intercept(point, slope, yint) {
    // Vertical Line
    if (slope == Infinity) return point.x;
  // Horizontal Line
    if (slope == 0)
  {
    // THE X-Axis
    if (point.y == 0) return Infinity;
    // No Intercept
    return null;
  }
  // Angled Line
  return -yint / slope;
}

// Intersection of two infinite lines
function intersect(slope_a, yint_a, xint_a, slope_b, yint_b, xint_b) {
  if (slope_a == slope_b)
  {
    // Equal Lines
    if (yint_a == yint_b && xint_a == xint_b) return Infinity;
    // Parallel Lines
    return null;
  }
  // First Line Vertical
    if (slope_a == Infinity)
  {
    return {
        x: xint_a,
      y: (slope_b * xint_a) + yint_b
    };
  }
  // Second Line Vertical
    if (slope_b == Infinity)
  {
    return {
        x: xint_b,
      y: (slope_a * xint_b) + yint_a
    };
  }
  // Not Equal, Not Parallel, Not Vertical
  var i = (yint_b - yint_a) / (slope_a - slope_b);
  return {
    x: i,
    y: (slope_a * i) + yint_a
  };
}

这个解决方案可能会有所帮助

public static float GetLineYIntesept(PointF p, float slope)
    {
        return p.Y - slope * p.X;
    }

    public static PointF FindIntersection(PointF line1Start, PointF line1End, PointF line2Start, PointF line2End)
    {

        float slope1 = (line1End.Y - line1Start.Y) / (line1End.X - line1Start.X);
        float slope2 = (line2End.Y - line2Start.Y) / (line2End.X - line2Start.X);

        float yinter1 = GetLineYIntesept(line1Start, slope1);
        float yinter2 = GetLineYIntesept(line2Start, slope2);

        if (slope1 == slope2 && yinter1 != yinter2)
            return PointF.Empty;

        float x = (yinter2 - yinter1) / (slope1 - slope2);

        float y = slope1 * x + yinter1;

        return new PointF(x, y);
    }

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/