これはgolangで書かれたソリューションです。この方法は、ここに掲載されている他のいくつかの回答と似ていますが、まったく同じではありません。実装は簡単で、テスト済みです。手順は次のとおりです。
- 円が原点になるように座標を変換します。
- x座標とy座標の両方について、tのパラメーター化された関数として線分を表現します。tが0の場合、関数の値はセグメントの一方の端点であり、tが1の場合、関数の値はもう一方の端点です。
- 可能であれば、原点からの距離が円の半径と等しいx、y座標を生成するtの値を制約することから生じる2次方程式を解きます。
- tが<0または> 1（開いているセグメントの場合、<= 0または> = 1）である解を破棄します。これらのポイントはセグメントに含まれていません。
- 元の座標に戻します。
ここで、2次のA、B、Cの値が導出されます。ここで、（n-et）と（m-dt）は、それぞれラインのx座標とy座標の方程式です。rは円の半径です。
(n-et)(n-et) + (m-dt)(m-dt) = rr
nn - 2etn + etet + mm - 2mdt + dtdt = rr
(ee+dd)tt - 2(en + dm)t + nn + mm - rr = 0
したがって、A = ee + dd、B =-2（en + dm）、およびC = nn + mm-rrです。
関数のgolangコードは次のとおりです。
package geom
import (
"math"
)
// SegmentCircleIntersection return points of intersection between a circle and
// a line segment. The Boolean intersects returns true if one or
// more solutions exist. If only one solution exists,
// x1 == x2 and y1 == y2.
// s1x and s1y are coordinates for one end point of the segment, and
// s2x and s2y are coordinates for the other end of the segment.
// cx and cy are the coordinates of the center of the circle and
// r is the radius of the circle.
func SegmentCircleIntersection(s1x, s1y, s2x, s2y, cx, cy, r float64) (x1, y1, x2, y2 float64, intersects bool) {
// (n-et) and (m-dt) are expressions for the x and y coordinates
// of a parameterized line in coordinates whose origin is the
// center of the circle.
// When t = 0, (n-et) == s1x - cx and (m-dt) == s1y - cy
// When t = 1, (n-et) == s2x - cx and (m-dt) == s2y - cy.
n := s2x - cx
m := s2y - cy
e := s2x - s1x
d := s2y - s1y
// lineFunc checks if the t parameter is in the segment and if so
// calculates the line point in the unshifted coordinates (adds back
// cx and cy.
lineFunc := func(t float64) (x, y float64, inBounds bool) {
inBounds = t >= 0 && t <= 1 // Check bounds on closed segment
// To check bounds for an open segment use t > 0 && t < 1
if inBounds { // Calc coords for point in segment
x = n - e*t + cx
y = m - d*t + cy
}
return
}
// Since we want the points on the line distance r from the origin,
// (n-et)(n-et) + (m-dt)(m-dt) = rr.
// Expanding and collecting terms yeilds the following quadratic equation:
A, B, C := e*e+d*d, -2*(e*n+m*d), n*n+m*m-r*r
D := B*B - 4*A*C // discriminant of quadratic
if D < 0 {
return // No solution
}
D = math.Sqrt(D)
var p1In, p2In bool
x1, y1, p1In = lineFunc((-B + D) / (2 * A)) // First root
if D == 0.0 {
intersects = p1In
x2, y2 = x1, y1
return // Only possible solution, quadratic has one root.
}
x2, y2, p2In = lineFunc((-B - D) / (2 * A)) // Second root
intersects = p1In || p2In
if p1In == false { // Only x2, y2 may be valid solutions
x1, y1 = x2, y2
} else if p2In == false { // Only x1, y1 are valid solutions
x2, y2 = x1, y1
}
return
}
この関数を使用してテストしました。これにより、解の点が線分内と円上にあることが確認されます。テストセグメントを作成し、指定された円の周りをスイープします。
package geom_test
import (
"testing"
. "**put your package path here**"
)
func CheckEpsilon(t *testing.T, v, epsilon float64, message string) {
if v > epsilon || v < -epsilon {
t.Error(message, v, epsilon)
t.FailNow()
}
}
func TestSegmentCircleIntersection(t *testing.T) {
epsilon := 1e-10 // Something smallish
x1, y1 := 5.0, 2.0 // segment end point 1
x2, y2 := 50.0, 30.0 // segment end point 2
cx, cy := 100.0, 90.0 // center of circle
r := 80.0
segx, segy := x2-x1, y2-y1
testCntr, solutionCntr := 0, 0
for i := -100; i < 100; i++ {
for j := -100; j < 100; j++ {
testCntr++
s1x, s2x := x1+float64(i), x2+float64(i)
s1y, s2y := y1+float64(j), y2+float64(j)
sc1x, sc1y := s1x-cx, s1y-cy
seg1Inside := sc1x*sc1x+sc1y*sc1y < r*r
sc2x, sc2y := s2x-cx, s2y-cy
seg2Inside := sc2x*sc2x+sc2y*sc2y < r*r
p1x, p1y, p2x, p2y, intersects := SegmentCircleIntersection(s1x, s1y, s2x, s2y, cx, cy, r)
if intersects {
solutionCntr++
//Check if points are on circle
c1x, c1y := p1x-cx, p1y-cy
deltaLen1 := (c1x*c1x + c1y*c1y) - r*r
CheckEpsilon(t, deltaLen1, epsilon, "p1 not on circle")
c2x, c2y := p2x-cx, p2y-cy
deltaLen2 := (c2x*c2x + c2y*c2y) - r*r
CheckEpsilon(t, deltaLen2, epsilon, "p2 not on circle")
// Check if points are on the line through the line segment
// "cross product" of vector from a segment point to the point
// and the vector for the segment should be near zero
vp1x, vp1y := p1x-s1x, p1y-s1y
crossProd1 := vp1x*segy - vp1y*segx
CheckEpsilon(t, crossProd1, epsilon, "p1 not on line ")
vp2x, vp2y := p2x-s1x, p2y-s1y
crossProd2 := vp2x*segy - vp2y*segx
CheckEpsilon(t, crossProd2, epsilon, "p2 not on line ")
// Check if point is between points s1 and s2 on line
// This means the sign of the dot prod of the segment vector
// and point to segment end point vectors are opposite for
// either end.
wp1x, wp1y := p1x-s2x, p1y-s2y
dp1v := vp1x*segx + vp1y*segy
dp1w := wp1x*segx + wp1y*segy
if (dp1v < 0 && dp1w < 0) || (dp1v > 0 && dp1w > 0) {
t.Error("point not contained in segment ", dp1v, dp1w)
t.FailNow()
}
wp2x, wp2y := p2x-s2x, p2y-s2y
dp2v := vp2x*segx + vp2y*segy
dp2w := wp2x*segx + wp2y*segy
if (dp2v < 0 && dp2w < 0) || (dp2v > 0 && dp2w > 0) {
t.Error("point not contained in segment ", dp2v, dp2w)
t.FailNow()
}
if s1x == s2x && s2y == s1y { //Only one solution
// Test that one end of the segment is withing the radius of the circle
// and one is not
if seg1Inside && seg2Inside {
t.Error("Only one solution but both line segment ends inside")
t.FailNow()
}
if !seg1Inside && !seg2Inside {
t.Error("Only one solution but both line segment ends outside")
t.FailNow()
}
}
} else { // No intersection, check if both points outside or inside
if (seg1Inside && !seg2Inside) || (!seg1Inside && seg2Inside) {
t.Error("No solution but only one point in radius of circle")
t.FailNow()
}
}
}
}
t.Log("Tested ", testCntr, " examples and found ", solutionCntr, " solutions.")
}
これはテストの出力です：
=== RUN TestSegmentCircleIntersection
--- PASS: TestSegmentCircleIntersection (0.00s)
geom_test.go:105: Tested 40000 examples and found 7343 solutions.
最後に、このメソッドは、t> 0またはt <1のどちらか一方のみをテストすることにより、一方の点から始まり、もう一方の点を通過して無限に延びる光線の場合に簡単に拡張できます。
