C++求两条贝塞尔曲线的交点

时间: 2024-05-12 21:08:01 浏览: 28
求两条贝塞尔曲线的交点,可以通过求解方程组来实现。假设两条贝塞尔曲线分别为 $B_1(t)$ 和 $B_2(t)$,则它们的交点满足以下方程组: $$ \begin{cases} B_1(t_1) - B_2(t_2) = 0\\ B_1'(t_1) \cdot B_2''(t_2) - B_2'(t_2) \cdot B_1''(t_1) = 0 \end{cases} $$ 其中 $B_i(t)$ 表示第 $i$ 条贝塞尔曲线在参数 $t$ 处的点,$B_i'(t)$ 表示第 $i$ 条贝塞尔曲线在参数 $t$ 处的切向量,$B_i''(t)$ 表示第 $i$ 条贝塞尔曲线在参数 $t$ 处的二阶导向量。 具体实现可以采用牛顿迭代法来求解方程组的根。 以下是一个简单的 C++ 实现: ```cpp #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; const double EPSILON = 1e-6; // 停止迭代的精度要求 struct Point { double x; double y; }; struct BezierCurve { Point p0; Point p1; Point p2; Point p3; }; Point bezier(BezierCurve curve, double t) { double u = 1 - t; double uu = u * u; double uuu = uu * u; double tt = t * t; double ttt = tt * t; Point p; p.x = uuu * curve.p0.x + 3 * uu * t * curve.p1.x + 3 * u * tt * curve.p2.x + ttt * curve.p3.x; p.y = uuu * curve.p0.y + 3 * uu * t * curve.p1.y + 3 * u * tt * curve.p2.y + ttt * curve.p3.y; return p; } Point bezierDerivative(BezierCurve curve, double t) { double u = 1 - t; double uu = u * u; double tt = t * t; Point p; p.x = 3 * uu * (curve.p1.x - curve.p0.x) + 6 * u * t * (curve.p2.x - curve.p1.x) + 3 * tt * (curve.p3.x - curve.p2.x); p.y = 3 * uu * (curve.p1.y - curve.p0.y) + 6 * u * t * (curve.p2.y - curve.p1.y) + 3 * tt * (curve.p3.y - curve.p2.y); return p; } Point bezierSecondDerivative(BezierCurve curve, double t) { double u = 1 - t; Point p; p.x = 6 * u * (curve.p2.x - 2 * curve.p1.x + curve.p0.x) + 6 * t * (curve.p3.x - 2 * curve.p2.x + curve.p1.x); p.y = 6 * u * (curve.p2.y - 2 * curve.p1.y + curve.p0.y) + 6 * t * (curve.p3.y - 2 * curve.p2.y + curve.p1.y); return p; } double distance(Point a, Point b) { double dx = a.x - b.x; double dy = a.y - b.y; return sqrt(dx * dx + dy * dy); } Point findIntersection(BezierCurve curve1, BezierCurve curve2) { double t1 = 0.5; // 初始化迭代参数 double t2 = 0.5; double dt = 1.0; while (dt > EPSILON) { // 迭代求解方程组 Point p1 = bezier(curve1, t1); Point p2 = bezier(curve2, t2); double d = distance(p1, p2); if (d < EPSILON) { // 当两条曲线已经相交时,直接返回交点 return p1; } Point v1 = bezierDerivative(curve1, t1); Point v2 = bezierDerivative(curve2, t2); Point a1 = bezierSecondDerivative(curve1, t1); Point a2 = bezierSecondDerivative(curve2, t2); double f1 = p1.x - p2.x; double f2 = p1.y - p2.y; double f3 = v1.x * a2.y - v1.y * a2.x - v2.x * a1.y + v2.y * a1.x; double f4 = a1.x * a2.y - a1.y * a2.x; double d1 = v1.x * a2.y - v1.y * a2.x; double d2 = v2.x * a1.y - v2.y * a1.x; double d3 = a1.x * a2.y - a1.y * a2.x; double h1 = f1 - d1 / d3 * f3; double h2 = f2 - d2 / d3 * f3; double h3 = f4; double det = h1 * h2 - h3 * h3; double t1_new = t1 - (h2 * f3 - h3 * f2) / det; double t2_new = t2 - (h1 * f3 - h3 * f1) / det; if (t1_new < 0 || t1_new > 1 || t2_new < 0 || t2_new > 1) { // 当迭代参数越界时,重新初始化 t1_new = 0.5; t2_new = 0.5; } dt = max(abs(t1_new - t1), abs(t2_new - t2)); t1 = t1_new; t2 = t2_new; } return bezier(curve1, t1); } int main() { BezierCurve curve1 = {{0, 0}, {1, 2}, {3, -1}, {4, 0}}; BezierCurve curve2 = {{2, 0}, {3, 1}, {1, 3}, {0, 2}}; Point p = findIntersection(curve1, curve2); cout << "Intersection point: (" << p.x << ", " << p.y << ")" << endl; return 0; } ``` 在上述代码中,`BezierCurve` 结构体表示一条贝塞尔曲线,包含四个控制点。`bezier` 函数用来计算曲线在参数 $t$ 处的点,`bezierDerivative` 和 `bezierSecondDerivative` 函数分别用来计算曲线在参数 $t$ 处的一阶导向量和二阶导向量。`distance` 函数用来计算两个点之间的距离。`findIntersection` 函数则用来求解两条贝塞尔曲线的交点,采用牛顿迭代法求解方程组的根。

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