查找线段是否位于另一线段的距离范围内

2024-04-15

我有一堆段(我拥有的数据是构成段 [x1,y1] 和 [x2, y2] 的 2 个点),并且想根据它们的位置对它们进行分类。如果一个片段与另一个片段足够接近,那么我想将它们放在一起。如果我必须用一句话来描述它:我想找到距线段任何点 5px 距离的所有相邻线段。

With rules similar to the drawn picture: picture

我正在研究不同的算法,但大多数算法都处理交叉点并预测线条是否会相交。这对我来说并不起作用,因为我不想将线条无限延伸,我只想知道它们是否彼此相距 5 像素以内。

有谁知道我如何解决这个问题(并且相对较快)?您知道有什么可以提供帮助的框架吗? (我正在查看最近的邻居,但我找不到任何处理几何而不是点的框架)。

Thanks!


(我修改了之前的答案。这个答案有一些缺点。我认为我的新答案显示了一个更简单、更强大的解决方案。)

You have two segments, S with points S0 and S1 and T with poins T0 and T1. A collision is detected when these segments are less than a distance of r apart at one point.

对于线段 S,您可以得到方向向量 Δs, 段长度s和归一化方向向量u.

    Δs = S1 − S0
    s = |Δs|
    u = Δs / s

The unit vector u and the point S0 can describe a transformation of any point P to a point P′:

    P′x =   (Px − S0x) · ux + (Py − S0y) · uy
    P′y = − (Px − S0x) · uy + (Py − S0y) · ux

在这个变换中,线段 S 的点是:

    S′0 = (0, 0)
    S′1 = (s, 0)

For the transformed points T′0 and T′1, the y components can be interpreted as signed distance to S. Now several tests can be performed:

  • The first test is whether T′0 or T′1 are within a distance of r of the segment S or within a radius of r of either S0′ or S1′. If so, we have a hit.

  • The next test is whether the two lines intersect. That can only happen if the signs of T′0y or T′1y are different. If so, we have a hit.

  • For the last test, we reverse the first test by transforming S to S′′ in a system where T is aligned to the x-axis. Then test whether one of the transformed points S′′0 or S′′1 are within r of T′′. If so, we have a hit, otherwise it's a miss.

Python 代码如下。我也更新了我的JSFiddle https://jsfiddle.net/fe348pkn/.

Notes:

  • 纵向变量a和距离d在我的旧答案中,实际上与此处的 x′ 和 y′ 相同。我觉得转型比较简单。

  • 该解决方案仅测试 (1) T 的点是否在距离r根据 S,(2) 直线是否相交以及 (3) S 的点是否在距离r来自 T。共线线段的情况由测试(1)和(3)捕获。

  • The code below does not handle zero-length segments (S0 = S1 or T0 = T1) explicitly, but returning a non-null vector as norm of a null vector seems to do the trick – tests (1) and (3) catch these cases.

Python代码:

import math

class Point:
    """ A point P(x, y) in 2D space
    """

    def __init__(self, x, y):
        self.x = float(x)
        self.y = float(y)

class Vector:
    """ A vector v(x, y) in 2D space
    """

    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    def mag(self):
        """ magnitude of the vector
        """
        
        return math.hypot(self.x, self.y)
    
    def norm(self):
        """ return the normalized vector or (0, 0)
        """
    
        a = self.mag()
        
        if a*a < 1.0e-16:
            return Vector(1, 0)
        
        return Vector(self.x / a, self.y / a)
    


def diff(p, q):
    """ difference vector (q - p)
    """

    return Vector(q.x - p.x, q.y - p.y)

def within(p, dx, r):
    """ Is p within r of point (dx, 0)?
    """

    x = p.x - dx
    y = p.y
    
    return x*x + y*y <= r*r

def rot(p, u):
    """ Rotate point p to a coordinate system aligned with u.
    """

    return Point(p.x * u.x + p.y * u.y,
                -p.x * u.y + p.y * u.x)

def collision(s, t, r):
    """ Do the line segments s and t collide with a radius r
    """

    ds = diff(s[0], s[1])
    ss = ds.mag()    
    u = ds.norm()
    
    a0 = rot(diff(s[0], t[0]), u)
    a1 = rot(diff(s[0], t[1]), u)

    # Test T0 and T1 against S
    
    if -r <= a0.y <= r and -r <= a0.x <= ss + r:
        if a0.x < 0: return within(a0, 0, r)
        if a0.x > ss: return within(a0, ss, r)
        return True    
    
    if -r <= a1.y <= r and -r <= a1.x <= ss + r:
        if a1.x < 0: return within(a1, 0, r)
        if a1.x > ss: return within(a1, ss, r)
        return True

    # Test intersection
    
    if a0.y * a1.y < -0.9 * r * r:
        a = -a0.y * (a1.x - a0.x) / (a1.y - a0.y) + a0.x
        
        if 0 <= a <= ss: return True

    # Test S0 and S1 against T
    
    dt = diff(t[0], t[1])
    tt = dt.mag()    
    v = dt.norm()
    
    b0 = rot(diff(t[0], s[0]), v)
    b1 = rot(diff(t[0], s[1]), v)

    if 0 <= b0.x <= tt and -r <= b0.y <= r: return True
    if 0 <= b1.x <= tt and -r <= b1.y <= r: return True
       
    return False
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