Line Segment Intersections

本文档详细介绍了直线和平面相交的数学原理与计算方法,适用于计算机图形学及几何算法的学习者。通过实例解析了如何确定一条直线是否与一个平面相交以及如何找到交点。

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From: https://people.scs.carleton.ca/~michiel/lecturenotes/ALGGEOM/horverintersect.pdf

原始胞元信息的形式为空间中点的三维坐标,两点连成一条线。S401:初始化线段列表和相交点列表。 [40]具体地,创建一个空列表segments来存储所有的线段,创建一个空列表intersections来存储所有计算出的相交点。 [41]S402:构建线段列表。 [42]具体地,遍历输入的点列表points,每两个点组成一条线段,并将线段添加到segments列表中。这里,假设points列表中的点是成对出现的,即points[0]和points[1]组成第一条线段,points[2]和points[3]组成第二条线段,以此类推。 [43]S403:遍历所有线段对。 [44]具体地,使用两层循环遍历segments列表中的所有线段对。外层循环变量x代表第一条线段,内层循环变量y代表第二条线段,确保y的索引始终大于x,避免重复比较。 [45]S404:对于每个线段对,计算线段对之间的最短距离的平方。 [46]具体地,对于当前线段对,调用segment_distance_squared函数计算它们之间的最短距离的平方。在segment_distance_squared函数中,首先将线段端点转换为NumPy数组。如果两线段端点重合,则直接计算两线段端点之间的距离平方。如果一条线段的两个端点重合,则计算该线段端点到另一条线段最近点的距离平方。如果两条线段都不重合,则分别计算每条线段上的最近点,并计算这两点之间的距离平方。 [47]S405:计算出线段对之间的实际距离(最短距离的平方的平方根),如果实际距离小于或等于给定阈值d,则进行S406;如果实际距离大于给定阈值d,继续下一线段对,直至所有线段对处理完毕,返回相交点列表。 [48]S406:计算两条线段的最近点。 [49]具体地,计算最近点时,调用closest_point_on_segment函数。该函数计算点p到线段ab的最近点。首先计算向量ap(从a到p)和向量ab(从a到b)。然后计算ab的长度,如果长度为0(即a和b重合),则返回a。否则,计算单位向量ab_unit,计算ap在ab_unit上的投影长度,并使用np.clip确保投影长度在0到ab长度之间。最后,计算并返回最近点closest。 [50]S407:计算两条线段的相交点。 [51]具体地,如果两条线段相交,使用closest_point_on_segment函数分别计算每条线段上的最近点。计算这两个最近点的中点,作为两条线段的相交点。 [52]S408:存储相交点。 [53]具体地,将计算出的相交点添加到intersections列表中。 [54]S409:返回相交点列表。 [55]具体地,函数执行完毕后,返回包含所有相交点的intersections列表。
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