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
只是想提一下，一个很好的解释和明确的解决方案可以在数字食谱系列中找到。我有这本书的第三版，答案在1117页21.4节。另一种不同命名的解决方案可以在玛丽娜·加夫里洛娃(Marina Gavrilova)的论文中找到。在我看来，她的解决办法要简单一些。
我的实现如下:
bool NuGeometry::IsBetween(const double& x0, const double& x, const double& x1){
return (x >= x0) && (x <= x1);
}
bool NuGeometry::FindIntersection(const double& x0, const double& y0,
const double& x1, const double& y1,
const double& a0, const double& b0,
const double& a1, const double& b1,
double& xy, double& ab) {
// four endpoints are x0, y0 & x1,y1 & a0,b0 & a1,b1
// returned values xy and ab are the fractional distance along xy and ab
// and are only defined when the result is true
bool partial = false;
double denom = (b0 - b1) * (x0 - x1) - (y0 - y1) * (a0 - a1);
if (denom == 0) {
xy = -1;
ab = -1;
} else {
xy = (a0 * (y1 - b1) + a1 * (b0 - y1) + x1 * (b1 - b0)) / denom;
partial = NuGeometry::IsBetween(0, xy, 1);
if (partial) {
// no point calculating this unless xy is between 0 & 1
ab = (y1 * (x0 - a1) + b1 * (x1 - x0) + y0 * (a1 - x1)) / denom;
}
}
if ( partial && NuGeometry::IsBetween(0, ab, 1)) {
ab = 1-ab;
xy = 1-xy;
return true;
} else return false;
}
其他回答
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
我从《多视图几何》这本书里读到了这些算法
以下文本使用
'作为转置符号
*作为点积
当用作算子时，X作为叉乘
1. 线的定义
点x_vec = (x, y)'在直线ax + by + c = 0上
标记L = (a, b, c)'，点为(x, y, 1)'为齐次坐标
直线方程可以写成
(x, y, 1)(a, b, c)' = 0或x' * L = 0
2. 直线交点
我们有两条直线L1=(a1, b1, c1)'， L2=(a2, b2, c2)'
假设x是一个点，一个向量，x = L1 x L2 (L1叉乘L2)。
注意，x始终是一个二维点，如果你对(L1xL2)是一个三元素向量，x是一个二维坐标感到困惑，请阅读齐次坐标。
根据三重积，我们知道
L1 * (L1 x L2) = 0, L2 * (L1 x L2) = 0，因为L1,L2共平面
我们用向量x代替L1*x，那么L1*x=0, L2*x=0，这意味着x在L1和L2上，x是交点。
注意，这里x是齐次坐标，如果x的最后一个元素是零，这意味着L1和L2是平行的。
一个c++程序，用于检查两条给定线段是否相交
#include <iostream>
using namespace std;
struct Point
{
int x;
int y;
};
// Given three colinear points p, q, r, the function checks if
// point q lies on line segment 'pr'
bool onSegment(Point p, Point q, Point r)
{
if (q.x <= max(p.x, r.x) && q.x >= min(p.x, r.x) &&
q.y <= max(p.y, r.y) && q.y >= min(p.y, r.y))
return true;
return false;
}
// To find orientation of ordered triplet (p, q, r).
// The function returns following values
// 0 --> p, q and r are colinear
// 1 --> Clockwise
// 2 --> Counterclockwise
int orientation(Point p, Point q, Point r)
{
// See 10th slides from following link for derivation of the formula
// http://www.dcs.gla.ac.uk/~pat/52233/slides/Geometry1x1.pdf
int val = (q.y - p.y) * (r.x - q.x) -
(q.x - p.x) * (r.y - q.y);
if (val == 0) return 0; // colinear
return (val > 0)? 1: 2; // clock or counterclock wise
}
// The main function that returns true if line segment 'p1q1'
// and 'p2q2' intersect.
bool doIntersect(Point p1, Point q1, Point p2, Point q2)
{
// Find the four orientations needed for general and
// special cases
int o1 = orientation(p1, q1, p2);
int o2 = orientation(p1, q1, q2);
int o3 = orientation(p2, q2, p1);
int o4 = orientation(p2, q2, q1);
// General case
if (o1 != o2 && o3 != o4)
return true;
// Special Cases
// p1, q1 and p2 are colinear and p2 lies on segment p1q1
if (o1 == 0 && onSegment(p1, p2, q1)) return true;
// p1, q1 and p2 are colinear and q2 lies on segment p1q1
if (o2 == 0 && onSegment(p1, q2, q1)) return true;
// p2, q2 and p1 are colinear and p1 lies on segment p2q2
if (o3 == 0 && onSegment(p2, p1, q2)) return true;
// p2, q2 and q1 are colinear and q1 lies on segment p2q2
if (o4 == 0 && onSegment(p2, q1, q2)) return true;
return false; // Doesn't fall in any of the above cases
}
// Driver program to test above functions
int main()
{
struct Point p1 = {1, 1}, q1 = {10, 1};
struct Point p2 = {1, 2}, q2 = {10, 2};
doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";
p1 = {10, 0}, q1 = {0, 10};
p2 = {0, 0}, q2 = {10, 10};
doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";
p1 = {-5, -5}, q1 = {0, 0};
p2 = {1, 1}, q2 = {10, 10};
doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";
return 0;
}
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
基于@Gareth Rees的回答，Python版本:
import numpy as np
def np_perp( a ) :
b = np.empty_like(a)
b[0] = a[1]
b[1] = -a[0]
return b
def np_cross_product(a, b):
return np.dot(a, np_perp(b))
def np_seg_intersect(a, b, considerCollinearOverlapAsIntersect = False):
# https://stackoverflow.com/questions/563198/how-do-you-detect-where-two-line-segments-intersect/565282#565282
# http://www.codeproject.com/Tips/862988/Find-the-intersection-point-of-two-line-segments
r = a[1] - a[0]
s = b[1] - b[0]
v = b[0] - a[0]
num = np_cross_product(v, r)
denom = np_cross_product(r, s)
# If r x s = 0 and (q - p) x r = 0, then the two lines are collinear.
if np.isclose(denom, 0) and np.isclose(num, 0):
# 1. If either 0 <= (q - p) * r <= r * r or 0 <= (p - q) * s <= * s
# then the two lines are overlapping,
if(considerCollinearOverlapAsIntersect):
vDotR = np.dot(v, r)
aDotS = np.dot(-v, s)
if (0 <= vDotR and vDotR <= np.dot(r,r)) or (0 <= aDotS and aDotS <= np.dot(s,s)):
return True
# 2. If neither 0 <= (q - p) * r = r * r nor 0 <= (p - q) * s <= s * s
# then the two lines are collinear but disjoint.
# No need to implement this expression, as it follows from the expression above.
return None
if np.isclose(denom, 0) and not np.isclose(num, 0):
# Parallel and non intersecting
return None
u = num / denom
t = np_cross_product(v, s) / denom
if u >= 0 and u <= 1 and t >= 0 and t <= 1:
res = b[0] + (s*u)
return res
# Otherwise, the two line segments are not parallel but do not intersect.
return None
