Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Пересечение отрезков на сфере

2382 байта добавлено, 17:08, 24 августа 2014
Проверка на пересечение двух отрезков на сфере
Дано два отрезка на сфере. Необходимо узнать пересекаются ли они.
== Проверка на пересечение Алгоритм ==
1) Проверим отрезки на то что они лежат в одной плоскости, если лежат перейдем к плоскости и разберем случаи, иначе перейдем к шагу 2.
Сопоставим каждой точке на сфере луч, исходящий 2) Построим из центра сфера и проходящий через эту точку. Тогда лучи сопоставляемые двум точкам будут образовывать плоскость. Необходимо научиться проверять лежит данная точка в плоскости образованной двумя другими точками. Итак у нас есть точки <tex>a</tex> и <tex>b</tex> образующие плоскость, также есть точка <tex>c</tex>. Необходимо узнать расположение этой точки относительно плоскости. Вспомним о повороте. Необходимо посчитать определитель матрицы поворота и сравнить его знак с нулемконцов отрезков тетраэдр.
3) Проверим центр сферы на принадлежность тетраэдру. Если принадлежит то отрезки не пересекаются, иначе перейдем к шагу 4. 4) Проверим с помощью поворота отрезки на пересечение. == Проверка на пересечение двух отрезков на сфере==  Сопоставим каждой точке на сфере луч, исходящий из центра сферы(точка <tex>O</tex>) и проходящий через эту точку. Тогда лучи сопоставляемые двум точкам будут образовывать плоскость. Необходимо проверять лежит ли точка <tex>C</tex> в плоскости образованной лучами точек <tex>A</tex> и <tex>B</tex>. Вспомним о повороте. Необходимо посчитать определитель матрицы поворота и сравнить его знак с нулем. [[Файл:Sphere1Sphere_1.png|right|1000|thumb|Плоскость, образованная центром сферы и точками <tex>A </tex> и <tex>B</tex>. Необходимо определить взаимное расположение плоскости и точки С]]
Рассмотрим три случая:
* <tex>sign(|A|) > 0</tex> тогда точка <tex>c</tex> лежит над плоскостью, образованной точками <tex>aO</tex>, <tex>A</tex> и <tex>bB</tex>.* <tex>sign(|A|) < 0</tex> тогда точка <tex>c</tex> лежит под плоскостью, образованной точками <tex>aO</tex>, <tex>A</tex> и <tex>bB</tex>.* <tex>sign(|A|) = 0</tex> тогда точка <tex>c</tex> лежит на плоскости, образованной точками <tex>aO</tex>, <tex>A</tex> и <tex>bB</tex>. 
|statement=Если два отрезка на сфере пересекаются, то все их четыре точки находятся в одной полусфере.
|proof=
[[Файл:Sphere3Sphere_4.jpgpng|right|1000|thumb|Плоскость ОАХ]]Пусть есть отрезки: <tex>AB</tex> и <tex>CD</tex>. Точка пересечения <tex>X</tex>. Центр сферы - начало координат <tex>O</tex>.Найдем нужную полусферу. Это будет полусфера от окружности точек плоскости, образованной точками <tex>O</tex>, <tex>A</tex> и <tex>C</tex>, ориентированная так, чтобы содержать <tex>X</tex>.Проведем плоскость <tex>OAX</tex>, пересечем ее со сферой. На полученной окружности возьмем точку <tex>A'</tex> - диаметрально противоположную точке <tex>A</tex>. Точка <tex>B</tex> находится в нашей полусфере, потому что она находится "ближе" точки <tex>A'</tex>. Если бы она была дальше точки <tex>A'</tex>, то мы бы провели отрезок <tex>AB</tex> через другую половину сферы, и соответственно, точка <tex>X</tex> была бы не в выбранной полусфериполусфере.
Далее повторим рассуждения для точек <tex>C</tex> и <tex>D</tex>.
}}
[[Файл:Sphere2.jpg|right|1000|thumb|Тетраэдр полученный из концов отрезков. В данном случае грань ADC отсекает его от центра сферы.]]
Проверим лежат ли точки в одной плоскости, если лежат проведем эту плоскость, пересечение сферы и этой плоскости это окружность, на которой лежат 4 точки(начала и концы отрезков).Далее необходимо выбрать из 2ух отрезков любой, посчитать поворот его концов относительно центра окружности, а дальше сравнить поворот оставшихся точек, если хотя бы одна точка из второго отрезка попадает в диапазон значений между концами выбранного нами отрезка, то перейдем к плоскостипрямые пересекаются, иначе необходимо взять другой отрезок и проверка на пересечение прямых переходит проверить это же утверждение для него(так как 1ый взятый нами отрезок мог содержаться во втором), в разбор случаевслучае если оба случая не дали положительного результата - отрезки не пересекаются. Иначе , если точки не лежат в одной плоскости, рассмотрим следующий алгоритм.
Соединив Соединим концы отрезков, получим результатом будет тетрэдр.
{{Утверждение
Для того чтобы определить принадлежит ли центр шара тетраэдру, необходимо найти грань тетраэдра, которая будет отсекать тетрэдр от центра шара, если такой грани не существует, то центра шара принадлежит тетраэдру, следовательно отрезки находятся в разных полушариях, следовательно они не пересекаются.
Для того, чтобы найти такую грань, необходимо для каждой пары точек грани тетраэдра проверить поворот противоположной точки и центра окружности, и если знаки определителей матриц поворота оказались разные, то такая грань найдена. Для того, чтобы проверить существование грани, отсекающей тетраэдр <tex>PABC</tex> от центра сферы, необходимо посчитать определитель матрицы поворота для четырех точек.  <tex> A = </tex><tex>\left (\begin{array}{cccc} a_x & a_y & a_z & 1 \\ b_x & b_y & b_z & 1 \\ c_x & c_y & c_z & 1 \\ p_x & p_y & p_z & 1 \end{array}\right)</tex>   Где <tex>A</tex>, <tex>B</tex>, <tex>C</tex> - точки задающие плоскость, <tex>P</tex> точка для которой надо вычислить поворот. 
Рассмотрим отрезки <tex>AB</tex> и <tex>CD</tex>. Проверим их на пересечение. Для этого возьмем отрезок <tex>AB</tex> и посчитаем для него следующее соотношение
91
правка

Навигация