Interstellar … Fantasy (计算几何)

第一个计算几何题,虽然是被giegie们随便秒掉的那种。

基本思路

这个题乍一看是三维的,但是再仔细看看发现可以把每次询问都看成一个平面问题,只要看每个点之间相对距离就行了。

拍扁成平面后:
情况1、
在这里插入图片描述
如果两点的连线不经过圆,那么直接计算就可以了。

情况2、
如果两点的连线经过圆
在这里插入图片描述

那么最短路径是
∣ A M ∣ + M N ⌢ + ∣ N B ∣ \lvert AM\rvert+\overset{\frown} {MN}+\lvert NB\rvert AM+MN+NB

直线和 l B N l_{BN} lBN l A M l_{AM} lAM是圆的切线。

怎么算呢。。。

首先我需要一个计算两点距离的函数。

//每个点用一个结构体存起来
struct node{
    double x,y,z;
};
double D(node A,node B){
    //计算线段AB之间的距离
    double dx=A.x-B.x;
    double dy=A.y-B.y;
    double dz=A.z-B.z;
    double d=sqrt(dx*dx+dy*dy+dz*dz);
    return d;
}

如果算出 O A , O B , A B OA,OB,AB OA,OB,AB的距离,就可以算出直线 A B AB AB到圆心 O O O的距离 d d d,判断 d d d与半径 R R R的关系可以把情况分成上述的两种。

计算 d d d需要用到海伦公式计算三角形的面积。

//海伦公式
double S(double a,double b,double c){
    double p=(a+b+c)/2;
    return sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c));
}

然后通过勾股定理计算 ∣ A M ∣ \vert AM\vert AM ∣ B N ∣ \vert BN\vert BN的长度。

那这一小段弧呢?
—————可以通过计算夹角来算。

夹角怎么算呢?
—————计算 ∠ A O B , ∠ A O M , ∠ B O N \angle AOB,\angle AOM,\angle BON AOB,AOM,BON,运用余弦定理以及余弦定义式,分别计算几个角的 c o s cos cos值,再使用 a c o s ( ) acos() acos()函数得到弧度。

//余弦定理
double c_cos(double a,double b,double c){
    //返回a所对的边的夹角的余弦
    double res=(a*a+b*b-c*c)/(2*a*b);
    return res;
}

情况3、(WA在这了)
如果两个点的连线虽然经过圆,但是两个点都在圆的同侧。
在这里插入图片描述
这种情况的判断条件为
∠ O A B \angle OAB OAB或者 ∠ O B A \angle OBA OBA为钝角(运用余弦定理)

完整代码如下:

struct node{
    double x,y,z;
};

double D(node A,node B){
    //计算线段AB之间的距离
    double dx=A.x-B.x;
    double dy=A.y-B.y;
    double dz=A.z-B.z;
    double d=sqrt(dx*dx+dy*dy+dz*dz);
    return d;
}

//余弦定理
double c_cos(double a,double b,double c){
    //返回a所对的边的夹角的余弦
    double res=(c*c+b*b-a*a)/(2.0*b*c);
    return res;
}

//海伦定理
double S(double a,double b,double c){
    double p=(a+b+c)/2;
    return sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c));
}

int main(){
    int T;
    scanf("%d",&T);
    while(T--){
        node O;//圆心
        scanf("%lf%lf%lf",&O.x,&O.y,&O.z);
        double r;//半径
        scanf("%lf",&r);
        node A,B;//给出的两点
        scanf("%lf%lf%lf",&A.x,&A.y,&A.z);
        scanf("%lf%lf%lf",&B.x,&B.y,&B.z);
        double dAB=D(A,B);
        double dOA=D(O,A);
        double dOB=D(O,B);
        double sOAB=S(dAB,dOA,dOB);
        double ld=sOAB*2.0/dAB;
        if(dAB==0){
            printf("%.8lf\n",0.0);
            continue;
        }
        if(ld>=r||dOA*dOA>=dOB*dOB+dAB*dAB||dOB*dOB>=dOA*dOA+dAB*dAB){
            printf("%.8lf\n",dAB);
        }
        else{
            //计算角AOB的cos
            double cAOB=c_cos(dAB,dOA,dOB);
            //由勾股定理计算AM,BN的距离
            double dAM=sqrt(dOA*dOA-r*r);
            double dBN=sqrt(dOB*dOB-r*r);
            //计算角AOM和BON的余弦
            double cAOM=r/dOA;
            double cBON=r/dOB;
            //得到角MON的大小(弧度制)
            double jMON=acos(cAOB)-acos(cAOM)-acos(cBON);
            printf("%.8lf\n",jMON*r+dAM+dBN);
        }
    }
}

小结:计算几何类题目,跟中学时期的几何题差不多,要懂得分类讨论。
思路必须清晰啊!!

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