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。
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
忍不住用python来编码:)
from math import sqrt, fabs
def pdis(a, b, c):
t = b[0]-a[0], b[1]-a[1] # Vector ab
dd = sqrt(t[0]**2+t[1]**2) # Length of ab
t = t[0]/dd, t[1]/dd # unit vector of ab
n = -t[1], t[0] # normal unit vector to ab
ac = c[0]-a[0], c[1]-a[1] # vector ac
return fabs(ac[0]*n[0]+ac[1]*n[1]) # Projection of ac to n (the minimum distance)
print pdis((1,1), (2,2), (2,0)) # Example (answer is 1.414)
fortran也是一样:)
real function pdis(a, b, c)
real, dimension(0:1), intent(in) :: a, b, c
real, dimension(0:1) :: t, n, ac
real :: dd
t = b - a ! Vector ab
dd = sqrt(t(0)**2+t(1)**2) ! Length of ab
t = t/dd ! unit vector of ab
n = (/-t(1), t(0)/) ! normal unit vector to ab
ac = c - a ! vector ac
pdis = abs(ac(0)*n(0)+ac(1)*n(1)) ! Projection of ac to n (the minimum distance)
end function pdis
program test
print *, pdis((/1.0,1.0/), (/2.0,2.0/), (/2.0,0.0/)) ! Example (answer is 1.414)
end program test
其他回答
本想在GLSL中这样做,但如果可能的话,最好避免所有这些条件。使用clamp()可以避免两种端点情况:
// find closest point to P on line segment AB:
vec3 closest_point_on_line_segment(in vec3 P, in vec3 A, in vec3 B) {
vec3 AP = P - A, AB = B - A;
float l = dot(AB, AB);
if (l <= 0.0000001) return A; // A and B are practically the same
return AP - AB*clamp(dot(AP, AB)/l, 0.0, 1.0); // do the projection
}
如果您可以确定A和B彼此不会非常接近,则可以简化为删除If()。事实上,即使A和B是相同的,我的GPU仍然给出了这个无条件版本的正确结果(但这是使用pre-OpenGL 4.1,其中GLSL除零是未定义的):
// find closest point to P on line segment AB:
vec3 closest_point_on_line_segment(in vec3 P, in vec3 A, in vec3 B) {
vec3 AP = P - A, AB = B - A;
return AP - AB*clamp(dot(AP, AB)/dot(AB, AB), 0.0, 1.0);
}
计算距离是很简单的——GLSL提供了一个distance()函数,你可以在这个最近的点和P。
灵感来自Iñigo Quilez的胶囊距离函数代码
这是我最后写的代码。这段代码假设一个点以{x:5, y:7}的形式定义。注意,这不是绝对最有效的方法,但它是我能想到的最简单、最容易理解的代码。
// a, b, and c in the code below are all points
function distance(a, b)
{
var dx = a.x - b.x;
var dy = a.y - b.y;
return Math.sqrt(dx*dx + dy*dy);
}
function Segment(a, b)
{
var ab = {
x: b.x - a.x,
y: b.y - a.y
};
var length = distance(a, b);
function cross(c) {
return ab.x * (c.y-a.y) - ab.y * (c.x-a.x);
};
this.distanceFrom = function(c) {
return Math.min(distance(a,c),
distance(b,c),
Math.abs(cross(c) / length));
};
}
在f#中,点c到a和b之间的线段的距离为:
let pointToLineSegmentDistance (a: Vector, b: Vector) (c: Vector) =
let d = b - a
let s = d.Length
let lambda = (c - a) * d / s
let p = (lambda |> max 0.0 |> min s) * d / s
(a + p - c).Length
向量d沿着线段从a指向b。d/s与c-a的点积给出了无限直线与点c之间最接近点的参数。使用min和max函数将该参数钳制到范围0..s,使该点位于a和b之间。最后,a+p-c的长度是c到线段上最近点的距离。
使用示例:
pointToLineSegmentDistance (Vector(0.0, 0.0), Vector(1.0, 0.0)) (Vector(-1.0, 1.0))
用Matlab直接实现Grumdrig
function ans=distP2S(px,py,vx,vy,wx,wy)
% [px py vx vy wx wy]
t=( (px-vx)*(wx-vx)+(py-vy)*(wy-vy) )/idist(vx,wx,vy,wy)^2;
[idist(px,vx,py,vy) idist(px,vx+t*(wx-vx),py,vy+t*(wy-vy)) idist(px,wx,py,wy) ];
ans(1+(t>0)+(t>1)); % <0 0<=t<=1 t>1
end
function d=idist(a,b,c,d)
d=abs(a-b+1i*(c-d));
end
只是遇到了这个,我想我应该添加一个Lua实现。它假设点以表{x=xVal, y=yVal}给出,直线或线段由包含两个点的表给出(见下面的例子):
function distance( P1, P2 )
return math.sqrt((P1.x-P2.x)^2 + (P1.y-P2.y)^2)
end
-- Returns false if the point lies beyond the reaches of the segment
function distPointToSegment( line, P )
if line[1].x == line[2].x and line[1].y == line[2].y then
print("Error: Not a line!")
return false
end
local d = distance( line[1], line[2] )
local t = ((P.x - line[1].x)*(line[2].x - line[1].x) + (P.y - line[1].y)*(line[2].y - line[1].y))/(d^2)
local projection = {}
projection.x = line[1].x + t*(line[2].x-line[1].x)
projection.y = line[1].y + t*(line[2].y-line[1].y)
if t >= 0 and t <= 1 then -- within line segment?
return distance( projection, {x=P.x, y=P.y} )
else
return false
end
end
-- Returns value even if point is further down the line (outside segment)
function distPointToLine( line, P )
if line[1].x == line[2].x and line[1].y == line[2].y then
print("Error: Not a line!")
return false
end
local d = distance( line[1], line[2] )
local t = ((P.x - line[1].x)*(line[2].x - line[1].x) + (P.y - line[1].y)*(line[2].y - line[1].y))/(d^2)
local projection = {}
projection.x = line[1].x + t*(line[2].x-line[1].x)
projection.y = line[1].y + t*(line[2].y-line[1].y)
return distance( projection, {x=P.x, y=P.y} )
end
使用示例:
local P1 = {x = 0, y = 0}
local P2 = {x = 10, y = 10}
local line = { P1, P2 }
local P3 = {x = 7, y = 15}
print(distPointToLine( line, P3 )) -- prints 5.6568542494924
print(distPointToSegment( line, P3 )) -- prints false