计算旋转矩形中的最大矩形
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算旋转矩形中的最大矩形相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
我正在尝试找到计算最大（面积）矩形的最佳方法，该矩形可以包含在旋转的矩形内。
一些图片应该有助于（我希望）可视化我的意思：
给出输入矩形的宽度和高度，以及旋转它的角度。输出矩形不会旋转或倾斜。
我正沿着漫长的路线往下走，我甚至不确定它是否会处理角落的情况（没有双关语）。我确信这有一个优雅的解决方案。有小费吗？
编辑：输出矩形点不一定要触摸输入矩形边。 （感谢E先生）
我刚来这里寻找相同的答案。在想到如此多的数学考虑之后，我想我会采用半教育的猜测。有点涂鸦我得出（直观的，可能不完全准确）的结论，即最大的矩形与外部产生的矩形成比例，并且它的两个相对的角落位于外部矩形的对角线与最长边的交点处。旋转的矩形。对于正方形，任何对角线和侧面都可以......我想我对此很开心，现在开始刷掉我生锈的触发技术的蜘蛛网（可怜，我知道）。
次要更新...管理进行一些三角形计算。这适用于图像高度大于宽度的情况。
更新。得到了整个工作。这是一些js代码。它连接到一个更大的程序，大多数变量超出了函数的范围，并直接从函数内部进行修改。我知道这不好，但我在一个孤立的情况下使用它，在那里不会与其他脚本混淆：编辑
我冒昧地清理代码并将其解压缩到一个函数：
function getCropCoordinates(angleInRadians, imageDimensions) {
var ang = angleInRadians;
var img = imageDimensions;
var quadrant = Math.floor(ang / (Math.PI / 2)) & 3;
var sign_alpha = (quadrant & 1) === 0 ? ang : Math.PI - ang;
var alpha = (sign_alpha % Math.PI + Math.PI) % Math.PI;
var bb = {
w: img.w * Math.cos(alpha) + img.h * Math.sin(alpha),
h: img.w * Math.sin(alpha) + img.h * Math.cos(alpha)
};
var gamma = img.w < img.h ? Math.atan2(bb.w, bb.h) : Math.atan2(bb.h, bb.w);
var delta = Math.PI - alpha - gamma;
var length = img.w < img.h ? img.h : img.w;
var d = length * Math.cos(alpha);
var a = d * Math.sin(alpha) / Math.sin(delta);
var y = a * Math.cos(gamma);
var x = y * Math.tan(gamma);
return {
x: x,
y: y,
w: bb.w - 2 * x,
h: bb.h - 2 * y
};
}
我在gamma计算中遇到了一些问题，并对其进行了修改，以考虑原始框最长的方向。
- 马格努斯霍夫
试图不打破传统把问题的解决方案作为图片:)
编辑：第三个方程是错误的。正确的是：
（A）* w * cos（α）* w * sin（α）* Y - w * w * sin
要求解线性方程组，您可以使用Cramer rule或Gauss method。
首先，我们处理角度为零或pi / 2的倍数的平凡情况。然后最大的矩形与原始矩形相同。
通常，内部矩形在外部矩形的边界上将具有3个点。如果没有，则可以移动它，使得一个顶点位于底部，一个顶点位于左侧。然后，您可以放大内部矩形，直到其余两个顶点中的一个碰到边界。
我们称外部矩形R1和R2的边。不失一般性，我们可以假设R1 <= R2。如果我们调用内部矩形H和W的边，那么我们就有了
H cos a + W sin a <= R1
H sin a + W cos a <= R2
由于我们在边界上至少有3个点，因此这些不等式中的至少一个实际上必须是相等的。让我们使用第一个。很容易看出：
W = (R1 - H cos a) / sin a
所以该地区是
A = H W = H (R1 - H cos a) / sin a
我们可以采用衍生工具。 H并要求它等于0：
dA/dH = ((R1 - H cos a) - H cos a) / sin a
求解H并使用上面W的表达式，我们发现：
H = R1 / (2 cos a)
W = R1 / (2 sin a)
在经过一些操纵之后，将其替换为第二个不等式
R1 (tan a + 1/tan a) / 2 <= R2
左侧的因子总是至少为1.如果满足不等式，那么我们就有了解决方案。如果不满意，那么解决方案就是满足两个不等式作为等式的解决方案。换句话说：它是接触外部矩形的所有四个边的矩形。这是一个有2个未知数的线性系统，很容易解决：
H = (R2 cos a - R1 sin a) / cos 2a
W = (R1 cos a - R2 sin a) / cos 2a
根据原始坐标，我们得到：
x1 = x4 = W sin a cos a
y1 = y2 = R2 sin a - W sin^2 a
x2 = x3 = x1 + H
y3 = y4 = y2 + W
编辑：下面我的Mathematica答案是错误的 - 我解决的问题与我认为你真正要问的问题略有不同。
要解决你真正要问的问题，我会使用以下算法：
On the Maximum Empty Rectangle Problem
使用这个算法，表示形成旋转矩形边界的有限数量的点（可能是100左右，并确保包括角） - 这些将是文中描述的集合S.
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为了后人的缘故，我把原来的帖子留在了下面：
具有最大面积的内部矩形将始终是矩形，其中矩形的下中间角（图中的alpha附近的角）等于外部矩形的宽度的一半。
我有点欺骗并使用Mathematica为我解决代数：
由此可以看出，内部矩形的最大面积等于1/4宽度^ 2 *角度的cosecant乘以角度的割线。
现在我需要弄清楚这个最佳条件下底角的x值是多少。在mathematica中使用我的区域公式中的Solve函数，我得到以下结果：
这表明底角的x坐标等于宽度的一半。
现在只是为了确保，我将根据经验测试我们的答案。通过下面的结果，你可以看到我的所有测试中的最高区域（肯定不是详尽无遗但你得到的结果）是底角的x值=外部矩形宽度的一半。
@Andri在我测试的width > height图像上工作不正常。所以，我通过这种方式修复和优化了他的代码（只有两个三角函数）：
calculateLargestRect = function(angle, origWidth, origHeight) {
var w0, h0;
if (origWidth <= origHeight) {
w0 = origWidth;
h0 = origHeight;
}
else {
w0 = origHeight;
h0 = origWidth;
}
// Angle normalization in range [-PI..PI)
var ang = angle - Math.floor((angle + Math.PI) / (2*Math.PI)) * 2*Math.PI;
ang = Math.abs(ang);
if (ang > Math.PI / 2)
ang = Math.PI - ang;
var sina = Math.sin(ang);
var cosa = Math.cos(ang);
var sinAcosA = sina * cosa;
var w1 = w0 * cosa + h0 * sina;
var h1 = w0 * sina + h0 * cosa;
var c = h0 * sinAcosA / (2 * h0 * sinAcosA + w0);
var x = w1 * c;
var y = h1 * c;
var w, h;
if (origWidth <= origHeight) {
w = w1 - 2 * x;
h = h1 - 2 * y;
}
else {
w = h1 - 2 * y;
h = w1 - 2 * x;
}
return {
w: w,
h: h
}
}
UPDATE
我还决定为比例矩形计算器发布以下函数：
calculateLargestProportionalRect = function(angle, origWidth, origHeight) {
var w0, h0;
if (origWidth <= origHeight) {
w0 = origWidth;
h0 = origHeight;
}
else {
w0 = origHeight;
h0 = origWidth;
}
// Angle normalization in range [-PI..PI)
var ang = angle - Math.floor((angle + Math.PI) / (2*Math.PI)) * 2*Math.PI;
ang = Math.abs(ang);
if (ang > Math.PI / 2)
ang = Math.PI - ang;
var c = w0 / (h0 * Math.sin(ang) + w0 * Math.cos(ang));
var w, h;
if (origWidth <= origHeight) {
w = w0 * c;
h = h0 * c;
}
else {
w = h0 * c;
h = w0 * c;
}
return {
w: w,
h: h
}
}
这是最简单的方法...... :)
Step 1
//Before Rotation
int originalWidth = 640;
int originalHeight = 480;
Step 2
//After Rotation
int newWidth = 701; //int newWidth = 654; //int newWidth = 513;
int newHeight = 564; //int newHeight = 757; //int newHeight = 664;
Step 3
//Difference in height and width
int widthDiff ;
int heightDiff;
int ASPECT_RATIO = originalWidth/originalHeight; //Double check the Aspect Ratio
if (newHeight > newWidth) {
int ratioDiff = newHeight - newWidth;
if (newWidth < Constant.camWidth) {
widthDiff = (int) Math.floor(newWidth / ASPECT_RATIO);
heightDiff = (int) Math.floor((originalHeight - (newHeight - originalHeight)) / ASPECT_RATIO);
}
else {
widthDiff = (int) Math.floor((originalWidth - (newWidth - originalWidth) - ratioDiff) / ASPECT_RATIO);
heightDiff = originalHeight - (newHeight - originalHeight);
}
} else {
widthDiff = originalWidth - (originalWidth);
heightDiff = originalHeight - (newHeight - originalHeight);
}
Step 4
//Calculation
int targetRectanleWidth = originalWidth - widthDiff;
int targetRectanleHeight = originalHeight - heightDiff;
Step 5
int centerPointX = newWidth/2;
int centerPointY = newHeight/2;
Step 6
int x1 = centerPointX - (targetRectanleWidth / 2);
int y1 = centerPointY - (targetRectanleHeight / 2);
int x2 = centerPointX + (targetRectanleWidth / 2);
int y2 = centerPointY + (targetRectanleHeight / 2);
Step 7
x1 = (x1 < 0 ? 0 : x1);
y1 = (y1 < 0 ? 0 : y1);
很抱歉没有在这里提供推导，但我几天前在Mathematica解决了这个问题，并提出了以下程序，非Mathematica人员应该能够阅读。如有疑问，请咨询http://reference.wolfram.com/mathematica/guide/Mathematica.html
下面的过程返回一个矩形的宽度和高度，该矩形的最大区域适合另一个宽度为w的矩形和高度为h的已旋转的矩形。
CropRotatedDimensionsForMaxArea[{w_, h_}, alpha_] :=
With[
{phi = Abs@Mod[alpha, Pi, -Pi/2]},
Which[
w == h, {w,h} Csc[phi + Pi/4]/Sqrt[2],
w > h,
If[ Cos[2 phi]^2 < 1 - (h/w)^2,
h/2 {Csc[phi], Sec[phi]},
Sec[2 phi] {w Cos[phi] - h Sin[phi], h Cos[phi] - w Sin[phi]}],
w < h,
If[ Cos[2 phi]^2 &以上是关于计算旋转矩形中的最大矩形的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章