天行健 君子当自强而不息

几何检测(1)

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2D隐式直线上的最近点

考虑2D中的直线L,L由所有满足p . n = d的点p组成。

其中n是单位向量,我们的目标是对任意点q,找出直线L上距q距离最短的点q',它是q投影到L上的结果。让我们画一条经过q平行于L的辅助线M,如图13.1所示。设nMdM分别为直线方程的法向量和d值。因为L和M平行,所以它们的法向量相等:nM=n。又因为q在M上,所以dMq.n

现在可以得知,M到L的有符号距离为:d - dm = d - q . n。这个距离显然等于qq'之间的距离(如果结果只需要距离而不是q'的值,到这里可以停止计算了)。为了计算q',只需要将q沿n的方向位移一定距离(公式13.1):

q' = q + (d - q . n)n

公式13.1   计算2D隐式直线上的最近点

 

参数射线上的最近点

考虑在2D或3D中的参数射线R:p(t) = porg + td

其中d是单位向量,参数t在0到L间变化,L是R的长度。 对一给定点q,我们想要找出在R上离q最近的点q'

这是一个简单的向量到向量的投影问题,设vporgq的向量,我们希望得到vd上的投影,或v平行于d的部分,如图13.2所示:

点乘v . d的结果就是满足p(t)=q'的t值。

t = d . v = d . (q - porg)

q' = p(t) = porg + td = porg + (d . (q - porg))d

公式13.2   计算参数射线上的最近点

实际上,等式p(t)求得了在包含R的直线上距q最近的点。如果t<0t>L,则p(t)不在R的范围内。这种情况下,R上距q最近的点是原点(如果t<0)或者终点( t>L)。

如果射线的定义是t00变化,d不必是单位向量,那么在计算t值时必须除以d的模:

t = d . (q - porg) / ||d||

 

平面上的最近点

考虑平面p,其定义为标准的隐式:满足p . n = d的点的集合。

其中n为单位向量,给定一点q,我们想要找到点q',它是qp上的投影。q'就是p上离q最近的点。

前面已经学过如果计算点到平面上的距离,为了计算q',只要在n的方向上平移一段距离(公式13.3):

q' = q + (d - q .n) . n

公式13.3   计算平面上的最近点

注意到,该式和用于计算在2D中隐式直线上最近点的公式13.1相同。

 

圆和球上的最近点

考虑2D中的点q和圆心为c、半径为r的圆(下面的讨论也适用于3D中的球体)。我们希望找到点q',它是圆上离q最近的点。

d为从q指向c的向量,该向量和圆相交于q'。设b为从q指向q'的向量,如图13.3所示:

可以清楚地看出,||b|| = ||d|| - r,因此:

b = ((||d|| - r)/||d||)d

将此位移加到q上,并将它投影到圆上(公式13.4):

q' = q + b = q + ((||d|| - r)/||d||)d

公式13.4   计算圆或球上的最近点

 

AABB上的最近点

设B是由极值点pminpmax定义的AABB。对任意点q都能很容易地计算出B上距离q最近的点q'。所用的方法是按一定的顺序沿着每条轴将q推向B。见程序清单13.1

    Listing 13.1: Computing the closest point in an AABB to a point
   
   
if (x < minX) 
      x = minX;
   
else if (x > maxX) 
      x = maxX;
   
   
if (y < minY) 
      y = minY;
   
else if (y > maxY) 
      y = maxY;
   
   
if (z < minZ) 
      z = minZ;
   
else if (z > maxZ) 
      z = maxZ;

注意,如果q本来就在矩形边界框内部,代码运行的结果将返回原来的点。

posted on 2008-02-26 16:04 lovedday 阅读(747) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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