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
我知道自从这个帖子被打开以来已经有一段时间了。根据chmike给出的答案，经Aqib Mumtaz改进。他们给出了一个很好的答案，但只适用于无限线，就像Aqib说的那样。所以我添加了一些比较来知道线段是否与圆接触，我用Python写的。
def LineIntersectCircle(c, r, p1, p2):
#p1 is the first line point
#p2 is the second line point
#c is the circle's center
#r is the circle's radius
p3 = [p1[0]-c[0], p1[1]-c[1]]
p4 = [p2[0]-c[0], p2[1]-c[1]]
m = (p4[1] - p3[1]) / (p4[0] - p3[0])
b = p3[1] - m * p3[0]
underRadical = math.pow(r,2)*math.pow(m,2) + math.pow(r,2) - math.pow(b,2)
if (underRadical < 0):
print("NOT")
else:
t1 = (-2*m*b+2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
t2 = (-2*m*b-2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
i1 = [t1+c[0], m * t1 + b + c[1]]
i2 = [t2+c[0], m * t2 + b + c[1]]
if p1[0] > p2[0]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
if (i1[0] < p1[0]) and (i1[0] > p2[0]): #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] < p2[0]: #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
if (i1[0] > p1[0]) and (i1[0] < p2[0]): #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] > p2[0]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
if (i2[0] < p1[0]) and (i2[0] > p2[0]): #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
if p1[0] < p2[0]: #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
if (i2[0] > p1[0]) and (i2[0] < p2[0]): #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
if p1[1] > p2[1]: #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]): #Si el punto iy esta entre 2 y 1
print("Intersection")
if p1[1] < p2[1]: #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]): #Si el punto iy esta entre 1 y 2
print("Intersection")
其他回答
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。
我会用这个算法来计算点(圆心)和线(线AB)之间的距离。这可以用来确定直线与圆的交点。
假设有点A B c, Ax和Ay是A点的x和y分量。B和c也是一样，标量R是圆半径。
该算法要求A B C是不同的点，且R不为0。
这是算法
// compute the euclidean distance between A and B
LAB = sqrt( (Bx-Ax)²+(By-Ay)² )
// compute the direction vector D from A to B
Dx = (Bx-Ax)/LAB
Dy = (By-Ay)/LAB
// the equation of the line AB is x = Dx*t + Ax, y = Dy*t + Ay with 0 <= t <= LAB.
// compute the distance between the points A and E, where
// E is the point of AB closest the circle center (Cx, Cy)
t = Dx*(Cx-Ax) + Dy*(Cy-Ay)
// compute the coordinates of the point E
Ex = t*Dx+Ax
Ey = t*Dy+Ay
// compute the euclidean distance between E and C
LEC = sqrt((Ex-Cx)²+(Ey-Cy)²)
// test if the line intersects the circle
if( LEC < R )
{
// compute distance from t to circle intersection point
dt = sqrt( R² - LEC²)
// compute first intersection point
Fx = (t-dt)*Dx + Ax
Fy = (t-dt)*Dy + Ay
// compute second intersection point
Gx = (t+dt)*Dx + Ax
Gy = (t+dt)*Dy + Ay
}
// else test if the line is tangent to circle
else if( LEC == R )
// tangent point to circle is E
else
// line doesn't touch circle
我发现这个解决方案似乎比其他一些解决方案更容易遵循。
采取:
p1 and p2 as the points for the line, and
c as the center point for the circle and r for the radius
我可以用斜截式来解直线方程。但是，我不想处理以c为点的复杂方程，所以我只是平移了坐标系使圆在(0,0)处
p3 = p1 - c
p4 = p2 - c
顺便说一下，当我相互减分的时候，我是在减去x再减去y，然后把它们放到一个新的点里，以防有人不知道。
不管怎样，我现在解出p3和p4的直线方程
m = (p4_y - p3_y) / (p4_x - p3) (the underscore is an attempt at subscript)
y = mx + b
y - mx = b (just put in a point for x and y, and insert the m we found)
好的。现在我需要让这两个方程相等。首先我需要解圆的x方程
x^2 + y^2 = r^2
y^2 = r^2 - x^2
y = sqrt(r^2 - x^2)
然后我让它们相等:
mx + b = sqrt(r^2 - x^2)
求二次方程(0 = ax^2 + bx + c)
(mx + b)^2 = r^2 - x^2
(mx)^2 + 2mbx + b^2 = r^2 - x^2
0 = m^2 * x^2 + x^2 + 2mbx + b^2 - r^2
0 = (m^2 + 1) * x^2 + 2mbx + b^2 - r^2
现在我有了a b c。
a = m^2 + 1
b = 2mb
c = b^2 - r^2
我把这个代入二次公式
(-b ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a
用值代入，然后尽可能简化:
(-2mb ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a
(-2mb ± sqrt((-2mb)^2 - 4(m^2 + 1)(b^2 - r^2))) / 2(m^2 + 1)
(-2mb ± sqrt(4m^2 * b^2 - 4(m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))) / 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - (m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - m^2 * b^2 + m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4) * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 + r^2 - b^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2
这几乎是化简的极限了。最后，分离出带有±的方程:
(-2mb + 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2 or
(-2mb - 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2
然后简单地将这两个方程的结果代入mx + b中的x。为了清晰起见，我写了一些JavaScript代码来演示如何使用这个:
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((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2)); //the value under the square root sign
if (underRadical < 0){
//line completely missed
return false;
} else {
var t1 = (-2*m*b+2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //one of the intercept x's
var t2 = (-2*m*b-2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //other intercept's x
var i1 = {x:t1,y:m*t1+b} //intercept point 1
var i2 = {x:t2,y:m*t2+b} //intercept point 2
return [i1,i2];
}
}
我希望这能有所帮助!
附注:如果任何人发现任何错误或有任何建议，请评论。我是新手，欢迎大家的帮助/建议。
这里你需要一些数学知识:
假设A = (Xa, Ya)， B = (Xb, Yb)， C = (Xc, Yc)。从A到B的直线上的任意一点都有坐标(*Xa + (1-)Xb， * ya + (1-)*Yb) = P
如果点P的距离是R到C，它一定在圆上。你想要的是解决
distance(P, C) = R
这是
(alpha*Xa + (1-alpha)*Xb)^2 + (alpha*Ya + (1-alpha)*Yb)^2 = R^2
alpha^2*Xa^2 + alpha^2*Xb^2 - 2*alpha*Xb^2 + Xb^2 + alpha^2*Ya^2 + alpha^2*Yb^2 - 2*alpha*Yb^2 + Yb^2=R^2
(Xa^2 + Xb^2 + Ya^2 + Yb^2)*alpha^2 - 2*(Xb^2 + Yb^2)*alpha + (Xb^2 + Yb^2 - R^2) = 0
如果你将abc公式应用到这个方程来求解，并使用alpha的解来计算P的坐标，你会得到交点，如果存在的话。
' VB.NET - Code
Function CheckLineSegmentCircleIntersection(x1 As Double, y1 As Double, x2 As Double, y2 As Double, xc As Double, yc As Double, r As Double) As Boolean
Static xd As Double = 0.0F
Static yd As Double = 0.0F
Static t As Double = 0.0F
Static d As Double = 0.0F
Static dx_2_1 As Double = 0.0F
Static dy_2_1 As Double = 0.0F
dx_2_1 = x2 - x1
dy_2_1 = y2 - y1
t = ((yc - y1) * dy_2_1 + (xc - x1) * dx_2_1) / (dy_2_1 * dy_2_1 + dx_2_1 * dx_2_1)
If 0 <= t And t <= 1 Then
xd = x1 + t * dx_2_1
yd = y1 + t * dy_2_1
d = Math.Sqrt((xd - xc) * (xd - xc) + (yd - yc) * (yd - yc))
Return d <= r
Else
d = Math.Sqrt((xc - x1) * (xc - x1) + (yc - y1) * (yc - y1))
If d <= r Then
Return True
Else
d = Math.Sqrt((xc - x2) * (xc - x2) + (yc - y2) * (yc - y2))
If d <= r Then
Return True
Else
Return False
End If
End If
End If
End Function
