三維空間中兩直線的最短距離及最近點(diǎn)

方法1:

  • 已知空間中兩直線AB, CD,判斷它們是否相交

?????問題的關(guān)鍵是求出這兩條直線之間的最短距離,以及在這個(gè)距離上最接近兩線的點(diǎn)坐標(biāo),判斷該點(diǎn)是否在直線AB和直線CD上。

?????首先將直線方程化為對稱式,分別得到兩直線方向向量AB=(x1,y1,z1), CD=(x2,y2,z2),
再將兩向量AB, CD叉乘得到其公垂向量N=(x,y,z),在AB, CD兩直線上分別選取點(diǎn)E,F(任意),得到向量M,求向量M在向量N方向的投影即為兩異面直線間的距離了(就是最短距離啦)。

?????最短距離的求法:d=|向量N向量M|/|向量N|(上面是兩向量的數(shù)量積,下面是取模)。*
設(shè)兩直線與距離的交點(diǎn)分別為S,T,可帶入公垂線N的對稱式中得到第一個(gè)方程,又因?yàn)镾,T兩點(diǎn)分別滿足直線AB和CD的方程,所以得到關(guān)于S(或T)的第二個(gè)方程,聯(lián)立兩個(gè)方程分別解出來即可!

方法2:

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2.jpg
#include<iostream>
#include<cmath>

using namespace std;

struct Point
{
    double x, y, z;
    Point(double x = 0, double y = 0, double z = 0) : x(x), y(y), z(z) {}
};
typedef Point Vector;

Vector operator + (Vector a, Vector b)
{
    return Vector(a.x + b.x, a.y + b.y, a.z + b.z);
};
Vector operator - (Vector a, Vector b)
{
    return Vector(a.x - b.x, a.y - b.y, a.z - b.z);
};
Vector operator * (Vector a, double p)
{
    return Vector(a.x * p, a.y * p, a.z * p);
}
Vector operator / (Vector a, double p)
{
    return Vector(a.x / p, a.y / p, a.z / p);
}

double Dot(Vector a, Vector b)
{
    return a.x * b.x + a.y * b.y + a.z * b.z;
}
double Length(Vector a)
{
    return sqrt(Dot(a, a));
}
Vector Cross(Point a, Point b)
{
    return Vector(a.y * b.z - a.z * b.y, a.z * b.x - a.x * b.z, a.x * b.y - a.y * b.x);
}

Point a1, b1, a2, b2;
int main()
{
    int n;
    scanf("%d", &n);
    while(n--)
    {
        scanf("%lf%lf%lf", &a1.x, &a1.y, &a1.z);
        scanf("%lf%lf%lf", &b1.x, &b1.y, &b1.z);
        scanf("%lf%lf%lf", &a2.x, &a2.y, &a2.z);
        scanf("%lf%lf%lf", &b2.x, &b2.y, &b2.z);
        Vector v1 = (a1 - b1), v2 = (a2 - b2);
        Vector N = Cross(v1, v2);
        Vector ab = (a1 - a2);
        double ans = Dot(N, ab) / Length(N);
        Point p1 = a1, p2 = a2;
        Vector d1 = b1 - a1, d2 = b2 - a2;
        Point ans1, ans2;
        double t1, t2;
        t1 = Dot((Cross(p2 - p1, d2)), Cross(d1, d2));
        t2 = Dot((Cross(p2 - p1, d1)), Cross(d1, d2));
        double dd = Length((Cross(d1, d2)));
        t1 /= dd * dd;
        t2 /= dd * dd;
        ans1 = (a1 + (b1 - a1) * t1);
        ans2 = (a2 + (b2 - a2) * t2);
        printf("%.6f\n", fabs(ans));
        printf("%.6f %.6f %.6f ", ans1.x, ans1.y, ans1.z);
        printf("%.6f %.6f %.6f\n", ans2.x, ans2.y, ans2.z);
    }
    return 0;
}

</br>

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