Come faccio a determinare se due linee si intersecano o meno, e se lo fanno, in quale punto x, y?

C'è un buon approccio a questo problema che utilizza prodotti incrociati vettoriali. Definire il prodotto incrociato vettoriale bidimensionale v  ×  w per essere v _x  w _y  -  v _y  w _x .

Supponiamo che i due segmenti di linea corrano da p a p  +  r e da q a q  +  s . Quindi qualsiasi punto sulla prima riga è rappresentabile come p  +  t  r (per un parametro scalare  t ) e qualsiasi punto sulla seconda riga come q  +  u  s (per un parametro scalare  u ).

Le due linee si intersecano se possiamo trovare t e u tale che:

p + t  r = q + u  s

Attraversare entrambi i lati con s , ottenendo

( p + t  r ) × s = ( q + u  s ) × s

E poiché s  ×  s = 0, questo significa

t  ( r × s ) = ( q - p ) × s

E quindi, risolvendo per t :

t = ( q - p ) × s / ( r × s )

Allo stesso modo, siamo in grado di risolvere per u :

( p + t  r ) × r = ( q + u  s ) × r

u  ( s × r ) = ( p - q ) × r

u = ( p - q ) × r / ( s × r )

Per ridurre il numero di passaggi di calcolo, è conveniente riscriverlo come segue (ricordando che s  ×  r = -  r  ×  s ):

u = ( q - p ) × r / ( r × s )

Ora ci sono quattro casi:

1. Se r  ×  s  = 0 e ( q  -  p ) ×  r  = 0, le due linee sono collineari.

   In questo caso, esprimere gli endpoint del secondo segmento ( q e q  +  s ) in termini di equazione del primo segmento di linea ( p + t r ):

   t ₀ = ( q - p ) ·  r / ( r  ·  r )

   t ₁ = ( q + s - p ) ·  r / ( r  ·  r ) = t ₀ + s  ·  r / ( r  ·  r )

   Se l'intervallo tra t ₀ e t ₁ interseca l'intervallo [0, 1], i segmenti di linea sono collineari e sovrapposti; altrimenti sono collineari e disgiunti.

   Notare che se s e r puntano in direzioni opposte, allora s  ·  r <0 e quindi l'intervallo da controllare è [ t ₁ , t ₀ ] anziché [ t ₀ , t ₁ ].

2. Se r  ×  s  = 0 e ( q  -  p ) ×  r  ≠ 0, le due linee sono parallele e non intersecanti.

3. Se r  ×  s  ≠ 0 e 0 ≤  t  ≤ 1 e 0 ≤  u  ≤ 1, i due segmenti di linea si incontrano nel punto p + t  r = q + u  s .

4. Altrimenti, i due segmenti di linea non sono paralleli ma non si intersecano.

Credito: questo metodo è la specializzazione bidimensionale dell'algoritmo di intersezione di linee 3D dall'articolo "Intersezione di due linee in tre spazi" di Ronald Goldman, pubblicato su Graphics Gems , pagina 304. In tre dimensioni, il solito caso è che le linee sono inclinate (né parallele né intersecanti) nel qual caso il metodo fornisce i punti di approccio più vicino delle due linee.

FWIW, la seguente funzione (in C) rileva entrambe le intersezioni di linea e determina il punto di intersezione. Si basa su un algoritmo in " Tricks of the Windows Game Programming Gurus " di Andre LeMothe " di . Non è dissimile da alcuni degli algoritmi in altre risposte (ad es. Di Gareth). LeMothe utilizza quindi Cramer's Rule (non chiedermelo) per risolvere le equazioni stesse.

Posso attestare che funziona nel mio debole clone di asteroidi e sembra trattare correttamente i casi limite descritti in altre risposte da Elemental, Dan e Wodzu. Probabilmente è anche più veloce del codice pubblicato da KingNestor perché è tutto moltiplicazione e divisione, nessuna radice quadrata!

Immagino che ci sia un certo potenziale per dividere per zero lì dentro, anche se non è stato un problema nel mio caso. Abbastanza facile da modificare per evitare comunque l'incidente.

// Returns 1 if the lines intersect, otherwise 0. In addition, if the lines 
// intersect the intersection point may be stored in the floats i_x and i_y.
char get_line_intersection(float p0_x, float p0_y, float p1_x, float p1_y, 
    float p2_x, float p2_y, float p3_x, float p3_y, float *i_x, float *i_y)
{
    float s1_x, s1_y, s2_x, s2_y;
    s1_x = p1_x - p0_x;     s1_y = p1_y - p0_y;
    s2_x = p3_x - p2_x;     s2_y = p3_y - p2_y;

    float s, t;
    s = (-s1_y * (p0_x - p2_x) + s1_x * (p0_y - p2_y)) / (-s2_x * s1_y + s1_x * s2_y);
    t = ( s2_x * (p0_y - p2_y) - s2_y * (p0_x - p2_x)) / (-s2_x * s1_y + s1_x * s2_y);

    if (s >= 0 && s <= 1 && t >= 0 && t <= 1)
    {
        // Collision detected
        if (i_x != NULL)
            *i_x = p0_x + (t * s1_x);
        if (i_y != NULL)
            *i_y = p0_y + (t * s1_y);
        return 1;
    }

    return 0; // No collision
}

A proposito, devo dire che nel libro di LeMothe, anche se apparentemente corregge l'algoritmo, l'esempio concreto mostra che inserisce i numeri sbagliati e fa calcoli sbagliati. Per esempio:

(4 * (4 - 1) + 12 * (7 - 1)) / (17 * 4 + 12 * 10)

= 844 / 0,88

= 0.44

Questo mi ha confuso per ore . :(

Il problema si riduce a questa domanda: si intersecano due linee da A a B e da C a D? Quindi puoi chiederlo quattro volte (tra la linea e ciascuno dei quattro lati del rettangolo).

Ecco la matematica vettoriale per farlo. Suppongo che la linea da A a B sia la linea in questione e la linea da C a D sia una delle linee rettangolari. La mia notazione è che Axè la "coordinata x di A" ed Cyè la "coordinata y di C." E " *" significa punto-prodotto, quindi ad es A*B = Ax*Bx + Ay*By.

E = B-A = ( Bx-Ax, By-Ay )
F = D-C = ( Dx-Cx, Dy-Cy ) 
P = ( -Ey, Ex )
h = ( (A-C) * P ) / ( F * P )

Questo hnumero è la chiave. Se hè compreso tra 0e 1, le linee si intersecano, altrimenti non lo fanno. Se F*Pè zero, ovviamente non è possibile effettuare il calcolo, ma in questo caso le linee sono parallele e quindi si intersecano solo nei casi ovvi.

Il punto esatto di intersezione è C + F*h.

Più divertimento:

If hè esattamente 0 o 1le linee toccano in corrispondenza di un punto finale. Puoi considerarlo un "incrocio" o meno come ritieni opportuno.

In particolare, hè quanto devi moltiplicare la lunghezza della linea per toccare esattamente l'altra linea.

Pertanto, If h<0, significa che la linea del rettangolo è "dietro" la linea data (con "direzione" essendo "da A a B"), e seh>1 la linea del rettangolo è "davanti" alla linea data.

Derivazione:

A e C sono vettori che indicano l'inizio della linea; E e F sono i vettori dalle estremità di A e C che formano la linea.

Per due linee non parallele nel piano, deve esserci esattamente una coppia di scalari ge htale che questa equazione valga:

A + E*g = C + F*h

Perché? Perché due linee non parallele devono intersecarsi, il che significa che è possibile ridimensionare entrambe le linee di una certa quantità ciascuna e toccarsi.

( All'inizio sembra una singola equazione con due incognite! Ma non è quando si considera che si tratta di un'equazione vettoriale 2D, il che significa che in realtà è una coppia di equazioni in xe y.)

Dobbiamo eliminare una di queste variabili. Un modo semplice è rendere il Etermine zero. Per fare ciò, prendi il punto-prodotto di entrambi i lati dell'equazione usando un vettore che andrà a zero con E. Quel vettore che ho chiamato Psopra, e ho fatto l'ovvia trasformazione di E.

Ora hai:

A*P = C*P + F*P*h
(A-C)*P = (F*P)*h
( (A-C)*P ) / (F*P) = h

Ho cercato di implementare l'algoritmo così elegantemente descritto da Jason sopra; sfortunatamente mentre lavoravo alla matematica nel debug ho trovato molti casi per i quali non funziona.

Ad esempio, consideriamo i punti A (10,10) B (20,20) C (10,1) D (1,10) che danno h = .5 e tuttavia è chiaro dall'esame che questi segmenti non sono vicini a ciascuno altro.

La rappresentazione grafica di questo chiarisce che i criteri 0 <h <1 indicano solo che il punto di intercettazione si troverebbe su CD se esistesse, ma non dice nulla se quel punto si trova su AB. Per assicurarsi che sia presente un punto croce, è necessario eseguire il calcolo simmetrico per la variabile g e il requisito per l'intercettazione è: 0 <g <1 AND 0 <h <1

Ecco un miglioramento alla risposta di Gavin. Anche la soluzione di marcp è simile, ma non rinvia la divisione.

Questa in realtà risulta essere un'applicazione pratica anche della risposta di Gareth Rees, poiché l'equivalente del prodotto incrociato in 2D è il prodotto perp-dot, che è ciò di cui questo codice utilizza tre. Passando al 3D e usando il prodotto incrociato, interpolando sia s che t alla fine, si ottengono i due punti più vicini tra le linee in 3D. Comunque, la soluzione 2D:

int get_line_intersection(float p0_x, float p0_y, float p1_x, float p1_y, 
    float p2_x, float p2_y, float p3_x, float p3_y, float *i_x, float *i_y)
{
    float s02_x, s02_y, s10_x, s10_y, s32_x, s32_y, s_numer, t_numer, denom, t;
    s10_x = p1_x - p0_x;
    s10_y = p1_y - p0_y;
    s32_x = p3_x - p2_x;
    s32_y = p3_y - p2_y;

    denom = s10_x * s32_y - s32_x * s10_y;
    if (denom == 0)
        return 0; // Collinear
    bool denomPositive = denom > 0;

    s02_x = p0_x - p2_x;
    s02_y = p0_y - p2_y;
    s_numer = s10_x * s02_y - s10_y * s02_x;
    if ((s_numer < 0) == denomPositive)
        return 0; // No collision

    t_numer = s32_x * s02_y - s32_y * s02_x;
    if ((t_numer < 0) == denomPositive)
        return 0; // No collision

    if (((s_numer > denom) == denomPositive) || ((t_numer > denom) == denomPositive))
        return 0; // No collision
    // Collision detected
    t = t_numer / denom;
    if (i_x != NULL)
        *i_x = p0_x + (t * s10_x);
    if (i_y != NULL)
        *i_y = p0_y + (t * s10_y);

    return 1;
}

Fondamentalmente rimanda la divisione fino all'ultimo momento e sposta la maggior parte dei test fino a quando non vengono eseguiti determinati calcoli, aggiungendo quindi anticipazioni. Infine, evita anche la divisione per zero case che si verifica quando le linee sono parallele.

Potresti anche prendere in considerazione l'utilizzo di un test epsilon piuttosto che un confronto con zero. Linee estremamente vicine al parallelo possono produrre risultati leggermente spenti. Questo non è un bug, è una limitazione con la matematica in virgola mobile.

Domanda C: Come si rileva se due segmenti di linea si intersecano o no?

Ho cercato lo stesso argomento e non ero contento delle risposte. Quindi ho scritto un articolo che spiega molto dettagliatamente come verificare se due segmenti di linea si intersecano con molte immagini. Esiste un codice Java completo (e testato).

Ecco l'articolo, ritagliato nelle parti più importanti:

L'algoritmo, che controlla se il segmento di linea a si interseca con il segmento di linea b, è simile al seguente:

Cosa sono i riquadri? Ecco due riquadri di delimitazione di due segmenti di linea:

Se entrambe le caselle di delimitazione hanno un'intersezione, si sposta il segmento di linea in modo che un punto si trovi su (0 | 0). Ora hai una linea attraverso l'origine definita da a. Ora sposta il segmento di linea b allo stesso modo e controlla se i nuovi punti del segmento di linea b si trovano su lati diversi della linea a. In questo caso, verificalo viceversa. Se questo è anche il caso, i segmenti di linea si intersecano. In caso contrario, non si intersecano.

Domanda A: Dove si intersecano due segmenti di linea?

Sai che due segmenti di linea aeb si intersecano. Se non lo sai, controlla con gli strumenti che ti ho dato in "Domanda C".

Ora puoi esaminare alcuni casi e ottenere la soluzione con matematica di settima elementare (vedi codice ed esempio interattivo ).

Domanda B: Come si rileva se due linee si intersecano o no?

Diciamo che il vostro punto A = (x1, y1), punto B = (x2, y2), C = (x_3, y_3), D = (x_4, y_4). La tua prima riga è definita da AB (con A! = B) e la seconda da CD (con C! = D).

function doLinesIntersect(AB, CD) {
    if (x1 == x2) {
        return !(x3 == x4 && x1 != x3);
    } else if (x3 == x4) {
        return true;
    } else {
        // Both lines are not parallel to the y-axis
        m1 = (y1-y2)/(x1-x2);
        m2 = (y3-y4)/(x3-x4);
        return m1 != m2;
    }
}

Domanda D: Dove si intersecano due linee?

Verificare con la domanda B se si intersecano affatto.

Le linee a e b sono definite da due punti per ogni linea. In pratica puoi applicare la stessa logica usata nella domanda A.

La risposta una volta accettata qui è errata (da allora non è stata accettata, quindi evviva!). Non elimina correttamente tutte le non intersezioni. In pratica può sembrare che funzioni ma può fallire, specialmente nel caso in cui 0 e 1 siano considerati validi per h.

Considera il caso seguente:

Linee a (4,1) - (5,1) e (0,0) - (0,2)

Queste sono linee perpendicolari che chiaramente non si sovrappongono.

A = (4,1)
B = (5,1)
C = (0,0)
D = (0,2)
E = (5,1) - (4,1) = (- 1,0)
F = (0,2) - (0,0) = (0, -2)
P = (0,1)
h = ((4,1) - (0,0)) punto (0,1) / ((0 , -2) punto (0,1)) = 0

Secondo la risposta sopra, questi due segmenti di linea si incontrano in corrispondenza di un endpoint (valori di 0 e 1). Tale endpoint sarebbe:

(0,0) + (0, -2) * 0 = (0,0)

Quindi, apparentemente i due segmenti di linea si incontrano in (0,0), che è sulla linea CD, ma non sulla linea AB. Quindi cosa non va? La risposta è che i valori di 0 e 1 non sono validi e solo a volte HAPPEN per prevedere correttamente l'intersezione dell'endpoint. Quando l'estensione di una linea (ma non l'altra) incontrerebbe il segmento di linea, l'algoritmo prevede un'intersezione di segmenti di linea, ma ciò non è corretto. Immagino che provando a partire da AB vs CD e quindi anche testando con CD vs AB, questo problema verrebbe eliminato. Solo se entrambi cadono tra 0 e 1 inclusivamente si può dire che si intersecano.

Consiglio di utilizzare il metodo del prodotto incrociato vettoriale se è necessario prevedere i punti finali.

-Dan

Versione Python della risposta di iMalc:

def find_intersection( p0, p1, p2, p3 ) :

    s10_x = p1[0] - p0[0]
    s10_y = p1[1] - p0[1]
    s32_x = p3[0] - p2[0]
    s32_y = p3[1] - p2[1]

    denom = s10_x * s32_y - s32_x * s10_y

    if denom == 0 : return None # collinear

    denom_is_positive = denom > 0

    s02_x = p0[0] - p2[0]
    s02_y = p0[1] - p2[1]

    s_numer = s10_x * s02_y - s10_y * s02_x

    if (s_numer < 0) == denom_is_positive : return None # no collision

    t_numer = s32_x * s02_y - s32_y * s02_x

    if (t_numer < 0) == denom_is_positive : return None # no collision

    if (s_numer > denom) == denom_is_positive or (t_numer > denom) == denom_is_positive : return None # no collision


    # collision detected

    t = t_numer / denom

    intersection_point = [ p0[0] + (t * s10_x), p0[1] + (t * s10_y) ]


    return intersection_point

Trovare l'intersezione corretta di due segmenti di linea è un'attività non banale con molti casi limite. Ecco una soluzione ben documentata, funzionante e testata in Java.

In sostanza, ci sono tre cose che possono accadere quando si trova l'intersezione di due segmenti di linea:

1. I segmenti non si intersecano

2. C'è un punto di intersezione unico

3. L'intersezione è un altro segmento

NOTA : Nel codice, suppongo che un segmento di linea (x1, y1), (x2, y2) con x1 = x2 e y1 = y2 sia un segmento di linea valido. Matematicamente parlando, un segmento di linea è costituito da punti distinti, ma sto permettendo ai segmenti di essere punti in questa implementazione per completezza.

Il codice è preso dal mio repository github

/**
 * 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)};
  }

}

Ecco un semplice esempio di utilizzo:

  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);
  }

Volevo solo menzionare che una buona spiegazione e una soluzione esplicita si possono trovare nella serie Ricette numeriche. Ho la terza edizione e la risposta è a pagina 1117, sezione 21.4. Un'altra soluzione con una nomenclatura diversa può essere trovata in un articolo di Marina Gavrilova Reliable Line Section Interection Testing . La sua soluzione è, a mio avviso, un po 'più semplice.

La mia implementazione è di seguito:

bool NuGeometry::IsBetween(const double& x0, const double& x, const double& x1){
   return (x >= x0) && (x <= x1);
}

bool NuGeometry::FindIntersection(const double& x0, const double& y0, 
     const double& x1, const double& y1,
     const double& a0, const double& b0, 
     const double& a1, const double& b1, 
     double& xy, double& ab) {
   // four endpoints are x0, y0 & x1,y1 & a0,b0 & a1,b1
   // returned values xy and ab are the fractional distance along xy and ab
   // and are only defined when the result is true

   bool partial = false;
   double denom = (b0 - b1) * (x0 - x1) - (y0 - y1) * (a0 - a1);
   if (denom == 0) {
      xy = -1;
      ab = -1;
   } else {
      xy = (a0 * (y1 - b1) + a1 * (b0 - y1) + x1 * (b1 - b0)) / denom;
      partial = NuGeometry::IsBetween(0, xy, 1);
      if (partial) {
         // no point calculating this unless xy is between 0 & 1
         ab = (y1 * (x0 - a1) + b1 * (x1 - x0) + y0 * (a1 - x1)) / denom; 
      }
   }
   if ( partial && NuGeometry::IsBetween(0, ab, 1)) {
      ab = 1-ab;
      xy = 1-xy;
      return true;
   }  else return false;
}

Molte soluzioni sono disponibili sopra, ma penso che la soluzione seguente sia piuttosto semplice e facile da capire.

Due segmenti Vector AB e Vector CD si intersecano se e solo se

1. I punti finali aeb si trovano sui lati opposti del segmento CD.
2. Gli endpoint c ed d si trovano sul lato opposto del segmento AB.

Più specificamente aeb si trovano sul lato opposto del segmento CD se e solo se esattamente una delle due triple a, c, d e b, c, d è in senso antiorario.

Intersect(a, b, c, d)
 if CCW(a, c, d) == CCW(b, c, d)
    return false;
 else if CCW(a, b, c) == CCW(a, b, d)
    return false;
 else
    return true;

Qui CCW rappresentano in senso antiorario che restituisce vero / falso in base all'orientamento dei punti.

Fonte: http://compgeom.cs.uiuc.edu/~jeffe/teaching/373/notes/x06-sweepline.pdf Pagina 2

C e Objective-C

Basato sulla risposta di Gareth Rees

const AGKLine AGKLineZero = (AGKLine){(CGPoint){0.0, 0.0}, (CGPoint){0.0, 0.0}};

AGKLine AGKLineMake(CGPoint start, CGPoint end)
{
    return (AGKLine){start, end};
}

double AGKLineLength(AGKLine l)
{
    return CGPointLengthBetween_AGK(l.start, l.end);
}

BOOL AGKLineIntersection(AGKLine l1, AGKLine l2, CGPoint *out_pointOfIntersection)
{
    // http://stackoverflow.com/a/565282/202451

    CGPoint p = l1.start;
    CGPoint q = l2.start;
    CGPoint r = CGPointSubtract_AGK(l1.end, l1.start);
    CGPoint s = CGPointSubtract_AGK(l2.end, l2.start);

    double s_r_crossProduct = CGPointCrossProductZComponent_AGK(r, s);
    double t = CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPointSubtract_AGK(q, p), s) / s_r_crossProduct;
    double u = CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPointSubtract_AGK(q, p), r) / s_r_crossProduct;

    if(t < 0 || t > 1.0 || u < 0 || u > 1.0)
    {
        if(out_pointOfIntersection != NULL)
        {
            *out_pointOfIntersection = CGPointZero;
        }
        return NO;
    }
    else
    {
        if(out_pointOfIntersection != NULL)
        {
            CGPoint i = CGPointAdd_AGK(p, CGPointMultiply_AGK(r, t));
            *out_pointOfIntersection = i;
        }
        return YES;
    }
}

CGFloat CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPoint v1, CGPoint v2)
{
    return v1.x * v2.y - v1.y * v2.x;
}

CGPoint CGPointSubtract_AGK(CGPoint p1, CGPoint p2)
{
    return (CGPoint){p1.x - p2.x, p1.y - p2.y};
}

CGPoint CGPointAdd_AGK(CGPoint p1, CGPoint p2)
{
    return (CGPoint){p1.x + p2.x, p1.y + p2.y};
}

CGFloat CGPointCrossProductZComponent_AGK(CGPoint v1, CGPoint v2)
{
    return v1.x * v2.y - v1.y * v2.x;
}

CGPoint CGPointMultiply_AGK(CGPoint p1, CGFloat factor)
{
    return (CGPoint){p1.x * factor, p1.y * factor};
}

Molte delle funzioni e delle strutture sono private, ma dovresti essere abbastanza facile sapere cosa sta succedendo. Questo è pubblico su questo repository https://github.com/hfossli/AGGeometryKit/

Questo funziona bene per me. Tratto da qui .

 // calculates intersection and checks for parallel lines.  
 // also checks that the intersection point is actually on  
 // the line segment p1-p2  
 Point findIntersection(Point p1,Point p2,  
   Point p3,Point p4) {  
   float xD1,yD1,xD2,yD2,xD3,yD3;  
   float dot,deg,len1,len2;  
   float segmentLen1,segmentLen2;  
   float ua,ub,div;  

   // calculate differences  
   xD1=p2.x-p1.x;  
   xD2=p4.x-p3.x;  
   yD1=p2.y-p1.y;  
   yD2=p4.y-p3.y;  
   xD3=p1.x-p3.x;  
   yD3=p1.y-p3.y;    

   // calculate the lengths of the two lines  
   len1=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1);  
   len2=sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // calculate angle between the two lines.  
   dot=(xD1*xD2+yD1*yD2); // dot product  
   deg=dot/(len1*len2);  

   // if abs(angle)==1 then the lines are parallell,  
   // so no intersection is possible  
   if(abs(deg)==1) return null;  

   // find intersection Pt between two lines  
   Point pt=new Point(0,0);  
   div=yD2*xD1-xD2*yD1;  
   ua=(xD2*yD3-yD2*xD3)/div;  
   ub=(xD1*yD3-yD1*xD3)/div;  
   pt.x=p1.x+ua*xD1;  
   pt.y=p1.y+ua*yD1;  

   // calculate the combined length of the two segments  
   // between Pt-p1 and Pt-p2  
   xD1=pt.x-p1.x;  
   xD2=pt.x-p2.x;  
   yD1=pt.y-p1.y;  
   yD2=pt.y-p2.y;  
   segmentLen1=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1)+sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // calculate the combined length of the two segments  
   // between Pt-p3 and Pt-p4  
   xD1=pt.x-p3.x;  
   xD2=pt.x-p4.x;  
   yD1=pt.y-p3.y;  
   yD2=pt.y-p4.y;  
   segmentLen2=sqrt(xD1*xD1+yD1*yD1)+sqrt(xD2*xD2+yD2*yD2);  

   // if the lengths of both sets of segments are the same as  
   // the lenghts of the two lines the point is actually  
   // on the line segment.  

   // if the point isn’t on the line, return null  
   if(abs(len1-segmentLen1)>0.01 || abs(len2-segmentLen2)>0.01)  
     return null;  

   // return the valid intersection  
   return pt;  
 }  

 class Point{  
   float x,y;  
   Point(float x, float y){  
     this.x = x;  
     this.y = y;  
   }  

   void set(float x, float y){  
     this.x = x;  
     this.y = y;  
   }  
 }  

Ho provato alcune di queste risposte, ma non hanno funzionato per me (scusate ragazzi); dopo qualche altra ricerca in rete ho trovato questo .

Con una piccola modifica al suo codice ora ho questa funzione che restituirà il punto di intersezione o se non viene trovata alcuna intersezione restituirà -1, -1.

    Public Function intercetion(ByVal ax As Integer, ByVal ay As Integer, ByVal bx As Integer, ByVal by As Integer, ByVal cx As Integer, ByVal cy As Integer, ByVal dx As Integer, ByVal dy As Integer) As Point
    '//  Determines the intersection point of the line segment defined by points A and B
    '//  with the line segment defined by points C and D.
    '//
    '//  Returns YES if the intersection point was found, and stores that point in X,Y.
    '//  Returns NO if there is no determinable intersection point, in which case X,Y will
    '//  be unmodified.

    Dim distAB, theCos, theSin, newX, ABpos As Double

    '//  Fail if either line segment is zero-length.
    If ax = bx And ay = by Or cx = dx And cy = dy Then Return New Point(-1, -1)

    '//  Fail if the segments share an end-point.
    If ax = cx And ay = cy Or bx = cx And by = cy Or ax = dx And ay = dy Or bx = dx And by = dy Then Return New Point(-1, -1)

    '//  (1) Translate the system so that point A is on the origin.
    bx -= ax
    by -= ay
    cx -= ax
    cy -= ay
    dx -= ax
    dy -= ay

    '//  Discover the length of segment A-B.
    distAB = Math.Sqrt(bx * bx + by * by)

    '//  (2) Rotate the system so that point B is on the positive X axis.
    theCos = bx / distAB
    theSin = by / distAB
    newX = cx * theCos + cy * theSin
    cy = cy * theCos - cx * theSin
    cx = newX
    newX = dx * theCos + dy * theSin
    dy = dy * theCos - dx * theSin
    dx = newX

    '//  Fail if segment C-D doesn't cross line A-B.
    If cy < 0 And dy < 0 Or cy >= 0 And dy >= 0 Then Return New Point(-1, -1)

    '//  (3) Discover the position of the intersection point along line A-B.
    ABpos = dx + (cx - dx) * dy / (dy - cy)

    '//  Fail if segment C-D crosses line A-B outside of segment A-B.
    If ABpos < 0 Or ABpos > distAB Then Return New Point(-1, -1)

    '//  (4) Apply the discovered position to line A-B in the original coordinate system.
    '*X=Ax+ABpos*theCos
    '*Y=Ay+ABpos*theSin

    '//  Success.
    Return New Point(ax + ABpos * theCos, ay + ABpos * theSin)
End Function

Sembra esserci un certo interesse per la risposta di Gavin per la quale cortijon ha proposto una versione javascript nei commenti e iMalc ha fornito una versione con un numero leggermente inferiore di calcoli . Alcuni hanno sottolineato carenze con varie proposte di codice e altri hanno commentato l'efficienza di alcune proposte di codice.

L'algoritmo fornito da iMalc tramite la risposta di Gavin è quello che sto attualmente usando in un progetto javascript e volevo solo fornire una versione pulita qui se può aiutare qualcuno.

// Some variables for reuse, others may do this differently
var p0x, p1x, p2x, p3x, ix,
    p0y, p1y, p2y, p3y, iy,
    collisionDetected;

// do stuff, call other functions, set endpoints...

// note: for my purpose I use |t| < |d| as opposed to
// |t| <= |d| which is equivalent to 0 <= t < 1 rather than
// 0 <= t <= 1 as in Gavin's answer - results may vary

var lineSegmentIntersection = function(){
    var d, dx1, dx2, dx3, dy1, dy2, dy3, s, t;

    dx1 = p1x - p0x;      dy1 = p1y - p0y;
    dx2 = p3x - p2x;      dy2 = p3y - p2y;
    dx3 = p0x - p2x;      dy3 = p0y - p2y;

    collisionDetected = 0;

    d = dx1 * dy2 - dx2 * dy1;

    if(d !== 0){
        s = dx1 * dy3 - dx3 * dy1;
        if((s <= 0 && d < 0 && s >= d) || (s >= 0 && d > 0 && s <= d)){
            t = dx2 * dy3 - dx3 * dy2;
            if((t <= 0 && d < 0 && t > d) || (t >= 0 && d > 0 && t < d)){
                t = t / d;
                collisionDetected = 1;
                ix = p0x + t * dx1;
                iy = p0y + t * dy1;
            }
        }
    }
};

Penso che ci sia una soluzione molto più semplice per questo problema. Ho avuto un'altra idea oggi e sembra funzionare bene (almeno in 2D per ora). Tutto quello che devi fare è calcolare l'intersezione tra due linee, quindi verificare se il punto di intersezione calcolato si trova all'interno delle caselle di confine di entrambi i segmenti di linea. In tal caso, i segmenti di linea si intersecano. Questo è tutto.

MODIFICARE:

Ecco come calcolo l'intersezione (non so più dove ho trovato questo frammento di codice)

Point3D

viene da

System.Windows.Media.Media3D

public static Point3D? Intersection(Point3D start1, Point3D end1, Point3D start2, Point3D end2) {

        double a1 = end1.Y - start1.Y;
        double b1 = start1.X - end1.X;
        double c1 = a1 * start1.X + b1 * start1.Y;

        double a2 = end2.Y - start2.Y;
        double b2 = start2.X - end2.X;
        double c2 = a2 * start2.X + b2 * start2.Y;

        double det = a1 * b2 - a2 * b1;
        if (det == 0) { // lines are parallel
            return null;
        }

        double x = (b2 * c1 - b1 * c2) / det;
        double y = (a1 * c2 - a2 * c1) / det;

        return new Point3D(x, y, 0.0);
    }

e questa è la mia classe BoundingBox (semplificata ai fini della risposta):

public class BoundingBox {
    private Point3D min = new Point3D();
    private Point3D max = new Point3D();

    public BoundingBox(Point3D point) {
        min = point;
        max = point;
    }

    public Point3D Min {
        get { return min; }
        set { min = value; }
    }

    public Point3D Max {
        get { return max; }
        set { max = value; }
    }

    public bool Contains(BoundingBox box) {
        bool contains =
            min.X <= box.min.X && max.X >= box.max.X &&
            min.Y <= box.min.Y && max.Y >= box.max.Y &&
            min.Z <= box.min.Z && max.Z >= box.max.Z;
        return contains;
    }

    public bool Contains(Point3D point) {
        return Contains(new BoundingBox(point));
    }

}

Questa soluzione può aiutare

public static float GetLineYIntesept(PointF p, float slope)
    {
        return p.Y - slope * p.X;
    }

    public static PointF FindIntersection(PointF line1Start, PointF line1End, PointF line2Start, PointF line2End)
    {

        float slope1 = (line1End.Y - line1Start.Y) / (line1End.X - line1Start.X);
        float slope2 = (line2End.Y - line2Start.Y) / (line2End.X - line2Start.X);

        float yinter1 = GetLineYIntesept(line1Start, slope1);
        float yinter2 = GetLineYIntesept(line2Start, slope2);

        if (slope1 == slope2 && yinter1 != yinter2)
            return PointF.Empty;

        float x = (yinter2 - yinter1) / (slope1 - slope2);

        float y = slope1 * x + yinter1;

        return new PointF(x, y);
    }

Ho portato la risposta di Kris sopra a JavaScript. Dopo aver provato numerose risposte diverse, ha fornito i punti corretti. Pensavo di impazzire che non stavo ottenendo i punti di cui avevo bisogno.

function getLineLineCollision(p0, p1, p2, p3) {
    var s1, s2;
    s1 = {x: p1.x - p0.x, y: p1.y - p0.y};
    s2 = {x: p3.x - p2.x, y: p3.y - p2.y};

    var s10_x = p1.x - p0.x;
    var s10_y = p1.y - p0.y;
    var s32_x = p3.x - p2.x;
    var s32_y = p3.y - p2.y;

    var denom = s10_x * s32_y - s32_x * s10_y;

    if(denom == 0) {
        return false;
    }

    var denom_positive = denom > 0;

    var s02_x = p0.x - p2.x;
    var s02_y = p0.y - p2.y;

    var s_numer = s10_x * s02_y - s10_y * s02_x;

    if((s_numer < 0) == denom_positive) {
        return false;
    }

    var t_numer = s32_x * s02_y - s32_y * s02_x;

    if((t_numer < 0) == denom_positive) {
        return false;
    }

    if((s_numer > denom) == denom_positive || (t_numer > denom) == denom_positive) {
        return false;
    }

    var t = t_numer / denom;

    var p = {x: p0.x + (t * s10_x), y: p0.y + (t * s10_y)};
    return p;
}

Ho provato molti modi e poi ho deciso di scrivere il mio. Quindi eccolo qui:

bool IsBetween (float x, float b1, float b2)
{
   return ( ((x >= (b1 - 0.1f)) && 
        (x <= (b2 + 0.1f))) || 
        ((x >= (b2 - 0.1f)) &&
        (x <= (b1 + 0.1f))));
}

bool IsSegmentsColliding(   POINTFLOAT lineA,
                POINTFLOAT lineB,
                POINTFLOAT line2A,
                POINTFLOAT line2B)
{
    float deltaX1 = lineB.x - lineA.x;
    float deltaX2 = line2B.x - line2A.x;
    float deltaY1 = lineB.y - lineA.y;
    float deltaY2 = line2B.y - line2A.y;

    if (abs(deltaX1) < 0.01f && 
        abs(deltaX2) < 0.01f) // Both are vertical lines
        return false;
    if (abs((deltaY1 / deltaX1) -
        (deltaY2 / deltaX2)) < 0.001f) // Two parallel line
        return false;

    float xCol = (  (   (deltaX1 * deltaX2) * 
                        (line2A.y - lineA.y)) - 
                    (line2A.x * deltaY2 * deltaX1) + 
                    (lineA.x * deltaY1 * deltaX2)) / 
                 ((deltaY1 * deltaX2) - (deltaY2 * deltaX1));
    float yCol = 0;
    if (deltaX1 < 0.01f) // L1 is a vertical line
        yCol = ((xCol * deltaY2) + 
                (line2A.y * deltaX2) - 
                (line2A.x * deltaY2)) / deltaX2;
    else // L1 is acceptable
        yCol = ((xCol * deltaY1) +
                (lineA.y * deltaX1) -
                (lineA.x * deltaY1)) / deltaX1;

    bool isCol =    IsBetween(xCol, lineA.x, lineB.x) &&
            IsBetween(yCol, lineA.y, lineB.y) &&
            IsBetween(xCol, line2A.x, line2B.x) &&
            IsBetween(yCol, line2A.y, line2B.y);
    return isCol;
}

Basato su queste due formule: (le ho semplificate dall'equazione di linee e altre formule)

Questo si basa sulla risposta di Gareth Ree. Restituisce anche la sovrapposizione dei segmenti di linea se lo fanno. Codificato in C ++, V è una semplice classe vettoriale. Dove il prodotto incrociato di due vettori in 2D restituisce un singolo scalare. È stato testato e superato dal mio sistema di test automatico delle mie scuole.

//Required input point must be colinear with the line
bool on_segment(const V& p, const LineSegment& l)
{
    //If a point is on the line, the sum of the vectors formed by the point to the line endpoints must be equal
    V va = p - l.pa;
    V vb = p - l.pb;
    R ma = va.magnitude();
    R mb = vb.magnitude();
    R ml = (l.pb - l.pa).magnitude();
    R s = ma + mb;
    bool r = s <= ml + epsilon;
    return r;
}

//Compute using vector math
// Returns 0 points if the lines do not intersect or overlap
// Returns 1 point if the lines intersect
//  Returns 2 points if the lines overlap, contain the points where overlapping start starts and stop
std::vector<V> intersect(const LineSegment& la, const LineSegment& lb)
{
    std::vector<V> r;

    //http://stackoverflow.com/questions/563198/how-do-you-detect-where-two-line-segments-intersect
    V oa, ob, da, db; //Origin and direction vectors
    R sa, sb; //Scalar values
    oa = la.pa;
    da = la.pb - la.pa;
    ob = lb.pa;
    db = lb.pb - lb.pa;

    if (da.cross(db) == 0 && (ob - oa).cross(da) == 0) //If colinear
    {
        if (on_segment(lb.pa, la) && on_segment(lb.pb, la))
        {
            r.push_back(lb.pa);
            r.push_back(lb.pb);
            dprintf("colinear, overlapping\n");
            return r;
        }

        if (on_segment(la.pa, lb) && on_segment(la.pb, lb))
        {
            r.push_back(la.pa);
            r.push_back(la.pb);
            dprintf("colinear, overlapping\n");
            return r;
        }

        if (on_segment(la.pa, lb))
            r.push_back(la.pa);

        if (on_segment(la.pb, lb))
            r.push_back(la.pb);

        if (on_segment(lb.pa, la))
            r.push_back(lb.pa);

        if (on_segment(lb.pb, la))
            r.push_back(lb.pb);

        if (r.size() == 0)
            dprintf("colinear, non-overlapping\n");
        else
            dprintf("colinear, overlapping\n");

        return r;
    }

    if (da.cross(db) == 0 && (ob - oa).cross(da) != 0)
    {
        dprintf("parallel non-intersecting\n");
        return r;
    }

    //Math trick db cross db == 0, which is a single scalar in 2D.
    //Crossing both sides with vector db gives:
    sa = (ob - oa).cross(db) / da.cross(db);

    //Crossing both sides with vector da gives
    sb = (oa - ob).cross(da) / db.cross(da);

    if (0 <= sa && sa <= 1 && 0 <= sb && sb <= 1)
    {
        dprintf("intersecting\n");
        r.push_back(oa + da * sa);
        return r;
    }

    dprintf("non-intersecting, non-parallel, non-colinear, non-overlapping\n");
    return r;
}

Ecco un'implementazione di base di un segmento di linea in C #, con il corrispondente codice di rilevamento delle intersezioni. Richiede una struttura vettoriale / punto 2D chiamata Vector2f, sebbene sia possibile sostituirla con qualsiasi altro tipo con proprietà X / Y. Puoi anche sostituirlo floatcon doublese si adatta meglio alle tue esigenze.

Questo codice viene utilizzato nella mia libreria di fisica .NET, Boing .

public struct LineSegment2f
{
    public Vector2f From { get; }
    public Vector2f To { get; }

    public LineSegment2f(Vector2f @from, Vector2f to)
    {
        From = @from;
        To = to;
    }

    public Vector2f Delta => new Vector2f(To.X - From.X, To.Y - From.Y);

    /// <summary>
    /// Attempt to intersect two line segments.
    /// </summary>
    /// <remarks>
    /// Even if the line segments do not intersect, <paramref name="t"/> and <paramref name="u"/> will be set.
    /// If the lines are parallel, <paramref name="t"/> and <paramref name="u"/> are set to <see cref="float.NaN"/>.
    /// </remarks>
    /// <param name="other">The line to attempt intersection of this line with.</param>
    /// <param name="intersectionPoint">The point of intersection if within the line segments, or empty..</param>
    /// <param name="t">The distance along this line at which intersection would occur, or NaN if lines are collinear/parallel.</param>
    /// <param name="u">The distance along the other line at which intersection would occur, or NaN if lines are collinear/parallel.</param>
    /// <returns><c>true</c> if the line segments intersect, otherwise <c>false</c>.</returns>
    public bool TryIntersect(LineSegment2f other, out Vector2f intersectionPoint, out float t, out float u)
    {
        var p = From;
        var q = other.From;
        var r = Delta;
        var s = other.Delta;

        // t = (q − p) × s / (r × s)
        // u = (q − p) × r / (r × s)

        var denom = Fake2DCross(r, s);

        if (denom == 0)
        {
            // lines are collinear or parallel
            t = float.NaN;
            u = float.NaN;
            intersectionPoint = default(Vector2f);
            return false;
        }

        var tNumer = Fake2DCross(q - p, s);
        var uNumer = Fake2DCross(q - p, r);

        t = tNumer / denom;
        u = uNumer / denom;

        if (t < 0 || t > 1 || u < 0 || u > 1)
        {
            // line segments do not intersect within their ranges
            intersectionPoint = default(Vector2f);
            return false;
        }

        intersectionPoint = p + r * t;
        return true;
    }

    private static float Fake2DCross(Vector2f a, Vector2f b)
    {
        return a.X * b.Y - a.Y * b.X;
    }
}

Un programma C ++ per verificare se due segmenti di linea dati si intersecano

#include <iostream>
using namespace std;

struct Point
{
    int x;
    int y;
};

// Given three colinear points p, q, r, the function checks if
// point q lies on line segment 'pr'
bool onSegment(Point p, Point q, Point r)
{
    if (q.x <= max(p.x, r.x) && q.x >= min(p.x, r.x) &&
        q.y <= max(p.y, r.y) && q.y >= min(p.y, r.y))
       return true;

    return false;
}

// To find orientation of ordered triplet (p, q, r).
// The function returns following values
// 0 --> p, q and r are colinear
// 1 --> Clockwise
// 2 --> Counterclockwise
int orientation(Point p, Point q, Point r)
{
    // See 10th slides from following link for derivation of the formula
    // http://www.dcs.gla.ac.uk/~pat/52233/slides/Geometry1x1.pdf
    int val = (q.y - p.y) * (r.x - q.x) -
              (q.x - p.x) * (r.y - q.y);

    if (val == 0) return 0;  // colinear

    return (val > 0)? 1: 2; // clock or counterclock wise
}

// The main function that returns true if line segment 'p1q1'
// and 'p2q2' intersect.
bool doIntersect(Point p1, Point q1, Point p2, Point q2)
{
    // Find the four orientations needed for general and
    // special cases
    int o1 = orientation(p1, q1, p2);
    int o2 = orientation(p1, q1, q2);
    int o3 = orientation(p2, q2, p1);
    int o4 = orientation(p2, q2, q1);

    // General case
    if (o1 != o2 && o3 != o4)
        return true;

    // Special Cases
    // p1, q1 and p2 are colinear and p2 lies on segment p1q1
    if (o1 == 0 && onSegment(p1, p2, q1)) return true;

    // p1, q1 and p2 are colinear and q2 lies on segment p1q1
    if (o2 == 0 && onSegment(p1, q2, q1)) return true;

    // p2, q2 and p1 are colinear and p1 lies on segment p2q2
    if (o3 == 0 && onSegment(p2, p1, q2)) return true;

     // p2, q2 and q1 are colinear and q1 lies on segment p2q2
    if (o4 == 0 && onSegment(p2, q1, q2)) return true;

    return false; // Doesn't fall in any of the above cases
}

// Driver program to test above functions
int main()
{
    struct Point p1 = {1, 1}, q1 = {10, 1};
    struct Point p2 = {1, 2}, q2 = {10, 2};

    doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";

    p1 = {10, 0}, q1 = {0, 10};
    p2 = {0, 0}, q2 = {10, 10};
    doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";

    p1 = {-5, -5}, q1 = {0, 0};
    p2 = {1, 1}, q2 = {10, 10};
    doIntersect(p1, q1, p2, q2)? cout << "Yes\n": cout << "No\n";

    return 0;
}

Basato sulla risposta di @Gareth Rees, versione per Python:

import numpy as np

def np_perp( a ) :
    b = np.empty_like(a)
    b[0] = a[1]
    b[1] = -a[0]
    return b

def np_cross_product(a, b):
    return np.dot(a, np_perp(b))

def np_seg_intersect(a, b, considerCollinearOverlapAsIntersect = False):
    # /programming/563198/how-do-you-detect-where-two-line-segments-intersect/565282#565282
    # http://www.codeproject.com/Tips/862988/Find-the-intersection-point-of-two-line-segments
    r = a[1] - a[0]
    s = b[1] - b[0]
    v = b[0] - a[0]
    num = np_cross_product(v, r)
    denom = np_cross_product(r, s)
    # If r x s = 0 and (q - p) x r = 0, then the two lines are collinear.
    if np.isclose(denom, 0) and np.isclose(num, 0):
        # 1. If either  0 <= (q - p) * r <= r * r or 0 <= (p - q) * s <= * s
        # then the two lines are overlapping,
        if(considerCollinearOverlapAsIntersect):
            vDotR = np.dot(v, r)
            aDotS = np.dot(-v, s)
            if (0 <= vDotR  and vDotR <= np.dot(r,r)) or (0 <= aDotS  and aDotS <= np.dot(s,s)):
                return True
        # 2. If neither 0 <= (q - p) * r = r * r nor 0 <= (p - q) * s <= s * s
        # then the two lines are collinear but disjoint.
        # No need to implement this expression, as it follows from the expression above.
        return None
    if np.isclose(denom, 0) and not np.isclose(num, 0):
        # Parallel and non intersecting
        return None
    u = num / denom
    t = np_cross_product(v, s) / denom
    if u >= 0 and u <= 1 and t >= 0 and t <= 1:
        res = b[0] + (s*u)
        return res
    # Otherwise, the two line segments are not parallel but do not intersect.
    return None

Se ogni lato del rettangolo è un segmento di linea e la parte disegnata dall'utente è un segmento di linea, è necessario semplicemente controllare il segmento disegnato dall'utente per l'intersezione con i quattro segmenti di linea laterale. Questo dovrebbe essere un esercizio abbastanza semplice dati i punti di inizio e fine di ciascun segmento.

Basato sulla risposta di t3chb0t:

int intersezione_linee(int x1, int y1, int x2, int y2, int x3, int y3, int x4, int y4, int& p_x, int& p_y)
{
   //L1: estremi (x1,y1)(x2,y2) L2: estremi (x3,y3)(x3,y3)
   int d;
   d = (x1-x2)*(y3-y4) - (y1-y2)*(x3-x4);
   if(!d)
       return 0;
   p_x = ((x1*y2-y1*x2)*(x3-x4) - (x1-x2)*(x3*y4-y3*x4))/d;
   p_y = ((x1*y2-y1*x2)*(y3-y4) - (y1-y2)*(x3*y4-y3*x4))/d;
   return 1;
}

int in_bounding_box(int x1, int y1, int x2, int y2, int p_x, int p_y)
{
    return p_x>=x1 && p_x<=x2 && p_y>=y1 && p_y<=y2;

}

int intersezione_segmenti(int x1, int y1, int x2, int y2, int x3, int y3, int x4, int y4, int& p_x, int& p_y)
{
    if (!intersezione_linee(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4,p_x,p_y))
        return 0;

    return in_bounding_box(x1,y1,x2,y2,p_x,p_y) && in_bounding_box(x3,y3,x4,y4,p_x,p_y);
}

Ho letto questi algoritmi dal libro "Geometria a viste multiple"

testo seguente utilizzando

"come segno di trasposizione

* come prodotto punto

x come prodotto incrociato, quando si utilizza come operatore

1. definizione della linea

un punto x_vec = (x, y) 'si trova sull'asse della linea + di + c = 0

denotiamo L = (a, b, c) ', il punto come (x, y, 1)' come coordinate omogenee

l'equazione di riga può essere scritta come

(x, y, 1) (a, b, c) '= 0 o x' * L = 0

2. intersezione di linee

abbiamo due righe L1 = (a1, b1, c1) ', L2 = (a2, b2, c2)'

supponiamo che x sia un punto, un vettore e x = L1 x L2 (L1 prodotto incrociato L2).

fai attenzione, x è sempre un punto 2D, leggi le coordinate omogenee se sei confuso (L1xL2) è un vettore di tre elementi e x è una coordinate 2D.

secondo il triplo prodotto, lo sappiamo

L1 * (L1 x L2) = 0 e L2 * (L1 x L2) = 0, a causa del co-piano L1, L2

sostituiamo (L1xL2) con il vettore x, quindi abbiamo L1 * x = 0, L2 * x = 0, il che significa che x si trova su L1 e L2, x è il punto di intersezione.

fai attenzione, qui x sono coordinate omogenee, se l'ultimo elemento di x è zero, significa che L1 e L2 sono paralleli.

Molte risposte hanno racchiuso tutti i calcoli in un'unica funzione. Se devi calcolare le pendenze di linea, le intercettazioni y o le intercettazioni x da utilizzare altrove nel codice, eseguirai questi calcoli in modo ridondante. Ho separato le rispettive funzioni, usato nomi di variabili ovvi e commentato il mio codice per facilitarne il seguito. Avevo bisogno di sapere se le linee si intersecano all'infinito oltre i loro punti finali, quindi in JavaScript:

http://jsfiddle.net/skibulk/evmqq00u/

var point_a = {x:0, y:10},
    point_b = {x:12, y:12},
    point_c = {x:10, y:0},
    point_d = {x:0, y:0},
    slope_ab = slope(point_a, point_b),
    slope_bc = slope(point_b, point_c),
    slope_cd = slope(point_c, point_d),
    slope_da = slope(point_d, point_a),
    yint_ab = y_intercept(point_a, slope_ab),
    yint_bc = y_intercept(point_b, slope_bc),
    yint_cd = y_intercept(point_c, slope_cd),
    yint_da = y_intercept(point_d, slope_da),
    xint_ab = x_intercept(point_a, slope_ab, yint_ab),
    xint_bc = x_intercept(point_b, slope_bc, yint_bc),
    xint_cd = x_intercept(point_c, slope_cd, yint_cd),
    xint_da = x_intercept(point_d, slope_da, yint_da),
    point_aa = intersect(slope_da, yint_da, xint_da, slope_ab, yint_ab, xint_ab),
    point_bb = intersect(slope_ab, yint_ab, xint_ab, slope_bc, yint_bc, xint_bc),
    point_cc = intersect(slope_bc, yint_bc, xint_bc, slope_cd, yint_cd, xint_cd),
    point_dd = intersect(slope_cd, yint_cd, xint_cd, slope_da, yint_da, xint_da);

console.log(point_a, point_b, point_c, point_d);
console.log(slope_ab, slope_bc, slope_cd, slope_da);
console.log(yint_ab, yint_bc, yint_cd, yint_da);
console.log(xint_ab, xint_bc, xint_cd, xint_da);
console.log(point_aa, point_bb, point_cc, point_dd);

function slope(point_a, point_b) {
  var i = (point_b.y - point_a.y) / (point_b.x - point_a.x);
  if (i === -Infinity) return Infinity;
  if (i === -0) return 0;
  return i;
}

function y_intercept(point, slope) {
    // Horizontal Line
    if (slope == 0) return point.y;
  // Vertical Line
    if (slope == Infinity)
  {
    // THE Y-Axis
    if (point.x == 0) return Infinity;
    // No Intercept
    return null;
  }
  // Angled Line
  return point.y - (slope * point.x);
}

function x_intercept(point, slope, yint) {
    // Vertical Line
    if (slope == Infinity) return point.x;
  // Horizontal Line
    if (slope == 0)
  {
    // THE X-Axis
    if (point.y == 0) return Infinity;
    // No Intercept
    return null;
  }
  // Angled Line
  return -yint / slope;
}

// Intersection of two infinite lines
function intersect(slope_a, yint_a, xint_a, slope_b, yint_b, xint_b) {
  if (slope_a == slope_b)
  {
    // Equal Lines
    if (yint_a == yint_b && xint_a == xint_b) return Infinity;
    // Parallel Lines
    return null;
  }
  // First Line Vertical
    if (slope_a == Infinity)
  {
    return {
        x: xint_a,
      y: (slope_b * xint_a) + yint_b
    };
  }
  // Second Line Vertical
    if (slope_b == Infinity)
  {
    return {
        x: xint_b,
      y: (slope_a * xint_b) + yint_a
    };
  }
  // Not Equal, Not Parallel, Not Vertical
  var i = (yint_b - yint_a) / (slope_a - slope_b);
  return {
    x: i,
    y: (slope_a * i) + yint_a
  };
}