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
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
其他回答
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
};
}
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
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。