平面中判断线段与矩形是否相交

Posted 2021-06-18 人生海海 山山而川

简单介绍了平面中判断线段与矩形是否相交的算法。

目录

• 1. 原理
• 2. 实现
• 3. 参考

1. 原理

这个问题的算法思路挺简单的。分成两步来判断：

1. 判断线段的两个端点是否在矩形内，如果两个端点至少有一个在矩形内，说明线段与矩形相交。
2. 如果两个端点都不在矩形内，那么需要再判断线段是否与矩形的对角线是否相交。因为两个端点都不在矩形内的线段有可能会切割矩形的角，这时会与矩形的对角线相交。

那么关键就在于两个子算法：判断点在矩形内和判断线段相交。判断点在矩形内非常简单，就是比较点是否在矩形的四至范围就可以了;而判断线段相交可以参考《空间或平面判断两线段相交(求交点)》这篇文章。

2. 实现

关键的C++实现代码如下：

//空间直线
template <class T>
class LineSegment
{
public:
    Vec3<T> startPoint;
    Vec3<T> endPoint;
    Vec3<T> direction;

    Vec3<T> min;
    Vec3<T> max;

    LineSegment()
    {
    }

    LineSegment(Vec3<T> start, Vec3<T> end)
    {
        startPoint = start;
        endPoint = end;
        direction = end - start;      
    }

    inline void Set(Vec3<T> start, Vec3<T> end)
    {
        startPoint = start;
        endPoint = end;
        direction = end - start;      
    }

    //两条线段相交
    inline static bool Intersection2D(LineSegment & line1, LineSegment & line2, Vec3<T>& insPoint)
    {
        double D = -line1.direction.x() * line2.direction.y() + line1.direction.y() * line2.direction.x();
        if(D == 0.0)
        {
            return false;
        }

        auto O12 = line2.startPoint - line1.startPoint;
        T D1 = -O12.x() * line2.direction.y() + O12.y() * line2.direction.x();
        T D2 = line1.direction.x() * O12.y() - line1.direction.y() * O12.x();

        T t1 = D1 / D;
        if(t1<0 || t1 > 1)
        {
            return false;
        }

        T t2 = D2 / D;
        if(t2<0 || t2 > 1)
        {
            return false;
        }

        insPoint = line1.startPoint + line1.direction * t1;     //这样计算得到的Z值是不准确的

        return true;
    }

    //线段与矩形相交
    inline bool static IsIntersectsOrthogon2D(LineSegment & line, Orthogon<T> orthogon)
    {
        if (orthogon.IsContainsPoint(line.startPoint.x(), line.startPoint.y()) ||
                orthogon.IsContainsPoint(line.endPoint.x(), line.endPoint.y()))
        {
            return true;
        }

        LineSegment diagonal1(Vec3<T>(orthogon.minX(), orthogon.minY(), 0),
                              Vec3<T>(orthogon.maxX(), orthogon.maxY(), 0));
        LineSegment diagonal2(Vec3<T>(orthogon.minX(), orthogon.maxY(), 0),
                              Vec3<T>(orthogon.maxX(), orthogon.minY(), 0));

        Vec3<T> point(0,0,0);
        return Intersection2D(line, diagonal1, point) || Intersection2D(line, diagonal2, point);
    }
};

3. 参考

1. 如何判断一条线段和一个矩形或者圆相交？ - 叶飞影的回答 - 知乎