我如何确定两条直线是否相交,如果相交,在x,y点处?
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FWIW,下面的函数(在C中)既检测线的交点,又确定交点。这是基于Andre LeMothe的“Tricks of the Windows Game Programming Gurus”中的一个算法。这与其他答案(例如Gareth的答案)中的一些算法并没有什么不同。然后LeMothe使用克莱默法则(不要问我)来解这些方程。
我可以证明它在我的小行星克隆中起作用,并且似乎正确地处理了Elemental, Dan和Wodzu在其他答案中描述的边缘情况。它也可能比KingNestor发布的代码快,因为它都是乘法和除法,没有平方根!
我想这里有一些除以0的可能性,尽管在我的例子中这不是问题。很容易修改以避免崩溃。
// Returns 1 if the lines intersect, otherwise 0. In addition, if the lines
// intersect the intersection point may be stored in the floats i_x and i_y.
char 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 s1_x, s1_y, s2_x, s2_y;
s1_x = p1_x - p0_x; s1_y = p1_y - p0_y;
s2_x = p3_x - p2_x; s2_y = p3_y - p2_y;
float s, t;
s = (-s1_y * (p0_x - p2_x) + s1_x * (p0_y - p2_y)) / (-s2_x * s1_y + s1_x * s2_y);
t = ( s2_x * (p0_y - p2_y) - s2_y * (p0_x - p2_x)) / (-s2_x * s1_y + s1_x * s2_y);
if (s >= 0 && s <= 1 && t >= 0 && t <= 1)
{
// Collision detected
if (i_x != NULL)
*i_x = p0_x + (t * s1_x);
if (i_y != NULL)
*i_y = p0_y + (t * s1_y);
return 1;
}
return 0; // No collision
}
顺便说一句,我必须说,在LeMothe的书中,虽然他显然得到了正确的算法,但他展示的具体示例插入了错误的数字,并且计算错误。例如:
(4 * (4-1) + 12 * (7-1))/(17 * 4 + 12 * 10) = 844/0.88 = 0.44
这让我困惑了好几个小时。:(
其他回答
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
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;
}
}
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;
}
}
}
};
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
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。