计算几何基础知识整理
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几何公式知识点总结一、平面几何公式1. 长方形的面积公式:S = l * w,其中S表示面积,l表示长,w表示宽。
2. 正方形的面积公式:S = a * a,其中S表示面积,a表示边长。
3. 圆的面积公式:S = π * r^2,其中S表示面积,π是圆周率,r是半径。
4. 三角形的面积公式:S = 0.5 * b * h,其中S表示面积,b表示底边长,h表示高。
5. 梯形的面积公式:S = 0.5 * (a + b) * h,其中S表示面积,a、b表示上下底边长,h表示高。
6. 平行四边形的面积公式:S = b * h,其中S表示面积,b表示底边长,h表示高。
7. 等边三角形的面积公式:S = (a^2 * √3) /4,其中S表示面积,a表示边长。
8. 等腰三角形的面积公式:S = 0.5 * b * h,其中S表示面积,b表示底边长,h表示高。
9. 直角三角形的勾股定理公式:a^2 + b^2 = c^2,其中a、b、c分别表示直角三角形的两条直角边和斜边的长度。
10. 三角形的三边关系公式:a + b > c,a + c > b,b + c > a,其中a、b、c分别表示三角形的三条边长度。
11. 三角形的海伦公式:S = √[p * (p - a) * (p - b) * (p - c)],其中S表示面积,p表示半周长,a、b、c分别表示三角形的三条边长。
12. 圆的周长公式:C = 2 * π * r,其中C表示周长,π是圆周率,r是半径。
13. 圆环的面积公式:S = π * (R^2 - r^2),其中S表示面积,π是圆周率,R表示外圆半径,r表示内圆半径。
14. 扇形的面积公式:S = 0.5 * r^2 * θ,其中S表示面积,r表示半径,θ表示弧度。
15. 正多边形的内角和公式:内角和 = (n - 2) * 180°,其中n表示正多边形的边数。
二、立体几何公式1. 直方体的体积公式:V = l * w * h,其中V表示体积,l、w、h分别表示长、宽、高。
几何体的计算知识点总结几何体是几何学中常见的一种立体图形,它具有三维空间的特性。
在几何体的计算中,我们需要了解一些基本的知识点和公式,以便准确计算其面积、体积等参数。
下面是几何体的计算知识点的总结。
1. 立方体的计算立方体是一种具有六个相等的正方形面的几何体。
我们可以通过以下公式计算立方体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = 6a²(其中a表示正方形的边长)体积公式:V = a³2. 正方体的计算正方体是一种具有六个相等的正方形面的几何体,并且内部所有角度均为直角。
我们可以通过以下公式计算正方体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = 6a²(其中a表示正方形的边长)体积公式:V = a³3. 球体的计算球体是一种具有无限个相等半径的球面的几何体。
我们可以通过以下公式计算球体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = 4πr²(其中r表示球体的半径)体积公式:V = (4/3)πr³4. 圆柱体的计算圆柱体是一种具有两个平行且相等的圆面和一个侧面的几何体。
我们可以通过以下公式计算圆柱体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = 2πr² + 2πrh(其中r表示圆柱的半径,h表示圆柱的高度)体积公式:V = πr²h5. 圆锥体的计算圆锥体是一种具有一个圆锥面和一个圆面的几何体。
我们可以通过以下公式计算圆锥体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = πrl + πr²(其中r表示圆锥的底面半径,l表示圆锥的斜高)体积公式:V = (1/3)πr²h(其中r表示圆锥的底面半径,h表示圆锥的高度)6. 圆环体的计算圆环体是一种具有两个平行且相等的圆面和一个侧面的几何体。
我们可以通过以下公式计算圆环体的表面积(S)和体积(V):表面积公式:S = 2π(R+r)h(其中R表示外圆的半径,r表示内圆的半径,h表示圆环体的高度)体积公式:V = πh(R²-r²)(其中R表示外圆的半径,r表示内圆的半径,h表示圆环体的高度)以上是几何体的计算知识点的总结,通过掌握这些基本的几何体计算公式,我们能够准确计算各种几何体的面积、体积等参数,为我们解决实际问题提供了便利。
几何图形计算公式大全在几何学中,几何图形的计算公式是非常重要的,它们可以帮助我们计算图形的各种属性,比如面积、周长、体积等。
本文将为大家整理几何图形的计算公式大全,希望能对大家的学习和工作有所帮助。
一、基本图形的计算公式。
1. 正方形,正方形的面积计算公式为,A = a²,其中a为正方形的边长;周长计算公式为,P = 4a。
2. 长方形,长方形的面积计算公式为,A = l w,其中l为长,w为宽;周长计算公式为,P = 2(l + w)。
3. 圆形,圆的面积计算公式为,A = πr²,其中π为圆周率,r为圆的半径;周长计算公式为,C = 2πr。
4. 三角形,三角形的面积计算公式为,A = 1/2 b h,其中b为底边长,h为高;周长计算公式为,P = a + b + c。
5. 正方体,正方体的体积计算公式为,V = a³,其中a为边长;表面积计算公式为,S = 6a²。
二、特殊图形的计算公式。
1. 梯形,梯形的面积计算公式为,A = 1/2 (a + b) h,其中a和b为上下底长,h为高;周长计算公式为,P = a + b + c + d。
2. 圆柱,圆柱的体积计算公式为,V = πr²h,其中r为底面半径,h为高;表面积计算公式为,S = 2πr² + 2πrh。
3. 锥形,锥形的体积计算公式为,V = 1/3 πr²h,其中r为底面半径,h为高;表面积计算公式为,S = πr² + πrl,其中l为斜高。
4. 球体,球体的体积计算公式为,V = 4/3 πr³,其中r为半径;表面积计算公式为,S = 4πr²。
三、复合图形的计算公式。
1. 复合图形的面积计算公式,首先将复合图形分解为基本图形,然后分别计算各个基本图形的面积,最后将各个基本图形的面积相加即可得到复合图形的总面积。
2. 复合图形的周长计算公式,同样的方法,将复合图形分解为基本图形,然后分别计算各个基本图形的周长,最后将各个基本图形的周长相加即可得到复合图形的总周长。
几何知识点总结及解析几何是研究空间和形状的数学学科,它是数学中最古老的分支之一。
它研究空间形状、大小、相对位置以及空间中的运动等问题。
在我们日常生活中,几何知识得到了广泛的应用,比如建筑、工程、地图制作、艺术设计等领域。
在几何学中,有许多基本的知识点,下面将对其中一些重要的知识点进行总结和解析。
一、基本几何图形1. 点、线、面在几何学中,最基本的几何图形有三种,分别是点、线、面。
点是几何图形的最小单位,没有长度、面积或体积,但有位置。
线是由一系列相连点组成的,没有宽度但有长度,可以延伸无限远。
面是由一条闭合曲线所围成的区域,有长度和宽度,可以用来表示平面图形。
2. 多边形多边形是由若干条线段所组成的封闭图形,其中的每条边都连接两个顶点,且相邻的边之间不能相交。
根据边的个数,多边形可以分为三角形、四边形、五边形等。
3. 圆圆是一个平面上所有与给定点的距离都相等的点的集合,这个点称为圆心,这个距离称为半径。
圆是几何学中最基本的曲线,也是一个重要的几何图形。
二、几何运算1. 向量向量是有大小和方向的量,它是几何学中一个非常重要的概念。
向量可以用有向线段来表示,其长度表示其大小,而方向则表示其方向。
在几何运算中,向量可以进行加法、减法、数量乘法等运算,而且向量还可以表示为坐标的形式。
2. 平移、旋转、对称平移是指把图形沿着某个方向移动一段距离,但是不改变其形状和大小。
旋转是指以一个固定的点为中心,将图形绕着这个点按一定的角度旋转。
对称是指一个图形可以通过某条直线、点或中心进行对称,即图形的两侧完全对称。
三、几何性质1. 直线与角在几何学中,直线是最基本的图形之一,没有宽度和弯曲。
而角是由两条射线的公共端点所确定的,角的大小可以用度数来表示。
直线和角是几何学中的基本概念,它们具有许多重要的性质和定理。
2. 圆的性质圆是几何学中的重要图形,它具有许多独特的性质。
比如圆的直径等于其半径的两倍,圆的周长和面积都与半径有关等。
基础几何知识点总结几何学是数学的一个重要分支,研究空间形状、大小、位置关系以及图形的性质等内容。
在几何学中,我们主要研究的对象是点、线、面、体等几何元素。
几何学知识在日常生活中也有很多应用,比如在建筑设计、地图制作、商品包装等领域都能够看到几何学的影子。
在我们学习几何学的过程中,需要掌握一些基础的知识点,这些知识点包括了几何学中的基本概念、基本定理和常用方法。
下面就来总结一下这些基础几何知识点。
一、基本概念1. 点、线、面、体:几何学中的最基本元素,点是没有大小和形状的,只有位置的;线是由无数个点连成的轨迹,只有长度没有宽度;面是由无数个线连成的轨迹,只有长和宽没有厚度;体是由无数个面连成的轨迹,既有长、宽、厚。
2. 直线、射线、线段:直线是由无数个相邻的点连成的轨迹,没有起点和终点;射线是由一个点和这个点以外的所有点连成的轨迹,有一个起点无终点;线段是由两个点和这两个点之间的所有点连成的轨迹,有一个起点一个终点。
3. 平行线、垂直线:两条直线在同一平面内,如果它们没有公共点,则称这两条直线平行;如果两条直线的夹角为90度,则称这两条直线垂直。
4. 锐角、直角、钝角:小于90度的角称为锐角,等于90度的角称为直角,大于90度小于180度的角称为钝角。
5. 三角形、四边形、多边形:三个边和三个角组成的图形称为三角形;四个边和四个角组成的图形称为四边形;多条边和多个角组成的图形称为多边形。
6. 圆、圆心、半径、直径:平面上所有到一个点的距离都相等的点的轨迹称为圆;这个点称为圆心,到圆心的距离称为半径,通过圆心且中心在圆上的线段称为直径。
二、基本定理1. 同位角定理:线段和直线的交点处的内角与外角互为补角。
2. 同位角与内错角定理:平行线上的对应角相等,内错角相等。
3. 三角形内角和定理:三角形内角和等于180度。
4. 三角形外角和定理:三角形外角和等于其不相邻的两个内角和。
5. 三角形边长关系:任意两边之和大于第三边。
初中数学几何知识点归纳一、几何基础知识1. 点、线、面- 点:没有大小,只有位置。
- 线:由无数个点组成,有长度,没有宽度。
- 面:由无数条线组成,有长度和宽度。
2. 直线、射线、线段- 直线:无限延伸,没有端点。
- 射线:有一个端点,向一个方向无限延伸。
- 线段:有两个端点,长度有限。
3. 角- 邻角:有共同顶点和边的两个角。
- 对顶角:两条射线共享一个公共点,形成的两个角。
- 平行线:在同一平面内,永不相交的两条直线。
二、平面图形1. 三角形- 等边三角形:三条边长度相等。
- 等腰三角形:至少有两条边长度相等。
- 直角三角形:有一个90度的角。
- 钝角三角形:有一个大于90度的角。
- 锐角三角形:所有角都小于90度。
2. 四边形- 正方形:四条边长度相等,四个角都是直角。
- 长方形:对边平行且相等,四个角都是直角。
- 平行四边形:对边平行。
- 梯形:至少有一组对边平行。
3. 圆- 圆心:圆的中心点。
- 半径:圆心到圆上任意一点的距离。
- 直径:通过圆心的最长线段,等于半径的两倍。
三、几何图形的性质1. 三角形的性质- 内角和:三角形内角和为180度。
- 海伦公式:已知三边长度,可以计算三角形的面积。
2. 四边形的性质- 正方形的性质:对角线相等且互相平分。
- 长方形的性质:对角线相等且互相平分。
- 平行四边形的性质:对角线互相平分。
3. 圆的性质- 圆周率:圆的周长与直径的比值,用π表示。
- 圆的面积:π乘以半径的平方。
四、几何图形的计算1. 面积计算- 三角形面积:底乘高除以2。
- 四边形面积:长乘宽(正方形和长方形);梯形的上下底之和乘高除以2。
- 圆的面积:π乘以半径的平方。
2. 周长计算- 三角形周长:三边之和。
- 四边形周长:四边之和(正方形和长方形);梯形的上下底之和加上两腰之和。
- 圆的周长:2π乘以半径。
3. 体积计算- 圆柱体积:底面积乘以高。
- 圆锥体积:1/3乘以底面积乘以高。
简单几何求值总结知识点一、分析型求值问题1. 计算面积在几何中,计算几何图形的面积是一个常见的求值问题。
常见的几何图形包括矩形、三角形、圆形等。
这些图形的面积计算公式如下:矩形的面积 = 长 × 宽三角形的面积 = 底 × 高 / 2圆形的面积= π × 半径的平方在实际问题中,我们需要根据具体的几何图形来选择相应的计算公式,然后代入相应的数值进行计算即可。
2. 计算周长另外一个常见的几何求值问题是计算几何图形的周长。
周长即为几何图形边界的长度之和。
不同的几何图形周长的计算公式也不同,常见的几何图形周长的计算公式如下:矩形的周长 = 2 ×(长 + 宽)三角形的周长 = 边1 + 边2 + 边3圆形的周长= 2 × π × 半径同样,需要根据实际问题选择相应的计算公式,代入数值进行计算即可。
3. 计算体积在三维几何中,我们也经常会遇到计算体积的问题。
比如,计算立方体的体积、球体的体积等。
这类问题的计算公式如下:立方体的体积 = 长 × 宽 × 高球体的体积= 4/3 × π × 半径的立方与前面的问题类似,需要根据实际问题选择相应的计算公式,代入数值进行计算即可。
二、应用型求值问题1. 实际问题的几何应用在日常生活中,我们也会遇到一些实际问题的几何应用,比如测量房屋的面积、设计花园的面积等。
对于这类问题,我们需要根据实际情况选择合适的几何图形和相应的计算公式进行求解。
这类问题需要我们将数学知识与实际问题相结合,具有一定的应用性。
2. 几何问题的相关知识点在进行几何求值问题的解答时,我们还需要掌握一些相关的几何知识点。
比如,对于三角形的计算,我们需要知道三角形内角和为180度;对于平行四边形的计算,我们需要知道对角线长度相等等。
这些知识点对于解答几何求值问题具有重要的指导意义。
三、解题方法1. 分析问题在解答几何求值问题时,我们首先需要对问题进行仔细的分析。
几何的入门知识点总结1. 点、线、面在几何学中,最基本的概念就是点、线和面。
点是最基本的几何图形,它没有大小和方向,只有位置。
线由一系列相邻的点构成,它是一维图形,没有宽度和厚度。
面则由一系列相邻的线构成,它是二维图形,有宽度和长度,但没有厚度。
在实际应用中,我们经常会用到这些基本概念来描述和分析各种几何形状。
2. 角的概念角是两条射线共同端点的部分,它通常用来描述两条线的夹角和交叉角。
角的大小通常用度数来表示,一个完整的圆周被定义为360度,对应于360度的角叫做一周角。
在实际应用中,我们通常会用角的概念来描述和分析各种图形之间的相对位置和方向。
3. 直线与曲线在几何学中,直线是最简单的图形,它由无穷多个点组成,并且在任意两点之间都是最短的路径。
而曲线则是除直线之外的任何图形,它通常具有曲折和变化的形状。
在几何学中,我们经常会用直线和曲线来描述和分析各种几何形状和它们之间的关系。
4. 多边形的概念多边形是由若干条线段组成的闭合图形,它由若干个顶点和边组成,并且每两条相邻的边都只有一个共同的端点。
多边形可以分为三角形、四边形、五边形等不同类型,它们在实际应用中都有着广泛的应用。
5. 圆的概念圆是由一系列与同一点的等距离的点组成的闭合曲线,它的周长和面积都有着特定的计算公式。
圆在几何学中应用广泛,我们通常会用它来描述和分析各种几何形状和它们之间的相互关系。
6. 几何变换几何变换是指通过移动、旋转、镜像、缩放等方法改变几何图形的位置、大小和形状。
通过几何变换,我们可以得到原始图形的各种变化形式,从而更好地理解和分析它们之间的关系。
通过以上的介绍,我们可以初步了解几何学的基本概念和原理,帮助大家更好地理解和应用几何学的知识。
在学习几何学的过程中,我们还可以深入研究各种几何形状的性质和计算方法,进一步提高自己的几何学水平。
希望以上内容对大家有所帮助,希望大家在日常应用和学习中能够更好地运用几何学的知识。
几何有关知识点总结几何的基础知识点包括点、线、面、多边形、圆等,下面将逐个进行讲解。
1. 点:点是几何的基本概念,没有长度,没有宽度,没有厚度。
在数学中用大写字母表示,如A、B、C等。
2. 线:线是由一系列相互连接的点组成的,没有宽度但有长度。
一条线段有两个端点,用两个大写字母表示,如AB就表示线段AB。
3. 面:面是由线段组成的,没有厚度但有长度和宽度。
面是一个封闭的区域,可以用平面图形来表示,如矩形、三角形、圆形等。
4. 多边形:多边形是由若干条线段组成的封闭图形,这些线段相互连接,且首尾相接。
多边形的边数不限,可以是三边形、四边形、五边形等。
5. 圆:圆是一个平面上所有点到一个指定点的距离相等的集合,这个指定点称为圆心,所有距离相等的点组成的曲线称为圆周。
圆的直径是圆周上任意两点之间的线段,圆的面积是圆周上所有点构成的区域。
基本的几何结构包括:1. 平行线:在同一个平面上的两条直线,如果它们不相交,则称为平行线。
2. 垂直线:在同一个平面上的两条直线,如果它们相交,交角为90度,则称为垂直线。
3. 直角:两条相互垂直的线段所成的角叫做直角,度数为90度。
4. 角:两条射线有一个公共端点,两条射线所围成的部分叫做角。
角的度数用度来表示。
5. 三角形:三角形是一个封闭的图形,由三条线段组成。
三角形的三个顶点用大写字母表示,相对的边分别用小写字母表示。
6. 四边形:四边形是有四条边的封闭图形,例如矩形、正方形、梯形等。
7. 多边形:多边形是由若干个边组成的封闭图形,例如五边形、六边形等。
几何还涉及到形状的变化,包括平移、旋转、镜像等变换。
通过这些变换,我们可以得到不同的形状,研究它们之间的关系。
几何还涉及到面积和体积的计算,通过测量和计算我们可以得到一个几何图形的面积和体积。
比如矩形的面积等于长乘以宽,三角形的面积等于底乘以高再除以2,圆的面积等于π乘以半径的平方等。
除了基本的几何知识之外,还有一些常见的几何定理和公式,如勾股定理、相似三角形的性质、圆的周长和面积公式等。
几何最全知识点总结一、基本概念1. 点:几何中最基本的概念,没有长、宽、厚,只有位置。
2. 线:由一数不尽多的点连成的,具有长度但没有宽度。
3. 面:由一数不尽多的线连成的,具有长度和宽度但没有厚度。
4. 角:由两条线或者线段的夹角形成,常用度量单位为度或者弧度。
5. 多边形:是由多条线段连结成的封闭图形,包括三角形、四边形、五边形等不同类别的多边形。
二、图形的性质1. 同位角:是两条线分线的两个交角,或者是两条平行线被截线所形成的四个相对角。
2. 对顶角:是两条平行线被截线所形成的一对相等的角。
3. 同轴角:是两条同一直线上的交角,它们的和为180度。
4. 直角三角形:三角形中有一个内角是90度的三角形。
5. 锐角三角形:三角形中的三个内角都是锐角的三角形。
6. 钝角三角形:三角形中有一个内角是钝角的三角形。
7. 等腰三角形:三角形中有两个边相等的三角形。
8. 等边三角形:三角形中的三条边都相等的三角形。
三、几何的运算1. 线段的长度:通过测量线段的两个端点的坐标求得线段的长度。
2. 角度的计算:通过测量角的两个边的夹角或者两个边的斜率来计算角度。
3. 面积的计算:可以通过不同的方法来求解不同图形的面积,如平行四边形的面积计算公式为底边乘以高度。
四、空间几何1. 点、线、面的位置关系:点位于线上,线位于一个平面上,平面又位于一个三维空间中。
2. 空间图形的性质:几何中常用到的空间图形包括球体、圆锥、圆柱、棱柱、棱锥等,它们有各自的性质和公式,需要我们熟练掌握。
3. 空间的投影:在研究真实物体时,为了方便观察和计算,我们需要进行体积和表面积的投影计算。
综上所述,几何是一门涉及到图形、空间、度量等多方面的数学科学。
通过对基本概念、图形的性质、几何的运算和空间几何的学习,我们可以更好地理解和掌握几何学的知识,同时也能够应用到实际生活与工作中。
希望本文对几何知识点的总结能够帮助读者更深入地了解几何学的相关内容。
计算几何基础知识整理一、序言计算机的出现使得很多原本十分繁琐的工作得以大幅度简化,但是也有一些在人们直观看来很容易的问题却需要拿出一套并不简单的通用解决方案,比如几何问题。
作为计算机科学的一个分支,计算几何主要研究解决几何问题的算法。
在现代工程和数学领域,计算几何在图形学、机器人技术、超大规模集成电路设计和统计等诸多领域有着十分重要的应用。
在本文中,我们将对计算几何常用的基本算法做一个全面的介绍,希望对您了解并应用计算几何的知识解决问题起到帮助。
二、本基础目录本文整理的计算几何基本概念和常用算法包括如下内容:1. 矢量的概念2. 矢量加减法3. 矢量叉积4. 折线段的拐向判断5. 判断点是否在线段上6. 判断两线段是否相交7. 判断线段和直线是否相交8. 判断矩形是否包含点9. 判断线段、折线、多边形是否在矩形中10. 判断矩形是否在矩形中11. 判断圆是否在矩形中12. 判断点是否在多边形中13. 判断线段是否在多边形内14. 判断折线是否在多边形内15. 判断多边形是否在多边形内16. 判断矩形是否在多边形内17. 判断圆是否在多边形内18. 判断点是否在圆内19. 判断线段、折线、矩形、多边形是否在圆内20. 判断圆是否在圆内21. 计算点到线段的最近点22. 计算点到折线、矩形、多边形的最近点23. 计算点到圆的最近距离及交点坐标24. 计算两条共线的线段的交点25. 计算线段或直线与线段的交点26. 求线段或直线与折线、矩形、多边形的交点27. 求线段或直线与圆的交点28. 凸包的概念29. 凸包的求法三、算法介绍1.矢量的概念:如果一条线段的端点是有次序之分的,我们把这种线段成为有向线段(directedsegment)。
如果有向线段p1p2的起点p1在坐标原点,我们可以把它称为矢量(vector)p2。
2.矢量加减法:设二维矢量P = ( x1, y1 ),Q = ( x2 , y2 ),则矢量加法定义为:P + Q = ( x1 + x2 , y1 + y2 ),同样的,矢量减法定义为:P - Q = ( x1 - x2 , y1 - y2 )。
显然有性质P + Q = Q + P,P - Q = - ( Q - P )。
3.矢量叉积:计算矢量叉积是与直线和线段相关算法的核心部分。
设矢量P = ( x1, y1 ),Q = ( x2, y2 ),则矢量叉积定义为由(0,0)、p1、p2和p1+p2所组成的平行四边形的带符号的面积,即:P × Q = x1*y2 - x2*y1,其结果是一个标量。
显然有性质P × Q = - ( Q × P ) 和P ×( - Q ) = - ( P × Q )。
一般在不加说明的情况下,本文下述算法中所有的点都看作矢量,两点的加减法就是矢量相加减,而点的乘法则看作矢量叉积。
叉积的一个非常重要性质是可以通过它的符号判断两矢量相互之间的顺逆时针关系:若P × Q > 0 , 则P在Q的顺时针方向。
若P × Q < 0 , 则P在Q的逆时针方向。
若P × Q = 0 , 则P与Q共线,但可能同向也可能反向。
4.折线段的拐向判断:折线段的拐向判断方法可以直接由矢量叉积的性质推出。
对于有公共端点的线段p0p1和p1p2,通过计算(p2 - p0) × (p1 - p0)的符号便可以确定折线段的拐向:若(p2 - p0) × (p1 - p0) > 0,则p0p1在p1点拐向右侧后得到p1p2。
若(p2 - p0) × (p1 - p0) < 0,则p0p1在p1点拐向左侧后得到p1p2。
若(p2 - p0) × (p1 - p0) = 0,则p0、p1、p2三点共线。
具体情况可参考下图:5.判断点是否在线段上:设点为Q,线段为P1P2 ,判断点Q在该线段上的依据是:( Q - P1 ) × ( P2 - P1 ) = 0 且Q 在以P1,P2为对角顶点的矩形内。
前者保证Q点在直线P1P2上,后者是保证Q点不在线段P1P2的延长线或反向延长线上,对于这一步骤的判断可以用以下过程实现:ON-SEGMENT(pi,pj,pk)if min(xi,xj) <= xk <= max(xi,xj) and min(yi,yj) <= yk <= max(yi,yj)then return true;else return false;特别要注意的是,由于需要考虑水平线段和垂直线段两种特殊情况,min(xi,xj)<=xk<=max(xi,xj)和min(yi,yj)<=yk<=max(yi,yj)两个条件必须同时满足才能返回真值。
6.判断两线段是否相交:我们分两步确定两条线段是否相交:(1)快速排斥试验设以线段P1P2 为对角线的矩形为R,设以线段Q1Q2 为对角线的矩形为T,如果R和T不相交,显然两线段不会相交。
(2)跨立试验如果两线段相交,则两线段必然相互跨立对方。
若P1P2跨立Q1Q2 ,则矢量( P1 - Q1 ) 和( P2 - Q1 )位于矢量( Q2 - Q1 ) 的两侧,即( P1 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) * ( P2 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) < 0。
上式可改写成( P1 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) * ( Q2 - Q1 ) × ( P2 - Q1 ) > 0。
当( P1 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) = 0 时,说明( P1 - Q1 ) 和( Q2 - Q1 )共线,但是因为已经通过快速排斥试验,所以P1 一定在线段Q1Q2上;同理,( Q2 - Q1 ) ×(P2 - Q1 ) = 0 说明P2 一定在线段Q1Q2上。
所以判断P1P2跨立Q1Q2的依据是:( P1 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) * ( Q2 - Q1 ) × ( P2 - Q1 ) >= 0。
同理判断Q1Q2跨立P1P2的依据是:( Q1 - P1 ) × ( P2 - P1 ) * ( P2 - P1 ) × ( Q2 - P1 ) >= 0。
具体情况如下图所示:在相同的原理下,对此算法的具体的实现细节可能会与此有所不同,除了这种过程外,大家也可以参考《算法导论》上的实现。
7.判断线段和直线是否相交:有了上面的基础,这个算法就很容易了。
如果线段P1P2和直线Q1Q2相交,则P1P2跨立Q1Q2,即:( P1 - Q1 ) × ( Q2 - Q1 ) * ( Q2 - Q1 ) × ( P2 - Q1 ) >= 0。
8.判断矩形是否包含点:只要判断该点的横坐标和纵坐标是否夹在矩形的左右边和上下边之间。
9.判断线段、折线、多边形是否在矩形中:因为矩形是个凸集,所以只要判断所有端点是否都在矩形中就可以了。
10.判断矩形是否在矩形中:只要比较左右边界和上下边界就可以了。
11.判断圆是否在矩形中:很容易证明,圆在矩形中的充要条件是:圆心在矩形中且圆的半径小于等于圆心到矩形四边的距离的最小值。
12.判断点是否在多边形中:判断点P是否在多边形中是计算几何中一个非常基本但是十分重要的算法。
以点P为端点,向左方作射线L,由于多边形是有界的,所以射线L的左端一定在多边形外,考虑沿着L从无穷远处开始自左向右移动,遇到和多边形的第一个交点的时候,进入到了多边形的内部,遇到第二个交点的时候,离开了多边形,……所以很容易看出当L和多边形的交点数目C是奇数的时候,P在多边形内,是偶数的话P在多边形外。
但是有些特殊情况要加以考虑。
如图下图(a)(b)(c)(d)所示。
在图(a)中,L和多边形的顶点相交,这时候交点只能计算一个;在图(b)中,L和多边形顶点的交点不应被计算;在图(c)和(d) 中,L和多边形的一条边重合,这条边应该被忽略不计。
如果L和多边形的一条边重合,这条边应该被忽略不计。
为了统一起见,我们在计算射线L和多边形的交点的时候,1。
对于多边形的水平边不作考虑;2。
对于多边形的顶点和L相交的情况,如果该顶点是其所属的边上纵坐标较大的顶点,则计数,否则忽略;3。
对于P在多边形边上的情形,直接可判断P属于多边行。
由此得出算法的伪代码如下:count ←0;以P为端点,作从右向左的射线L;for 多边形的每条边sdo if P在边s上then return true;if s不是水平的then if s的一个端点在L上if 该端点是s两端点中纵坐标较大的端点then count ←count+1else if s和L相交then count ←count+1;if count mod 2 = 1then return true;else return false;其中做射线L的方法是:设P'的纵坐标和P相同,横坐标为正无穷大(很大的一个正数),则P和P'就确定了射线L。
判断点是否在多边形中的这个算法的时间复杂度为O(n)。
另外还有一种算法是用带符号的三角形面积之和与多边形面积进行比较,这种算法由于使用浮点数运算所以会带来一定误差,不推荐大家使用。
13.判断线段是否在多边形内:线段在多边形内的一个必要条件是线段的两个端点都在多边形内,但由于多边形可能为凹,所以这不能成为判断的充分条件。
如果线段和多边形的某条边内交(两线段内交是指两线段相交且交点不在两线段的端点),因为多边形的边的左右两侧分属多边形内外不同部分,所以线段一定会有一部分在多边形外(见图a)。
于是我们得到线段在多边形内的第二个必要条件:线段和多边形的所有边都不内交。
线段和多边形交于线段的两端点并不会影响线段是否在多边形内;但是如果多边形的某个顶点和线段相交,还必须判断两相邻交点之间的线段是否包含于多边形内部(反例见图b)。
因此我们可以先求出所有和线段相交的多边形的顶点,然后按照X-Y坐标排序(X坐标小的排在前面,对于X坐标相同的点,Y坐标小的排在前面,这种排序准则也是为了保证水平和垂直情况的判断正确),这样相邻的两个点就是在线段上相邻的两交点,如果任意相邻两点的中点也在多边形内,则该线段一定在多边形内。
证明如下:命题1:如果线段和多边形的两相邻交点P1 ,P2的中点P' 也在多边形内,则P1, P2之间的所有点都在多边形内。
证明:假设P1,P2之间含有不在多边形内的点,不妨设该点为Q,在P1, P'之间,因为多边形是闭合曲线,所以其内外部之间有界,而P1属于多边行内部,Q属于多边性外部,P'属于多边性内部,P1-Q-P'完全连续,所以P1Q和QP'一定跨越多边形的边界,因此在P1,P'之间至少还有两个该线段和多边形的交点,这和P1P2是相邻两交点矛盾,故命题成立。