编程求取直线一般式表达式，两直线交点

Posted 2020-10-18 DHUtoBUAA

背景介绍

??最近在水面无人艇（USV）模拟仿真中，用到了一些点和线的关系求解，本文主要讲述一下两点确认直线，点到直线距离，两条直线的交点等问题的解决方法，并给出python程序。部分内容非原创，文中给出链接，需要者可以参考。

两点确定直线

表达式定义

??空间直线的表达式有多种，比如一般式Ax+By+C=0、点斜式y-y0=k(x-x0)、截距式x/a+y/b=1、两点式:(y-y1)/(y1-y2)=(x-x1)/(x1-x2)等，它们具有彼此的约束条件，如下所示。

??由上可以看出来，一般式的适用范围最广，不需要单独做处理和判断，所以在计算机领域处理二维图像数据中一般式用的最多。
??已知直线上的两点P1(X1,Y1)和P2(X2,Y2)，P1和P2两点不重合，对于AX+BY+C=0，则有:

• A=Y2-Y1
• B=X1-X2
• C=X2*Y1-X1*Y2

??推导两点求直线的一般式方程的链接 。

python源代码

def GeneralEquation(first_x,first_y,second_x,second_y):
    # 一般式 Ax+By+C=0
    A=second_y-first_y
    B=first_x-second_x
    C=second_x*first_y-first_x*second_y
    return A,B,C

点到直线距离

表达式定义

??设直线L的方程为Ax+By+C=0,点P的坐标为(x0,y0)，则点P到直线L的距离为：

d=\frac{\left | A\times x0+B\times y0+C \right |}{\sqrt{A^{2}+B^{2}}}

两条直线的交点

表达式定义

??在已知直线两点的情况下，利用上面的直线一般式可以求得直线的参数A、B和C，那么两条直线的一般式表达可以列成二元一次方程组，其解即为两条直线的交点坐标。注意处理两条直线平行的特殊情况。

??根据二元一次方程的解，假设两条直线的参数分别为A1,B1,C1和A2,B2,C2，那么两条直线的交点可以表示为：

x=\frac{C2\times B1-C1\times B2}{A1\times B2-A2\times B1}

y=\frac{C1\times A2-C2\times A1}{A1\times B2-A2\times B1}

python源代码

def GetIntersectPointofLines(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4):
    A1,B1,C1=GeneralEquation(x1,y1,x2,y2)
    A2, B2, C2 = GeneralEquation(x3,y3,x4,y4)
    m=A1*B2-A2*B1
    if m==0:
        print("无交点")
    else:
        x=(C2*B1-C1*B2)/m
        y=(C1*A2-C2*A1)/m
    return x,y

??程序运行结果：两直线交点为x=32.857142857142854,y=65.71428571428571，符合数学计算。部分内容参考自两条线段是否相交,计算交点公式。