線段交叉判斷(快速排斥實驗 跨立實驗)

2021-07-11 22:57:31 字數 2301 閱讀 3985

第1 步:快速排斥試驗,如果分別以p1p2 ,p3p4 為對角線做矩形,

而這兩個矩形不相交,則這兩條線段肯定不相交,

如下左圖;

即使兩個矩形相交,這兩條線段也不一定相交

,如下右圖,這時再用第

2 步判斷;

表示成語句,即兩個矩形相交當且僅當下列式子為真:

(max(x1,x2)≥min(x3,x4))∧ (max(x3,x4)≥min(x1,x2)) ∧(max(y1,y2)≥min(y3,y4))∧(max(y3,y4)≥min(y1,y2))

兩個矩形相交必須在兩個方向上都相交,式子的前半部分判斷在x 方向上是否相

交,後半部分判斷在y 方向上是否相交。

第2 步:確定每條線段是否「跨立」另一條線段所在的直線。

跨立:如果點p1 處於直線p3p4

的一邊,而p2處於該直線的另一邊,則我們說線段p1p

2跨立直線p3p4,如果p1 或p2 在直線p3p4 上,也算跨立。

兩條線段相交當且僅當它們能夠通過第1 步的快速排斥試驗,並且每一條線段都跨立另一條線段所在的直線。

具體第2 步的實現,只要用叉積去做就可以了,即只要判斷向量p1

p3和p

1p4是否在p1

p2的兩邊相對的位置上

,如果這樣,則線段p1

p2跨立直線p3p4。也即檢查叉積(p3-p1)×(p2-p1)與(p4-p1)×(p2-p1)的符號是否相同,相同則不跨立,線段也就不相交,否則相交。

當然也有一些特殊情況需要處理,如任何乙個叉積為0,則p3 或p4 在直線p1p2 上,又因為通過了快速排斥試驗,所以下圖左邊的情況是不可能出現的,只會出現右邊的兩種情況。當然,還會出現一條或兩條線段的長度為0,如果兩條線段的長度都是0,則只要通過快速排斥試驗就能確定;如果僅有一條線段的長度為0,如p

3p4的長度為0,則線段相交當且僅當叉積(p3-p1)×(p2-p1)。

有關於叉積的概念:

向量的向量積(叉乘、叉積)

① 向量積的一般含義:兩個向量a 和b 的向量積是乙個向量,記作a×b,其模等於由a 和b作成的平行四邊形的面積,方向與平行四邊形所在平面垂直,當站在這個方向觀察時,a 逆時針轉過乙個小於π的角到達b 的方向。這個方向也可以用物理上的右手螺旋定則判斷:右手四指彎向由a 轉到b 的方向**過的角小於π),拇指指向的就是向量積的方向。如下圖(左)。

② 我們給出叉積的等價而更有用的定義,把叉積定義為乙個矩陣的行列式:

如上右圖,如果

p1× p2為正數,則相對原點(0,0)來說, p1在p 2 的順時針方向; 如果p 1  × p2為負數,則p 1 在p 2 的逆時針方向。如果p 1× p2 =0,則p 1和p 2模相等且共線,方向相同或相反。

③ 給定兩個向量:

p0p1和p0p2,對它們的公共端點p0來說,判斷p0p1是否在p0p2的順時針方向。

方法:如上圖,把

0 p 作為原點,得出向量p1』=p1-p0 和p2』=p2-p0,因此,這兩個向量的叉積為: 如

果該叉積為正,則p0

p1在p

0p2的順時針方向

,如果為負,則p0

p1在p

0p2的逆時針方向

。如果等於0,則

p0,p1,

p2三點共線。

④ 討論另乙個重要問題:確定連續線段是向左轉還是向右轉,如下圖,即兩條連續線段

p0p1 和

p1p2在點p1 是向左轉還是向右轉。也即∠p1p0p2的轉向。

方法:叉積,同上。

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