求直线交点

1. 由两点求直线参数

直线公式:
Ax+By+C=0 Ax + By + C = 0 Ax+By+C=0

假如两个点代入直线公式:
Ax1+By1+C=0 Ax_1 + By_1 + C = 0 Ax1+By1+C=0
Ax2+By2+C=0 Ax_2 + By_2 + C = 0 Ax2+By2+C=0
两式相减得到:
A(x1−x2)+B(y1−y2)=0 A(x_1-x_2) + B(y_1-y_2)=0 A(x1x2)+B(y1y2)=0

如果令 A=y1−y2A = y_1 - y_2A=y1y2,那么B=x2−x1B = x_2 - x_1B=x2x1
代入得:
x1(y1−y2)+y1(x2−x1)+C=0 x_1(y_1-y_2) + y_1(x_2-x_1) + C = 0 x1(y1y2)+y1(x2x1)+C=0
x1y1−x1y2+x2y1−x1y1+C=0 x_1y_1 - x_1y_2 + x_2y_1 - x_1y_1 + C = 0 x1y1x1y2+x2y1x1y1+C=0
所以:
C=x1y2−x2y1 C = x_1y_2 - x_2y_1 C=x1y2x2y1

2. 由两直线求交点

两直线公式为:
A1x+B1y+C1=0 A_1x + B_1y + C_1 = 0 A1x+B1y+C1=0
A2x+B2y+C2=0 A_2x + B_2y + C_2 = 0 A2x+B2y+C2=0

解得交点坐标:
x=B1C2−B2C1A1B2−A2B1 x = \frac{B_1C_2 - B_2C_1}{A_1B_2-A_2B_1} x=A1B2A2B1B1C2B2C1
y=A2C1−A1C2A1B2−A2B1 y = \frac{A_2C_1-A_1C_2} {A_1B_2-A_2B_1}y=A1B2A2B1A2C1A1C2

在PCL(Point Cloud Library)中,计算两条直线交点可以通过 `pcl::lineWithLineIntersection` 函数实现。该函数基于线性代数原理,判断两条直线是否相交,并在相交时返回交点坐标。直线通常由一个六维向量表示,前三个元素表示直线上某一点的坐标,后三个元素表示该直线的方向向量。 以下是一个完整的实现示例: ### 使用 `pcl::lineWithLineIntersection` 计算交点 ```cpp #include <iostream> #include <pcl/io/pcd_io.h> #include <pcl/point_types.h> #include <pcl/common/common.h> #include <pcl/common/intersections.h> int main(int argc, char** argv) { // 定义两条直线 line_a 和 line_b Eigen::VectorXf line_a(6); line_a(0) = 0; // x line_a(1) = 0; // y line_a(2) = 0; // z line_a(3) = 1; // 方向向量 x 分量 line_a(4) = 0; // 方向向量 y 分量 line_a(5) = 0; // 方向向量 z 分量 Eigen::VectorXf line_b(6); line_b(0) = 0; // x line_b(1) = 1; // y line_b(2) = 0; // z line_b(3) = 0; // 方向向量 x 分量 line_b(4) = -1; // 方向向量 y 分量 line_b(5) = 0; // 方向向量 z 分量 // 计算交点 Eigen::Vector4f point; bool flag = pcl::lineWithLineIntersection(line_a, line_b, point, 1e-4); if (flag) { std::cout << "Intersection point: (" << point[0] << ", " << point[1] << ", " << point[2] << ")" << std::endl; } else { std::cout << "Lines do not intersect." << std::endl; } return 0; } ``` 上述代码中,`pcl::lineWithLineIntersection` 接受两条直线参数、输出交点以及一个用于判断相交的误差阈值(如 `1e-4`)。如果两条直线相交,函数返回 `true` 并填充 `point` 向量,其中前三个元素代表交点的三维坐标[^1]。 ### 自定义函数计算交点 除了使用 PCL 提供的接口,也可以通过自定义函数实现交点计算。例如,基于直线的参数方程: $$ L_1: \vec{r}_1 = \vec{p}_1 + t \cdot \vec{v}_1 $$ $$ L_2: \vec{r}_2 = \vec{p}_2 + s \cdot \vec{v}_2 $$ 通过解方程组可以得参数 $ t $ 和 $ s $,从而得到交点坐标。以下是一个实现示例: ```cpp #include <pcl/ModelCoefficients.h> #include <pcl/point_types.h> pcl::PointXYZ get2linePoint(pcl::ModelCoefficients p1, pcl::ModelCoefficients p2) { pcl::PointXYZ result; double x1 = p1.values[0]; double y1 = p1.values[1]; double z1 = p1.values[2]; double m1 = p1.values[3]; double n1 = p1.values[4]; double l1 = p1.values[5]; double x2 = p2.values[0]; double y2 = p2.values[1]; double z2 = p2.values[2]; double m2 = p2.values[3]; double n2 = p2.values[4]; double l2 = p2.values[5]; double t = (m2 * (y1 - y2) - n2 * (x1 - x2)) / (m1 * n2 - m2 * n1); result.x = x1 + m1 * t; result.y = y1 + n1 * t; result.z = z1 + l1 * t; return result; } ``` 该函数基于直线的参数方程交点,适用于特定场景下的计算需[^2]。 ### 注意事项 - 两条直线在空间中可能不相交(如异面直线),此时 `pcl::lineWithLineIntersection` 返回 `false`。 - 计算过程中需要考虑数值误差,因此 PCL 提供了误差阈值参数用于判断是否相交。 - 自定义函数需确保直线在二维平面上相交,否则可能导致除零错误或不准确的结果。
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