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)
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首先检查矩形和与圆相切的正方形是否重叠(简单)。如果它们不重叠,就不会碰撞。 检查圆的中心是否在矩形内(简单)。如果它在里面,它们就会碰撞。 计算矩形边到圆中心的最小平方距离(略硬)。如果小于半径的平方,它们就会碰撞,否则不会。
它是有效的,因为:
首先,它用一个便宜的算法检查最常见的场景,当它确定它们没有碰撞时,它就结束了。 然后它用一个廉价的算法检查下一个最常见的场景(不要计算平方根,使用平方值),当它确定它们碰撞时,它就结束了。 然后它执行更昂贵的算法来检查与矩形边框的碰撞。
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圆与矩形相交只有两种情况:
圆的中心在矩形的内部,或者 矩形的一条边在圆上有一个点。
注意,这并不要求矩形与轴平行。
(一种方法是:如果没有一条边在圆中有点(如果所有的边都完全“在”圆外),那么圆仍然可以与多边形相交的唯一方法是它完全位于多边形内部。)
有了这样的见解,就可以像下面这样工作,其中圆的中心是P,半径是R,矩形的顶点是A, B, C, D(不完整的代码):
def intersect(Circle(P, R), Rectangle(A, B, C, D)):
S = Circle(P, R)
return (pointInRectangle(P, Rectangle(A, B, C, D)) or
intersectCircle(S, (A, B)) or
intersectCircle(S, (B, C)) or
intersectCircle(S, (C, D)) or
intersectCircle(S, (D, A)))
如果你在写任何几何,你的库中可能已经有了上面的函数。否则,pointInRectangle()可以用几种方式实现;任何一般的多边形点方法都可以工作,但对于矩形,你可以检查这是否有效:
0 ≤ AP·AB ≤ AB·AB and 0 ≤ AP·AD ≤ AD·AD
intersectCircle()也很容易实现:一种方法是检查从P到直线的垂线的脚是否足够近并且在端点之间,否则检查端点。
最酷的是,同样的想法不仅适用于矩形,而且适用于一个圆与任何简单多边形的交点——甚至不必是凸多边形!
我想出的最简单的解决办法非常直接。
它的工作原理是在矩形中找到离圆最近的点,然后比较距离。
您可以通过一些操作来完成所有这些操作,甚至可以避免使用平方根函数。
public boolean intersects(float cx, float cy, float radius, float left, float top, float right, float bottom)
{
float closestX = (cx < left ? left : (cx > right ? right : cx));
float closestY = (cy < top ? top : (cy > bottom ? bottom : cy));
float dx = closestX - cx;
float dy = closestY - cy;
return ( dx * dx + dy * dy ) <= radius * radius;
}
就是这样!上面的解决方案假设原点在世界的左上方,x轴指向下方。
如果你想要一个解决移动的圆形和矩形之间碰撞的解决方案,这要复杂得多,并且包含在我的另一个答案中。
有一种非常简单的方法来做到这一点,你必须在x和y上夹住一个点,但在正方形内部,当圆心在一个垂直轴上的两个正方形边界点之间时,你需要将这些坐标夹到平行轴上,只是要确保夹住的坐标不超过正方形的限制。 然后只需得到圆心与夹紧坐标之间的距离,并检查距离是否小于圆的半径。
以下是我是如何做到的(前4个点是方坐标,其余是圆点):
bool DoesCircleImpactBox(float x, float y, float x1, float y1, float xc, float yc, float radius){
float ClampedX=0;
float ClampedY=0;
if(xc>=x and xc<=x1){
ClampedX=xc;
}
if(yc>=y and yc<=y1){
ClampedY=yc;
}
radius = radius+1;
if(xc<x) ClampedX=x;
if(xc>x1) ClampedX=x1-1;
if(yc<y) ClampedY=y;
if(yc>y1) ClampedY=y1-1;
float XDif=ClampedX-xc;
XDif=XDif*XDif;
float YDif=ClampedY-yc;
YDif=YDif*YDif;
if(XDif+YDif<=radius*radius) return true;
return false;
}
预检查一个完全封装矩形的圆是否与矩形发生碰撞。 检查圆内的矩形角。 对于每条边,看看是否有一条线与圆相交。将中心点C投影到直线AB上,得到点d。如果CD的长度小于半径,则发生了碰撞。
projectionScalar=dot(AC,AB)/(mag(AC)*mag(AB));
if(projectionScalar>=0 && projectionScalar<=1) {
D=A+AB*projectionScalar;
CD=D-C;
if(mag(CD)<circle.radius){
// there was a collision
}
}
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。