我有一条从a到B的直线和一个半径为R的圆。
用什么算法来检查直线是否与圆相交?它在圆边的哪个坐标上?
我有一条从a到B的直线和一个半径为R的圆。
用什么算法来检查直线是否与圆相交?它在圆边的哪个坐标上?
当前回答
圆真的是一个坏人:)所以一个好办法是避免真正的圆,如果可以的话。如果你正在为游戏做碰撞检查,你可以进行一些简化,只做3个点积,并进行一些比较。
我称之为“胖点”或“瘦圈”。它是平行于线段方向上半径为0的椭圆。而是垂直于线段方向的全半径
首先,我会考虑重命名和切换坐标系统,以避免过多的数据:
s0s1 = B-A;
s0qp = C-A;
rSqr = r*r;
其次,hvec2f中的索引h意味着vector必须支持水平操作,如dot()/det()。这意味着它的组件被放置在一个单独的xmm寄存器中,以避免shuffle /hadd'ing/hsub'ing。现在我们开始,最简单的2D游戏碰撞检测的最佳性能版本:
bool fat_point_collides_segment(const hvec2f& s0qp, const hvec2f& s0s1, const float& rSqr) {
auto a = dot(s0s1, s0s1);
//if( a != 0 ) // if you haven't zero-length segments omit this, as it would save you 1 _mm_comineq_ss() instruction and 1 memory fetch
{
auto b = dot(s0s1, s0qp);
auto t = b / a; // length of projection of s0qp onto s0s1
//std::cout << "t = " << t << "\n";
if ((t >= 0) && (t <= 1)) //
{
auto c = dot(s0qp, s0qp);
auto r2 = c - a * t * t;
return (r2 <= rSqr); // true if collides
}
}
return false;
}
我怀疑你能进一步优化它。我正在用它进行神经网络驱动的赛车碰撞检测,处理数百万个迭代步骤。
其他回答
奇怪的是,我可以回答,但不能评论…… 我喜欢Multitaskpro的方法,它可以移动所有东西,使圆的中心落在原点上。不幸的是,他的代码中有两个问题。首先在平方根下的部分,你需要去掉双倍的幂。所以不是:
is underRadical = Math.pow((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2));
but:
under Radical = Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)) - Math.pow(b,2);
在最后的坐标中,他忘记把解移回来。所以不是:
var i1 = {x:t1,y:m*t1+b}
but:
Var i1 = {x:t1+c。x, y: m * t1 + b +陈守惠};
整个函数就变成:
function interceptOnCircle(p1, p2, c, r) {
//p1 is the first line point
//p2 is the second line point
//c is the circle's center
//r is the circle's radius
var p3 = {x:p1.x - c.x, y:p1.y - c.y}; //shifted line points
var p4 = {x:p2.x - c.x, y:p2.y - c.y};
var m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x); //slope of the line
var b = p3.y - m * p3.x; //y-intercept of line
var underRadical = Math.pow(r,2)*Math.pow(m,2) + Math.pow(r,2) - Math.pow(b,2); //the value under the square root sign
if (underRadical < 0) {
//line completely missed
return false;
} else {
var t1 = (-m*b + Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //one of the intercept x's
var t2 = (-m*b - Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //other intercept's x
var i1 = {x:t1+c.x, y:m*t1+b+c.y}; //intercept point 1
var i2 = {x:t2+c.x, y:m*t2+b+c.y}; //intercept point 2
return [i1, i2];
}
}
也许有另一种方法来解决这个问题,使用坐标系的旋转。
通常,如果一个线段是水平的或垂直的,这意味着平行于x轴或y轴,交点的求解很容易,因为我们已经知道交点的一个坐标,如果有的话。剩下的显然是用圆的方程找到另一个坐标。
受此启发,我们可以利用坐标系旋转,使一个轴的方向与线段的方向重合。
让我们以圆x^2+y^2=1和线段P1-P2为例,P1(-1.5,0.5)和P2(-0.5,-0.5)在x-y系统中。下面的方程提醒你旋转的原理,其中是逆时针方向的角度,x'-y'是旋转后的方程组:
x'=x*cos () + y*sin () y' = - x*sin () + y*cos ()
和反向
X = X ' * cos - y' * sin Y = x' * sin + Y ' * cos
考虑P1-P2方向(用-x表示为45°),我们可以取=45°。将第二个旋转方程转化为x-y系统中的圆方程:x^2+y^2=1,经过简单的运算,我们得到x'-y'系统中的“相同”方程:x'^2+y'^2=1。
利用第一个旋转方程=> P1(-根号(2)/2,根号(2)),P2(-根号(2)/ 2,0),线段端点变成x'-y'系统。
假设交点为p,在x'-y'中,Px = -根号2 /2。使用新的圆方程,我们得到Py = +根号(2)/2。将P转换成原始的x-y系统,最终得到P(-1,0)
为了实现这个数值,我们可以先看看线段的方向:水平,垂直或不垂直。如果它属于前两种情况,很简单。如果是最后一种情况,应用上述算法。
为了判断是否有交集,我们可以将解与端点坐标进行比较,看看它们之间是否有一个根。
我相信只要我们有了它的方程,这个方法也可以应用于其他曲线。唯一的缺点是,我们应该在x'-y'坐标系下解方程,这可能很难。
如果你找到了圆心(因为它是3D的,我想你是指球体而不是圆)和直线之间的距离,然后检查这个距离是否小于可以做到这一点的半径。
碰撞点显然是直线和球面之间最近的点(当你计算球面和直线之间的距离时,会计算出这个点)
点与线之间的距离: http://mathworld.wolfram.com/Point-LineDistance3-Dimensional.html
另一种解决方案,首先考虑不关心碰撞位置的情况。请注意,这个特定的函数是在假设xB和yB为向量输入的情况下构建的,但如果情况并非如此,则可以轻松修改。变量名在函数的开头定义
#Line segment points (A0, Af) defined by xA0, yA0, xAf, yAf; circle center denoted by xB, yB; rB=radius of circle, rA = radius of point (set to zero for your application)
def staticCollision_f(xA0, yA0, xAf, yAf, rA, xB, yB, rB): #note potential speed up here by casting all variables to same type and/or using Cython
#Build equations of a line for linear agents (convert y = mx + b to ax + by + c = 0 means that a = -m, b = 1, c = -b
m_v = (yAf - yA0) / (xAf - xA0)
b_v = yAf - m_v * xAf
rEff = rA + rB #radii are added since we are considering the agent path as a thin line
#Check if points (circles) are within line segment (find center of line segment and check if circle is within radius of this point)
segmentMask = np.sqrt( (yB - (yA0+yAf)/2)**2 + (xB - (xA0+xAf)/2)**2 ) < np.sqrt( (yAf - yA0)**2 + (xAf - xA0)**2 ) / 2 + rEff
#Calculate perpendicular distance between line and a point
dist_v = np.abs(-m_v * xB + yB - b_v) / np.sqrt(m_v**2 + 1)
collisionMask = (dist_v < rEff) & segmentMask
#return True if collision is detected
return collisionMask, collisionMask.any()
如果您需要碰撞的位置,您可以使用这个站点上详细介绍的方法,并将其中一个代理的速度设置为零。这种方法也适用于矢量输入:http://twobitcoder.blogspot.com/2010/04/circle-collision-detection.html
基于@Joe Skeen的python解决方案
def check_line_segment_circle_intersection(line, point, radious):
""" Checks whether a point intersects with a line defined by two points.
A `point` is list with two values: [2, 3]
A `line` is list with two points: [point1, point2]
"""
line_distance = distance(line[0], line[1])
distance_start_to_point = distance(line[0], point)
distance_end_to_point = distance(line[1], point)
if (distance_start_to_point <= radious or distance_end_to_point <= radious):
return True
# angle between line and point with law of cosines
numerator = (math.pow(distance_start_to_point, 2)
+ math.pow(line_distance, 2)
- math.pow(distance_end_to_point, 2))
denominator = 2 * distance_start_to_point * line_distance
ratio = numerator / denominator
ratio = ratio if ratio <= 1 else 1 # To account for float errors
ratio = ratio if ratio >= -1 else -1 # To account for float errors
angle = math.acos(ratio)
# distance from the point to the line with sin projection
distance_line_to_point = math.sin(angle) * distance_start_to_point
if distance_line_to_point <= radious:
point_projection_in_line = math.cos(angle) * distance_start_to_point
# Intersection occurs whent the point projection in the line is less
# than the line distance and positive
return point_projection_in_line <= line_distance and point_projection_in_line >= 0
return False
def distance(point1, point2):
return math.sqrt(
math.pow(point1[1] - point2[1], 2) +
math.pow(point1[0] - point2[0], 2)
)