我需要一个基本函数来求点到线段的最短距离。你可以随意用任何你想要的语言来编写解决方案;我可以把它翻译成什么我正在使用(Javascript)。

编辑:线段由两个端点定义。线段AB由两点A (x1,y1)和B (x2,y2)定义。我要求的是这条线段到点C (x3,y3)的距离。我的几何技能生疏了,所以我看到的例子让我很困惑,我很遗憾地承认。


当前回答

伊莱,你选定的代码是错误的。在线段所在直线附近但远离线段一端的点将被错误地判断为接近线段。更新:上面提到的错误答案已不再被接受。

下面是一些正确的c++代码。它假设一个2d向量类vec2 {float x,y;},本质上,带有加法、subract、缩放等运算符,以及一个距离和点积函数(即x1 x2 + y1 y2)。

float minimum_distance(vec2 v, vec2 w, vec2 p) {
  // Return minimum distance between line segment vw and point p
  const float l2 = length_squared(v, w);  // i.e. |w-v|^2 -  avoid a sqrt
  if (l2 == 0.0) return distance(p, v);   // v == w case
  // Consider the line extending the segment, parameterized as v + t (w - v).
  // We find projection of point p onto the line. 
  // It falls where t = [(p-v) . (w-v)] / |w-v|^2
  // We clamp t from [0,1] to handle points outside the segment vw.
  const float t = max(0, min(1, dot(p - v, w - v) / l2));
  const vec2 projection = v + t * (w - v);  // Projection falls on the segment
  return distance(p, projection);
}

编辑:我需要一个Javascript实现,所以在这里,没有依赖关系(或注释,但它是一个直接的端口以上)。点被表示为具有x和y属性的对象。

function sqr(x) { return x * x }
function dist2(v, w) { return sqr(v.x - w.x) + sqr(v.y - w.y) }
function distToSegmentSquared(p, v, w) {
  var l2 = dist2(v, w);
  if (l2 == 0) return dist2(p, v);
  var t = ((p.x - v.x) * (w.x - v.x) + (p.y - v.y) * (w.y - v.y)) / l2;
  t = Math.max(0, Math.min(1, t));
  return dist2(p, { x: v.x + t * (w.x - v.x),
                    y: v.y + t * (w.y - v.y) });
}
function distToSegment(p, v, w) { return Math.sqrt(distToSegmentSquared(p, v, w)); }

编辑2:我需要一个Java版本,但更重要的是,我需要3d版本而不是2d版本。

float dist_to_segment_squared(float px, float py, float pz, float lx1, float ly1, float lz1, float lx2, float ly2, float lz2) {
  float line_dist = dist_sq(lx1, ly1, lz1, lx2, ly2, lz2);
  if (line_dist == 0) return dist_sq(px, py, pz, lx1, ly1, lz1);
  float t = ((px - lx1) * (lx2 - lx1) + (py - ly1) * (ly2 - ly1) + (pz - lz1) * (lz2 - lz1)) / line_dist;
  t = constrain(t, 0, 1);
  return dist_sq(px, py, pz, lx1 + t * (lx2 - lx1), ly1 + t * (ly2 - ly1), lz1 + t * (lz2 - lz1));
}

这里,在函数参数中,<px,py,pz>是问题点,线段有端点<lx1,ly1,lz1>和<lx2,ly2,lz2>。函数dist_sq(假定存在)求两点之间距离的平方。

其他回答

GLSL版:

// line (a -> b ) point p[enter image description here][1]
float distanceToLine(vec2 a, vec2 b, vec2 p) {
    float aside = dot((p - a),(b - a));
    if(aside< 0.0) return length(p-a);
    float bside = dot((p - b),(a - b));
    if(bside< 0.0) return length(p-b);
    vec2 pointOnLine = (bside*a + aside*b)/pow(length(a-b),2.0);
    return length(p - pointOnLine);
}

公认的答案行不通 (例如,0,0和(-10,2,10,2)之间的距离应为2)。

下面是工作代码:

   def dist2line2(x,y,line):
     x1,y1,x2,y2=line
     vx = x1 - x
     vy = y1 - y
     ux = x2-x1
     uy = y2-y1
     length = ux * ux + uy * uy
     det = (-vx * ux) + (-vy * uy) #//if this is < 0 or > length then its outside the line segment
     if det < 0:
       return (x1 - x)**2 + (y1 - y)**2
     if det > length:
       return (x2 - x)**2 + (y2 - y)**2
     det = ux * vy - uy * vx
     return det**2 / length
   def dist2line(x,y,line): return math.sqrt(dist2line2(x,y,line))

在数学

它使用线段的参数描述,并将点投影到线段定义的直线中。当参数在线段内从0到1时,如果投影在这个范围之外,我们计算到相应端点的距离,而不是法线到线段的直线。

Clear["Global`*"];
 distance[{start_, end_}, pt_] := 
   Module[{param},
   param = ((pt - start).(end - start))/Norm[end - start]^2; (*parameter. the "."
                                                       here means vector product*)

   Which[
    param < 0, EuclideanDistance[start, pt],                 (*If outside bounds*)
    param > 1, EuclideanDistance[end, pt],
    True, EuclideanDistance[pt, start + param (end - start)] (*Normal distance*)
    ]
   ];  

策划的结果:

Plot3D[distance[{{0, 0}, {1, 0}}, {xp, yp}], {xp, -1, 2}, {yp, -1, 2}]

画出比截断距离更近的点:

等高线图:

这是一个基于向量数学的;这个解决方案也适用于更高的维度,并报告交点(在线段上)。

def dist(x1,y1,x2,y2,px,py):
    a = np.array([[x1,y1]]).T
    b = np.array([[x2,y2]]).T
    x = np.array([[px,py]]).T
    tp = (np.dot(x.T, b) - np.dot(a.T, b)) / np.dot(b.T, b)
    tp = tp[0][0]
    tmp = x - (a + tp*b)
    d = np.sqrt(np.dot(tmp.T,tmp)[0][0])
    return d, a+tp*b

x1,y1=2.,2.
x2,y2=5.,5.
px,py=4.,1.

d, inters = dist(x1,y1, x2,y2, px,py)
print (d)
print (inters)

结果是

2.1213203435596424
[[2.5]
 [2.5]]

这里解释了数学

https://brilliant.org/wiki/distance-between-point-and-line/

这里没有看到Java实现,所以我将Javascript函数从接受的答案转换为Java代码:

static double sqr(double x) {
    return x * x;
}
static double dist2(DoublePoint v, DoublePoint w) {
    return sqr(v.x - w.x) + sqr(v.y - w.y);
}
static double distToSegmentSquared(DoublePoint p, DoublePoint v, DoublePoint w) {
    double l2 = dist2(v, w);
    if (l2 == 0) return dist2(p, v);
    double t = ((p.x - v.x) * (w.x - v.x) + (p.y - v.y) * (w.y - v.y)) / l2;
    if (t < 0) return dist2(p, v);
    if (t > 1) return dist2(p, w);
    return dist2(p, new DoublePoint(
            v.x + t * (w.x - v.x),
            v.y + t * (w.y - v.y)
    ));
}
static double distToSegment(DoublePoint p, DoublePoint v, DoublePoint w) {
    return Math.sqrt(distToSegmentSquared(p, v, w));
}
static class DoublePoint {
    public double x;
    public double y;

    public DoublePoint(double x, double y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}