Tìm giao điểm chính xác của hai đoạn đường là một nhiệm vụ không hề nhỏ với nhiều trường hợp cạnh. Đây là một giải pháp được làm tài liệu, làm việc và thử nghiệm tốt trong Java.
Về bản chất, có ba điều có thể xảy ra khi tìm giao điểm của hai đoạn đường:
Các đoạn không giao nhau
Có một điểm giao nhau duy nhất
Giao lộ là một đoạn khác
LƯU Ý : Trong mã, tôi giả sử rằng một phân đoạn dòng (x1, y1), (x2, y2) với x1 = x2 và y1 = y2 là một phân đoạn dòng hợp lệ. Về mặt toán học, một phân đoạn dòng bao gồm các điểm riêng biệt, nhưng tôi cho phép các phân đoạn trở thành các điểm trong triển khai này để hoàn thiện.
Mã được lấy từ repo github của tôi
/**
* This snippet finds the intersection of two line segments.
* The intersection may either be empty, a single point or the
* intersection is a subsegment there's an overlap.
*/
import static java.lang.Math.abs;
import static java.lang.Math.max;
import static java.lang.Math.min;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class LineSegmentLineSegmentIntersection {
// Small epsilon used for double value comparison.
private static final double EPS = 1e-5;
// 2D Point class.
public static class Pt {
double x, y;
public Pt(double x, double y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public boolean equals(Pt pt) {
return abs(x - pt.x) < EPS && abs(y - pt.y) < EPS;
}
}
// Finds the orientation of point 'c' relative to the line segment (a, b)
// Returns 0 if all three points are collinear.
// Returns -1 if 'c' is clockwise to segment (a, b), i.e right of line formed by the segment.
// Returns +1 if 'c' is counter clockwise to segment (a, b), i.e left of line
// formed by the segment.
public static int orientation(Pt a, Pt b, Pt c) {
double value = (b.y - a.y) * (c.x - b.x) -
(b.x - a.x) * (c.y - b.y);
if (abs(value) < EPS) return 0;
return (value > 0) ? -1 : +1;
}
// Tests whether point 'c' is on the line segment (a, b).
// Ensure first that point c is collinear to segment (a, b) and
// then check whether c is within the rectangle formed by (a, b)
public static boolean pointOnLine(Pt a, Pt b, Pt c) {
return orientation(a, b, c) == 0 &&
min(a.x, b.x) <= c.x && c.x <= max(a.x, b.x) &&
min(a.y, b.y) <= c.y && c.y <= max(a.y, b.y);
}
// Determines whether two segments intersect.
public static boolean segmentsIntersect(Pt p1, Pt p2, Pt p3, Pt p4) {
// Get the orientation of points p3 and p4 in relation
// to the line segment (p1, p2)
int o1 = orientation(p1, p2, p3);
int o2 = orientation(p1, p2, p4);
int o3 = orientation(p3, p4, p1);
int o4 = orientation(p3, p4, p2);
// If the points p1, p2 are on opposite sides of the infinite
// line formed by (p3, p4) and conversly p3, p4 are on opposite
// sides of the infinite line formed by (p1, p2) then there is
// an intersection.
if (o1 != o2 && o3 != o4) return true;
// Collinear special cases (perhaps these if checks can be simplified?)
if (o1 == 0 && pointOnLine(p1, p2, p3)) return true;
if (o2 == 0 && pointOnLine(p1, p2, p4)) return true;
if (o3 == 0 && pointOnLine(p3, p4, p1)) return true;
if (o4 == 0 && pointOnLine(p3, p4, p2)) return true;
return false;
}
public static List<Pt> getCommonEndpoints(Pt p1, Pt p2, Pt p3, Pt p4) {
List<Pt> points = new ArrayList<>();
if (p1.equals(p3)) {
points.add(p1);
if (p2.equals(p4)) points.add(p2);
} else if (p1.equals(p4)) {
points.add(p1);
if (p2.equals(p3)) points.add(p2);
} else if (p2.equals(p3)) {
points.add(p2);
if (p1.equals(p4)) points.add(p1);
} else if (p2.equals(p4)) {
points.add(p2);
if (p1.equals(p3)) points.add(p1);
}
return points;
}
// Finds the intersection point(s) of two line segments. Unlike regular line
// segments, segments which are points (x1 = x2 and y1 = y2) are allowed.
public static Pt[] lineSegmentLineSegmentIntersection(Pt p1, Pt p2, Pt p3, Pt p4) {
// No intersection.
if (!segmentsIntersect(p1, p2, p3, p4)) return new Pt[]{};
// Both segments are a single point.
if (p1.equals(p2) && p2.equals(p3) && p3.equals(p4))
return new Pt[]{p1};
List<Pt> endpoints = getCommonEndpoints(p1, p2, p3, p4);
int n = endpoints.size();
// One of the line segments is an intersecting single point.
// NOTE: checking only n == 1 is insufficient to return early
// because the solution might be a sub segment.
boolean singleton = p1.equals(p2) || p3.equals(p4);
if (n == 1 && singleton) return new Pt[]{endpoints.get(0)};
// Segments are equal.
if (n == 2) return new Pt[]{endpoints.get(0), endpoints.get(1)};
boolean collinearSegments = (orientation(p1, p2, p3) == 0) &&
(orientation(p1, p2, p4) == 0);
// The intersection will be a sub-segment of the two
// segments since they overlap each other.
if (collinearSegments) {
// Segment #2 is enclosed in segment #1
if (pointOnLine(p1, p2, p3) && pointOnLine(p1, p2, p4))
return new Pt[]{p3, p4};
// Segment #1 is enclosed in segment #2
if (pointOnLine(p3, p4, p1) && pointOnLine(p3, p4, p2))
return new Pt[]{p1, p2};
// The subsegment is part of segment #1 and part of segment #2.
// Find the middle points which correspond to this segment.
Pt midPoint1 = pointOnLine(p1, p2, p3) ? p3 : p4;
Pt midPoint2 = pointOnLine(p3, p4, p1) ? p1 : p2;
// There is actually only one middle point!
if (midPoint1.equals(midPoint2)) return new Pt[]{midPoint1};
return new Pt[]{midPoint1, midPoint2};
}
/* Beyond this point there is a unique intersection point. */
// Segment #1 is a vertical line.
if (abs(p1.x - p2.x) < EPS) {
double m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x);
double b = p3.y - m * p3.x;
return new Pt[]{new Pt(p1.x, m * p1.x + b)};
}
// Segment #2 is a vertical line.
if (abs(p3.x - p4.x) < EPS) {
double m = (p2.y - p1.y) / (p2.x - p1.x);
double b = p1.y - m * p1.x;
return new Pt[]{new Pt(p3.x, m * p3.x + b)};
}
double m1 = (p2.y - p1.y) / (p2.x - p1.x);
double m2 = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x);
double b1 = p1.y - m1 * p1.x;
double b2 = p3.y - m2 * p3.x;
double x = (b2 - b1) / (m1 - m2);
double y = (m1 * b2 - m2 * b1) / (m1 - m2);
return new Pt[]{new Pt(x, y)};
}
}
Dưới đây là một ví dụ sử dụng đơn giản:
public static void main(String[] args) {
// Segment #1 is (p1, p2), segment #2 is (p3, p4)
Pt p1, p2, p3, p4;
p1 = new Pt(-2, 4); p2 = new Pt(3, 3);
p3 = new Pt(0, 0); p4 = new Pt(2, 4);
Pt[] points = lineSegmentLineSegmentIntersection(p1, p2, p3, p4);
Pt point = points[0];
// Prints: (1.636, 3.273)
System.out.printf("(%.3f, %.3f)\n", point.x, point.y);
p1 = new Pt(-10, 0); p2 = new Pt(+10, 0);
p3 = new Pt(-5, 0); p4 = new Pt(+5, 0);
points = lineSegmentLineSegmentIntersection(p1, p2, p3, p4);
Pt point1 = points[0], point2 = points[1];
// Prints: (-5.000, 0.000) (5.000, 0.000)
System.out.printf("(%.3f, %.3f) (%.3f, %.3f)\n", point1.x, point1.y, point2.x, point2.y);
}
