特定の弧の長さに対応する角度を計算するソリューションを探しているときに、私はこの質問と現在の答えに出会いました。残念ながら、この回答も、ウェブ上で見つけた他のリソースも、実装に直接使用することはできませんでした。
明らかに、（質問でも提供された）弧長関数の逆を計算することは非常に困難です。しかし、ニュートン反復法を使用してこの逆数の近似が可能です。以下は、主に2つのメソッドを提供するクラスです。
computeArcLength(double alpha, double angleRad)：alpha連続する方向転換の間の距離であるアルキメデスのらせん上の点の弧の長さを計算します。angleRadする回転はラジアン単位の角度ですcomputeAngle(double alpha, double arcLength, double epsilon)：指定された弧の長さの点がアルキメデスのらせん上にある角度を計算します。ここalphaで、は連続する回転間の距離epsilonであり、ニュートン反復の近似しきい値です
コードはここでJavaで実装されていますが、これらのコアメソッドは言語にとらわれないものである必要があります。
import java.awt.geom.Point2D;
/**
* A class for computations related to an Archimedean Spiral
*/
class ArchimedeanSpiral
{
/**
* Computes an approximation of the angle at which an Archimedean Spiral
* with the given distance between successive turnings has the given
* arc length.<br>
* <br>
* Note that the result is computed using an approximation, and not
* analytically.
*
* @param alpha The distance between successive turnings
* @param arcLength The desired arc length
* @param epsilon A value greater than 0 indicating the precision
* of the approximation
* @return The angle at which the desired arc length is achieved
* @throws IllegalArgumentException If the given arc length is negative
* or the given epsilon is not positive
*/
static double computeAngle(
double alpha, double arcLength, double epsilon)
{
if (arcLength < 0)
{
throw new IllegalArgumentException(
"Arc length may not be negative, but is "+arcLength);
}
if (epsilon <= 0)
{
throw new IllegalArgumentException(
"Epsilon must be positive, but is "+epsilon);
}
double angleRad = Math.PI + Math.PI;
while (true)
{
double d = computeArcLength(alpha, angleRad) - arcLength;
if (Math.abs(d) <= epsilon)
{
return angleRad;
}
double da = alpha * Math.sqrt(angleRad * angleRad + 1);
angleRad -= d / da;
}
}
/**
* Computes the arc length of an Archimedean Spiral with the given
* parameters
*
* @param alpha The distance between successive turnings
* @param angleRad The angle, in radians
* @return The arc length
* @throws IllegalArgumentException If the given alpha is negative
*/
static double computeArcLength(
double alpha, double angleRad)
{
if (alpha < 0)
{
throw new IllegalArgumentException(
"Alpha may not be negative, but is "+alpha);
}
double u = Math.sqrt(1 + angleRad * angleRad);
double v = Math.log(angleRad + u);
return 0.5 * alpha * (angleRad * u + v);
}
/**
* Compute the point on the Archimedean Spiral for the given parameters.<br>
* <br>
* If the given result point is <code>null</code>, then a new point will
* be created and returned.
*
* @param alpha The distance between successive turnings
* @param angleRad The angle, in radians
* @param result The result point
* @return The result point
* @throws IllegalArgumentException If the given alpha is negative
*/
static Point2D computePoint(
double alpha, double angleRad, Point2D result)
{
if (alpha < 0)
{
throw new IllegalArgumentException(
"Alpha may not be negative, but is "+alpha);
}
double distance = angleRad * alpha;
double x = Math.sin(angleRad) * distance;
double y = Math.cos(angleRad) * distance;
if (result == null)
{
result = new Point2D.Double();
}
result.setLocation(x, y);
return result;
}
/**
* Private constructor to prevent instantiation
*/
private ArchimedeanSpiral()
{
// Private constructor to prevent instantiation
}
}
質問で説明されている目標にこれを使用する方法の例は、次のスニペットに示されています。これは、スパイラル上に特定の数のポイントを生成し、ポイント間の望ましい（アーク長！）距離を指定します。
import java.awt.geom.Point2D;
import java.util.Locale;
public class ArchimedeanSpiralExample
{
public static void main(String[] args)
{
final int numPoints = 50;
final double pointArcDistance = 0.1;
final double alpha = 0.5;
final double epsilon = 1e-5;
double totalArcLength = 0.0;
double previousAngleRad = 0.0;
for (int i=0; i<numPoints; i++)
{
double angleRad =
ArchimedeanSpiral.computeAngle(alpha, totalArcLength, epsilon);
Point2D point =
ArchimedeanSpiral.computePoint(alpha, angleRad, null);
totalArcLength += pointArcDistance;
// Compute and print the arc lengths, for validation:
double currentArcLength =
ArchimedeanSpiral.computeArcLength(alpha, angleRad);
double previousArcLength =
ArchimedeanSpiral.computeArcLength(alpha, previousAngleRad);
double arcDistance = (currentArcLength - previousArcLength);
System.out.printf(Locale.ENGLISH,
"Point (%6.2f, %6.2f distance in arc "
+ "length from previous is %6.2f\n",
point.getX(), point.getY(), arcDistance);
previousAngleRad = angleRad;
}
}
}
計算された点の実際の弧長距離が出力され、実際には、それらが望ましい弧長距離で等距離にあることがわかります。
。ここで
