如何分辨圆和矩形在二维欧几里得空间中是否相交?(即经典二维几何)


当前回答

为了可视化,拿你的键盘的numpad。如果键“5”代表你的矩形,那么所有的键1-9代表空间的9个象限除以构成矩形的线(5是里面的线)。

1)如果圆的中心在象限5(即在矩形内),则两个形状相交。

这里有两种可能的情况: a)圆与矩形的两条或多条相邻边相交。 b)圆与矩形的一条边相交。

第一种情况很简单。如果圆与矩形的两条相邻边相交,则它必须包含连接这两条边的角。(或者说它的中心在象限5,我们已经讲过了。还要注意,圆只与矩形的两条相对边相交的情况也被覆盖了。)

2)如果矩形的任意角A、B、C、D在圆内,则这两个形状相交。

第二种情况比较棘手。我们应该注意到,只有当圆的中心位于2、4、6或8象限中的一个象限时,才会发生这种情况。(事实上,如果中心在1、3、7、8象限中的任何一个象限上,则相应的角将是离它最近的点。)

现在我们有了圆的中心在一个“边”象限内的情况,它只与相应的边相交。那么,边缘上最接近圆中心的点必须在圆内。

3)对于每条直线AB, BC, CD, DA,构造经过圆中心p的垂直线p(AB, p), p(BC, p), p(CD, p), p(DA, p),对于每条垂直线,如果与原边的交点在圆内,则两个图形相交。

最后一步有一个捷径。如果圆的圆心在象限8,边AB是上边,交点的y坐标是A和B, x坐标是P。

你可以构造四条线的交点并检查它们是否在相应的边上,或者找出P在哪个象限并检查相应的交点。两者都应该化简为相同的布尔方程。要注意的是,上面的步骤2并没有排除P位于“角落”象限之一;它只是在寻找一个十字路口。

编辑:事实证明,我忽略了一个简单的事实,即#2是#3的子情况。毕竟,角也是边缘上的点。请看下面@ShreevatsaR的回答,你会得到很好的解释。与此同时,忘记上面的第二条,除非你想要一个快速但冗余的检查。

其他回答

假设你有矩形的四条边,检查从这些边到圆心的距离,如果小于半径,那么这些形状是相交的。

if sqrt((rectangleRight.x - circleCenter.x)^2 +
        (rectangleBottom.y - circleCenter.y)^2) < radius
// then they intersect

if sqrt((rectangleRight.x - circleCenter.x)^2 +
        (rectangleTop.y - circleCenter.y)^2) < radius
// then they intersect

if sqrt((rectangleLeft.x - circleCenter.x)^2 +
        (rectangleTop.y - circleCenter.y)^2) < radius
// then they intersect

if sqrt((rectangleLeft.x - circleCenter.x)^2 +
        (rectangleBottom.y - circleCenter.y)^2) < radius
// then they intersect

这里有另一个解决方案,实现起来非常简单(也非常快)。它将捕获所有的交点,包括当球体完全进入矩形时。

// clamp(value, min, max) - limits value to the range min..max

// Find the closest point to the circle within the rectangle
float closestX = clamp(circle.X, rectangle.Left, rectangle.Right);
float closestY = clamp(circle.Y, rectangle.Top, rectangle.Bottom);

// Calculate the distance between the circle's center and this closest point
float distanceX = circle.X - closestX;
float distanceY = circle.Y - closestY;

// If the distance is less than the circle's radius, an intersection occurs
float distanceSquared = (distanceX * distanceX) + (distanceY * distanceY);
return distanceSquared < (circle.Radius * circle.Radius);

任何像样的数学库都可以将其缩短为3或4行。

为了可视化,拿你的键盘的numpad。如果键“5”代表你的矩形,那么所有的键1-9代表空间的9个象限除以构成矩形的线(5是里面的线)。

1)如果圆的中心在象限5(即在矩形内),则两个形状相交。

这里有两种可能的情况: a)圆与矩形的两条或多条相邻边相交。 b)圆与矩形的一条边相交。

第一种情况很简单。如果圆与矩形的两条相邻边相交,则它必须包含连接这两条边的角。(或者说它的中心在象限5,我们已经讲过了。还要注意,圆只与矩形的两条相对边相交的情况也被覆盖了。)

2)如果矩形的任意角A、B、C、D在圆内,则这两个形状相交。

第二种情况比较棘手。我们应该注意到,只有当圆的中心位于2、4、6或8象限中的一个象限时,才会发生这种情况。(事实上,如果中心在1、3、7、8象限中的任何一个象限上,则相应的角将是离它最近的点。)

现在我们有了圆的中心在一个“边”象限内的情况,它只与相应的边相交。那么,边缘上最接近圆中心的点必须在圆内。

3)对于每条直线AB, BC, CD, DA,构造经过圆中心p的垂直线p(AB, p), p(BC, p), p(CD, p), p(DA, p),对于每条垂直线,如果与原边的交点在圆内,则两个图形相交。

最后一步有一个捷径。如果圆的圆心在象限8,边AB是上边,交点的y坐标是A和B, x坐标是P。

你可以构造四条线的交点并检查它们是否在相应的边上,或者找出P在哪个象限并检查相应的交点。两者都应该化简为相同的布尔方程。要注意的是,上面的步骤2并没有排除P位于“角落”象限之一;它只是在寻找一个十字路口。

编辑:事实证明,我忽略了一个简单的事实,即#2是#3的子情况。毕竟,角也是边缘上的点。请看下面@ShreevatsaR的回答,你会得到很好的解释。与此同时,忘记上面的第二条,除非你想要一个快速但冗余的检查。

def colision(rect, circle):
dx = rect.x - circle.x
dy = rect.y - circle.y
distance = (dy**2 + dx**2)**0.5
angle_to = (rect.angle + math.atan2(dx, dy)/3.1415*180.0) % 360
if((angle_to>135 and angle_to<225) or (angle_to>0 and angle_to<45) or (angle_to>315 and angle_to<360)):
    if distance <= circle.rad/2.+((rect.height/2.0)*(1.+0.5*abs(math.sin(angle_to*math.pi/180.)))):
        return True
else:
    if distance <= circle.rad/2.+((rect.width/2.0)*(1.+0.5*abs(math.cos(angle_to*math.pi/180.)))):
        return True
return False

我有一个方法可以避免昂贵的毕达哥拉斯,如果没有必要的话。当矩形和圆的包围框不相交时。

对非欧几里得也适用

class Circle {
 // create the bounding box of the circle only once
 BBox bbox;

 public boolean intersect(BBox b) {
    // test top intersect
    if (lat > b.maxLat) {
        if (lon < b.minLon)
            return normDist(b.maxLat, b.minLon) <= normedDist;
        if (lon > b.maxLon)
            return normDist(b.maxLat, b.maxLon) <= normedDist;
        return b.maxLat - bbox.minLat > 0;
    }

    // test bottom intersect
    if (lat < b.minLat) {
        if (lon < b.minLon)
            return normDist(b.minLat, b.minLon) <= normedDist;
        if (lon > b.maxLon)
            return normDist(b.minLat, b.maxLon) <= normedDist;
        return bbox.maxLat - b.minLat > 0;
    }

    // test middle intersect
    if (lon < b.minLon)
        return bbox.maxLon - b.minLon > 0;
    if (lon > b.maxLon)
        return b.maxLon - bbox.minLon > 0;
    return true;
  }
}

minLat、maxLat可替换为minY、maxY, minLon、maxLon也可替换为minX、maxX normDist方法比全距离计算快一点。例如,在欧几里得空间中没有平方根(或者没有很多其他的haversine): dat =(lat-circleY);dLon = (lon-circleX);赋范= dLat * dLat + dLon * dLon。当然,如果你使用normDist方法你需要创建一个normedDist = dist*dist;对于圆来说

查看我的GraphHopper项目的完整的BBox和Circle代码。