LineSegmentIntersector::Intersections中ratio含义及LineSegmentIntersector相交点说明

osg用osgUtil库中的LineSegmentIntersector、IntersectionVisitor类来求线段和三维模型的交点。如下代码：

#include <osgViewer/Viewer>
#include <osgUtil/IntersectionVisitor>
#include <osgUtil/LineSegmentIntersector>
#include<iostream>

//创建盒子
osg::ref_ptr<osg::Geode> createBox()
{
    osg::ref_ptr<osg::Geode> geode1 = new osg::Geode;
    auto box1 = new osg::ShapeDrawable(new osg::Box(osg::Vec3(0.0, 0.0, 0.0), 10.0, 8.0, 6.0));
    geode1->addDrawable(box1);

   // geode1->addDrawable(new osg::ShapeDrawable(new osg::Box(osg::Vec3(0.0, 0.0, 0.0), 0.1, 0.1, 20)));
    return geode1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{

    osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer1 = new osgViewer::Viewer;
    osg::ref_ptr<osg::Group> group1 = new osg::Group;

    osg::ref_ptr<osgUtil::LineSegmentIntersector> lineSegmentIntesector = new osgUtil::LineSegmentIntersector(osg::Vec3(0, 0,15), osg::Vec3(0, 0, -15));
    osg::ref_ptr<osgUtil::IntersectionVisitor> intersectionVisitor1 = new osgUtil::IntersectionVisitor(lineSegmentIntesector);

    group1->addChild(createBox());
    group1->accept(*intersectionVisitor1.get());

    osgUtil::LineSegmentIntersector::Intersections intersections;

    //输出交点
    intersections = lineSegmentIntesector->getIntersections();
    osgUtil::LineSegmentIntersector::Intersections::iterator iter;
    for (iter = intersections.begin(); iter != intersections.end(); ++iter)
    {
        std::cout << "ratio:" << "   " << iter->ratio << "    x:" << iter->getWorldIntersectPoint().x() << "    y:" << iter->getWorldIntersectPoint().y() << "    z:" << iter->getWorldIntersectPoint().z() << std::endl;
    }

    viewer1->setSceneData(group1.get());
    viewer1->setUpViewInWindow(200, 200, 800, 600, 0);

    return viewer1->run();
}

上述代码构建了一条线段，线段起始坐标如下：

Vec3(0, 0,15)

 终点坐标如下：

osg::Vec3(0, 0, -15)

同时构建了一个长方体，长方体中心位于原点，长、宽、高、分别为：5、4、3。

效果如下（注意：为了便于观察，我使这个长方体绕X轴逆时针转动了一定角度）：

                                                                图1

 上述代码的第23、24行构造了一个求交器和求交访问器对象。通过求交器和求交访问器对象相互协同合作，再通过调用第27行代码accept函数，就能求出线段和长方体的交点，结果如下：

图2 

  其中ratio含义如下：                     

        线段起点到交点之间的长度 / 线段总长度

           即：线段起点和交点之间的长度占线段总长度的比例。上例子，线段起点z坐标为15，线段在Z轴的总长度为15 -(-15) = 30，由图2知道，第1个交点的长方体z坐标为3，则第1个ratio为： 

                   （ 15 - 3 ） / 30 = 0.4

       同样地，可以算出最后一个交点的ratio为：                    

                   [ 15 - (-3 )] / 30 = 0.6

当把第27行线段的起始点、终止点坐标换成如下代码：

osg::ref_ptr<osgUtil::LineSegmentIntersector> lineSegmentIntesector = new osgUtil::LineSegmentIntersector(osg::Vec3(1, 5, 2), osg::Vec3(15, 0, -2));

则结果如下：

图3 

 则根据上面提到的计算ratio方法，线段起点z坐标为2，线段在Z轴的总长度为2 -(-2) = 4，由图3知道，第1个交点的长方体z坐标为1.2，则第1个ratio为： 

                       (2 - 1.2) / 4.0 =  0.2

同理，第2个ratio为：

                           ( 2 - 0.857143 ) / 4 = 0.285714

在平时的开发中，可以根据ratio知道交点占据整个线段z轴的比例。

      在图2中，可以看到第1、2个交点是同一个点；第3、4个交点也是同一个点，为何出现两个相同的交点？下面分析如下：

       通过断点跟进到底层源码发现：虽然长方体6个面是四边形，但OPenGl是通过绘制两个三角形来实现一个四边形的。即长方体上顶面、下底面的四边形绘制如下：

 图4

通过在for循环中循环2次绘制两个三角形从而形成四边形（四边形由两个三角形拼接而成，在底层硬件实现上，大部分多边形的绘制是分割为三角形进行绘制的，这样效率要高些）。第1次循环绘制v0v1v2(或v0v2v3)三角形，此时检测到线段和该三角形交于A点；第2次循环绘制v0v2v3(或v0v1v2)三角形，此时又检测到线段和该三角形交于A点，这就是上面交点被输出两次的原因。

       如果把上面代码的第13行改为如下：

    auto box1 = new osg::ShapeDrawable(new osg::Box(osg::Vec3(0.0, 0.0, 0.0), 0.1, 0.1, 20))

即把长方体宽、高尽量小，则结果如下（注意：为了便于观察，我使这个长方体绕X轴逆时针转动了一定角度）：

 图5

可以看到，长方体上顶面和直线的交点只有一个，下底面和直线的交点符合前文提到的三角形描述，输出2个相同的交点值，长方体上顶面和下底面都平行于水平面，应该说上顶面和下底面没啥区别，都应该输出2个相同的交点值才行，跟踪到LineSegmentIntersector.cpp文件的intersect函数：

void intersect(const osg::Vec3& v0, const osg::Vec3& v1, const osg::Vec3& v2)
    {


          ....... // 其它代码略
              if ((u + v) > det)
            {
                return;       // 上顶面本来应该输出2个相同交点，但有一个三角形检测，从这里返回了
            }

           ....... // 其它代码略
   }

上顶面本来应该输出2个相同交点，但上顶面有一个三角形检测时，从return返回了，导致交点没插入交点容器，里面的算法不是很懂，希望懂的人留言交流，感谢了！。

           通过测试发现，只要长方体长、宽、高小于1时，都会存在这个问题。

更多关于这个类的知识，请参考如下博文：

• osgUtil::LineSegmentIntersector类源码分析(一）
• osgUtil::LineSegmentIntersector类源码分析(二）
• LineSegmentIntersectorUtils::IntersectFunctor::intersect源码分析
• LineSegmentIntersector::Intersection结构体各成员含义