在3D空间中,如何提升两条线段的相交性能?

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我尝试使用boost geometry计算3D中两条线段的交点。

以下是代码片段:

typedef boost::geometry::model::point<double, 3, boost::geometry::cs::cartesian> boost3dPoint;
typedef boost::geometry::model::segment<boost3dPoint> boost3dSegment;

const boost3dPoint bp0(0, 0, 0);
const boost3dPoint bp1(2, 0, 0);
boost3dSegment lineP(bp0, bp1);

// line m
const boost3dPoint bm0(1, 1, 2);
const boost3dPoint bm1(1, -1, 2);
boost3dSegment lineM(bm0, bm1);

std::vector<boost3dPoint> output;

boost::geometry::intersection(lineP, lineM, output);

if(output.size() == 0)
{
  result.intsec = false;
}
else if(output.size() == 1)
{
  std::cout << "test: output.size() " << std::endl;
  result.intsec = true;
  boost3dPoint bresult = output[0];
  mesh::Point cross(bresult.get<0>(), bresult.get<1>(), bresult.get<2>());
  result.pon = cross;
}
else
{
  // it may line on each other, cosider as no intersection for now
  result.intsec = false;
}

很明显,上述情况没有交集,但仍然返回结果:(1,0,6.94593e-310)

它只在二维中有效吗?


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1个回答

1

在我看来,它确实只适用于二维情况。这很令人惊讶,因为通常这些约束条件会被库以相当积极主动的方式断言。

但是,通过以下测试用例,很明显z坐标值只是未初始化/不确定的:

Live On Coliru

#include <boost/geometry/geometries/point.hpp>
#include <boost/geometry/core/cs.hpp>
#include <boost/geometry/io/io.hpp>
#include <boost/geometry/io/wkt/stream.hpp>
#include <boost/geometry/geometries/segment.hpp>
#include <boost/geometry/algorithms/intersection.hpp>
#include <boost/geometry/algorithms/correct.hpp>

#include <iomanip>
#include <fstream>
#include <iostream>

#if 0
#include <boost/multiprecision/cpp_dec_float.hpp>
typedef boost::multiprecision::cpp_dec_float<50> dec_float_backend;
typedef boost::multiprecision::number<dec_float_backend, boost::multiprecision::expression_template_option::et_off> T;
#else
typedef int T;
#endif

typedef boost::geometry::model::point<T, 3, boost::geometry::cs::cartesian> boostPoint;
typedef boost::geometry::model::segment<boostPoint> boostSegment;

int main() {
    std::cout << std::setprecision(std::numeric_limits<double>::max_digits10+2);

    for (auto&& segments : {
                // a simple test with intersection [ 5,0,0 ]
                std::make_pair(
                    boostSegment(boostPoint(0 , 0 , 0), boostPoint(10, 0 , 0)),
                    boostSegment(boostPoint(+3, +1, 0), boostPoint(+7, -1, 0))
                ),
                // the test from the OP:
                std::make_pair(
                    boostSegment(boostPoint(0, 0, 0), boostPoint(2, 0, 0)),
                    boostSegment(boostPoint(1, 1, 2), boostPoint(1, -1, 2))
                ),
            })
    {
        std::vector<boostPoint> output;
        boost::geometry::correct(segments.first); // just in case o.O
        boost::geometry::correct(segments.second);
        boost::geometry::intersection(segments.first, segments.second, output);

        std::cout << "Intersecting " << segments.first << " and " << segments.second << "\n";
        std::cout << "Output size: " << output.size() << " ";
        if (!output.empty()) std::cout << output[0];
        std::cout << "\n";
    }
}

在我的本地系统上,输出结果是:
Intersecting LINESTRING(0 0 0,10 0 0) and LINESTRING(3 1 0,7 -1 0)
Output size: 1 POINT(5 0 -133276928)
Intersecting LINESTRING(0 0 0,2 0 0) and LINESTRING(1 1 2,1 -1 2)
Output size: 1 POINT(1 0 -133276928)

在下一次运行时

Intersecting LINESTRING(0 0 0,10 0 0) and LINESTRING(3 1 0,7 -1 0)
Output size: 1 POINT(5 0 1)
Intersecting LINESTRING(0 0 0,2 0 0) and LINESTRING(1 1 2,1 -1 2)
Output size: 1 POINT(1 0 1)

Valgrind确认该值是不确定的:

==13210== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
==13210==    at 0x4EBFE9E: std::ostreambuf_iterator<char, std::char_traits<char> > std::num_put<char, std::ostreambuf_iterator<char, std::char_traits<char> > >::_M_insert_int<long>(std::ostreambuf_iterator<char, std::char_traits<char> >, std::ios_base&, char, long) const (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.19)
==13210==    by 0x4EC047C: std::num_put<char, std::ostreambuf_iterator<char, std::char_traits<char> > >::do_put(std::ostreambuf_iterator<char, std::char_traits<char> >, std::ios_base&, char, long) const (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.19)
==13210==    by 0x4ECC21D: std::ostream& std::ostream::_M_insert<long>(long) (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.19)
==13210==    by 0x401549: main (write.hpp:62)

我认为这个问题可以向库开发者报告。 为了方便起见,我添加的“简单测试”案例仅限于二维,如下所示:

enter image description here


谢谢你的分析。你能给我一些提示如何在三维空间中计算两条线段的交点吗?虽然有CGAL库,但我很难理解它。 - H'H
我真的不知道。我花了很多时间得出上述结论。也许你可以尝试将线段转换为多边形?(甚至不确定是否支持,因为从技术上讲,你会将零宽度的三角形相交) - sehe
再次感谢,我甚至想使用boost distance来查看是否有任何交集(不幸的是它不受支持)。虽然我找到了一个扩展库"http://cgm.cs.mcgill.ca/~stever/CGAL/"。 - H'H
您可以在三维空间中找到两条线段之间的最短距离。如果距离等于零(或小于定义的公差),则线段相交。 - Jepessen
@Jepessen,OP在他的最后一条评论中说“不幸的是这不受支持”,他错了吗? - sehe
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