[英]Determine if two rectangles overlap each other?
我正在嘗試編寫一個 C++ 程序,它從用戶那里獲取以下輸入來構造矩形(2 到 5 之間):高度、寬度、x-pos、y-pos。 所有這些矩形都將平行於 x 軸和 y 軸存在,也就是說,它們的所有邊都將具有 0 或無窮大的斜率。
我試圖實現這個問題中提到的內容,但我運氣不佳。
我當前的實現執行以下操作:
// Gets all the vertices for Rectangle 1 and stores them in an array -> arrRect1
// point 1 x: arrRect1[0], point 1 y: arrRect1[1] and so on...
// Gets all the vertices for Rectangle 2 and stores them in an array -> arrRect2
// rotated edge of point a, rect 1
int rot_x, rot_y;
rot_x = -arrRect1[3];
rot_y = arrRect1[2];
// point on rotated edge
int pnt_x, pnt_y;
pnt_x = arrRect1[2];
pnt_y = arrRect1[3];
// test point, a from rect 2
int tst_x, tst_y;
tst_x = arrRect2[0];
tst_y = arrRect2[1];
int value;
value = (rot_x * (tst_x - pnt_x)) + (rot_y * (tst_y - pnt_y));
cout << "Value: " << value;
但是,我不太確定 (a) 我是否已經正確實現了鏈接到的算法,或者我是否確實如何解釋它?
有什么建議?
if (RectA.Left < RectB.Right && RectA.Right > RectB.Left &&
RectA.Top > RectB.Bottom && RectA.Bottom < RectB.Top )
或者,使用笛卡爾坐標
(X1 是左坐標,X2 是右坐標,從左到右增加,Y1 是頂坐標,Y2 是底坐標,從底到頂增加——如果這不是你的坐標系[例如大多數計算機都有Y 方向反轉],交換下面的比較)...
if (RectA.X1 < RectB.X2 && RectA.X2 > RectB.X1 &&
RectA.Y1 > RectB.Y2 && RectA.Y2 < RectB.Y1)
假設你有矩形 A 和矩形 B。證明是矛盾的。 四個條件中的任何一個都保證不存在重疊:
所以非重疊的條件是
NON-Overlap => Cond1 Or Cond2 Or Cond3 Or Cond4
因此,Overlap 的充分條件是相反的。
Overlap => NOT (Cond1 Or Cond2 Or Cond3 Or Cond4)
德摩根定律說
Not (A or B or C or D)
與Not A And Not B And Not C And Not D
所以使用德摩根,我們有
Not Cond1 And Not Cond2 And Not Cond3 And Not Cond4
這相當於:
RectA.Left < RectB.Right
],和RectA.Right > RectB.Left
],以及RectA.Top > RectB.Bottom
],以及RectA.Bottom < RectB.Top
] 注 1 :很明顯,同樣的原則可以擴展到任意數量的維度。
注意 2 :計算一個像素的重疊也應該是相當明顯的,將該邊界上的<
和/或>
更改為<=
或>=
。
注 3 :這個答案,當使用笛卡爾坐標 (X, Y) 時基於標准代數笛卡爾坐標(x 從左到右增加,Y 從下到上增加)。 顯然,如果計算機系統可能會以不同的方式機械化屏幕坐標(例如,從上到下增加 Y,或從右到左增加 X),則需要相應地調整語法/
struct rect
{
int x;
int y;
int width;
int height;
};
bool valueInRange(int value, int min, int max)
{ return (value >= min) && (value <= max); }
bool rectOverlap(rect A, rect B)
{
bool xOverlap = valueInRange(A.x, B.x, B.x + B.width) ||
valueInRange(B.x, A.x, A.x + A.width);
bool yOverlap = valueInRange(A.y, B.y, B.y + B.height) ||
valueInRange(B.y, A.y, A.y + A.height);
return xOverlap && yOverlap;
}
struct Rect
{
Rect(int x1, int x2, int y1, int y2)
: x1(x1), x2(x2), y1(y1), y2(y2)
{
assert(x1 < x2);
assert(y1 < y2);
}
int x1, x2, y1, y2;
};
bool
overlap(const Rect &r1, const Rect &r2)
{
// The rectangles don't overlap if
// one rectangle's minimum in some dimension
// is greater than the other's maximum in
// that dimension.
bool noOverlap = r1.x1 > r2.x2 ||
r2.x1 > r1.x2 ||
r1.y1 > r2.y2 ||
r2.y1 > r1.y2;
return !noOverlap;
}
檢查一個矩形是否完全在另一個矩形之外更容易,所以如果它是
在左邊...
(r1.x + r1.width < r2.x)
或者在右邊...
(r1.x > r2.x + r2.width)
或者在上面...
(r1.y + r1.height < r2.y)
或者在底部...
(r1.y > r2.y + r2.height)
的第二個矩形,它不可能與它碰撞。 因此,要獲得一個返回布爾值的函數,表示矩形發生碰撞,我們只需通過邏輯 OR 組合條件並否定結果:
function checkOverlap(r1, r2) : Boolean
{
return !(r1.x + r1.width < r2.x || r1.y + r1.height < r2.y || r1.x > r2.x + r2.width || r1.y > r2.y + r2.height);
}
為了僅在觸摸時已經收到肯定的結果,我們可以將“<”和“>”更改為“<=”和“>=”。
假設您已經定義了矩形的位置和大小,如下所示:
我的 C++ 實現是這樣的:
class Vector2D
{
public:
Vector2D(int x, int y) : x(x), y(y) {}
~Vector2D(){}
int x, y;
};
bool DoRectanglesOverlap( const Vector2D & Pos1,
const Vector2D & Size1,
const Vector2D & Pos2,
const Vector2D & Size2)
{
if ((Pos1.x < Pos2.x + Size2.x) &&
(Pos1.y < Pos2.y + Size2.y) &&
(Pos2.x < Pos1.x + Size1.x) &&
(Pos2.y < Pos1.y + Size1.y))
{
return true;
}
return false;
}
根據上圖給出的示例函數調用:
DoRectanglesOverlap(Vector2D(3, 7),
Vector2D(8, 5),
Vector2D(6, 4),
Vector2D(9, 4));
if
塊內的比較如下所示:
if ((Pos1.x < Pos2.x + Size2.x) &&
(Pos1.y < Pos2.y + Size2.y) &&
(Pos2.x < Pos1.x + Size1.x) &&
(Pos2.y < Pos1.y + Size1.y))
↓
if (( 3 < 6 + 9 ) &&
( 7 < 4 + 4 ) &&
( 6 < 3 + 8 ) &&
( 4 < 7 + 5 ))
問自己相反的問題:如何確定兩個矩形是否根本不相交? 顯然,完全位於矩形 B 左側的矩形 A 不相交。 同樣,如果 A 完全向右。 同樣,如果 A 完全高於 B 或完全低於 B。在任何其他情況下,A 和 B 相交。
下面的內容可能有錯誤,但我對算法非常有信心:
struct Rectangle { int x; int y; int width; int height; };
bool is_left_of(Rectangle const & a, Rectangle const & b) {
if (a.x + a.width <= b.x) return true;
return false;
}
bool is_right_of(Rectangle const & a, Rectangle const & b) {
return is_left_of(b, a);
}
bool not_intersect( Rectangle const & a, Rectangle const & b) {
if (is_left_of(a, b)) return true;
if (is_right_of(a, b)) return true;
// Do the same for top/bottom...
}
bool intersect(Rectangle const & a, Rectangle const & b) {
return !not_intersect(a, b);
}
如果兩個矩形重疊,這是使用 C++ 檢查的一種非常快速的方法:
return std::max(rectA.left, rectB.left) < std::min(rectA.right, rectB.right)
&& std::max(rectA.top, rectB.top) < std::min(rectA.bottom, rectB.bottom);
它的工作原理是計算相交矩形的左右邊界,然后比較它們:如果右邊界等於或小於左邊界,則表示相交為空,因此矩形不重疊; 否則,它會再次嘗試使用頂部和底部邊框。
與傳統的 4 次比較替代方法相比,這種方法有什么優勢? 這是關於現代處理器的設計方式。 他們有一種叫做分支預測的東西,當比較的結果總是相同的時候它工作得很好,但否則會有巨大的性能損失。 但是,在沒有分支指令的情況下,CPU 的表現相當不錯。 通過計算交點的邊界而不是對每個軸進行兩次單獨的檢查,我們節省了兩個分支,每對一個。
如果第一個比較很可能是錯誤的,那么四次比較方法可能會優於這個方法。 不過,這種情況非常罕見,因為這意味着第二個矩形通常位於第一個矩形的左側,而不是右側或與其重疊; 大多數情況下,您需要檢查第一個矩形兩側的矩形,這通常會抵消分支預測的優勢。
此方法可以進一步改進,具體取決於矩形的預期分布:
return std::max(rectA.top, rectB.top) < std::min(rectA.bottom, rectB.bottom)
&& std::max(rectA.left, rectB.left) < std::min(rectA.right, rectB.right);
return std::max(rectA.left, rectB.left) < std::min(rectA.right, rectB.right)
& std::max(rectA.top, rectB.top) < std::min(rectA.bottom, rectB.bottom);
(注意將&&
更改為單個&
)
下面是它在 Java API 中的實現方式:
public boolean intersects(Rectangle r) {
int tw = this.width;
int th = this.height;
int rw = r.width;
int rh = r.height;
if (rw <= 0 || rh <= 0 || tw <= 0 || th <= 0) {
return false;
}
int tx = this.x;
int ty = this.y;
int rx = r.x;
int ry = r.y;
rw += rx;
rh += ry;
tw += tx;
th += ty;
// overflow || intersect
return ((rw < rx || rw > tx) &&
(rh < ry || rh > ty) &&
(tw < tx || tw > rx) &&
(th < ty || th > ry));
}
在這個問題中,您鏈接到矩形處於任意旋轉角度時的數學。 但是,如果我理解問題中關於角度的一點,我會解釋所有矩形都相互垂直。
一般知道重疊面積公式是:
使用示例:
1 2 3 4 5 6 1 +---+---+ | | 2 + A +---+---+ | | B | 3 + + +---+---+ | | | | | 4 +---+---+---+---+ + | | 5 + C + | | 6 +---+---+
1)將所有x坐標(左右)收集到一個列表中,然后對其進行排序並刪除重復項
1 3 4 5 6
2)將所有y坐標(頂部和底部)收集到一個列表中,然后對其進行排序並刪除重復項
1 2 3 4 6
3) 通過唯一 x 坐標之間的間隙數 * 唯一 y 坐標之間的間隙數創建一個二維數組。
4 * 4
4) 將所有矩形繪制到這個網格中,增加它出現的每個單元格的計數:
1 3 4 5 6 1 +---+ | 1 | 0 0 0 2 +---+---+---+ | 1 | 1 | 1 | 0 3 +---+---+---+---+ | 1 | 1 | 2 | 1 | 4 +---+---+---+---+ 0 0 | 1 | 1 | 6 +---+---+
5) 在繪制矩形時,很容易截取重疊部分。
struct Rect
{
Rect(int x1, int x2, int y1, int y2)
: x1(x1), x2(x2), y1(y1), y2(y2)
{
assert(x1 < x2);
assert(y1 < y2);
}
int x1, x2, y1, y2;
};
//some area of the r1 overlaps r2
bool overlap(const Rect &r1, const Rect &r2)
{
return r1.x1 < r2.x2 && r2.x1 < r1.x2 &&
r1.y1 < r2.y2 && r2.x1 < r1.y2;
}
//either the rectangles overlap or the edges touch
bool touch(const Rect &r1, const Rect &r2)
{
return r1.x1 <= r2.x2 && r2.x1 <= r1.x2 &&
r1.y1 <= r2.y2 && r2.x1 <= r1.y2;
}
假設這兩個矩形是矩形 A 和矩形 B。 設它們的中心為 A1 和 B1(A1 和 B1 的坐標很容易找到),設高度為 Ha 和 Hb,寬度為 Wa 和 Wb,設 dx 為A1 和 B1 之間的寬度(x)距離和 dy 是 A1 和 B1 之間的高度(y)距離。
現在我們可以說我們可以說 A 和 B 重疊:當
if(!(dx > Wa+Wb)||!(dy > Ha+Hb)) returns true
最簡單的方法是
/**
* Check if two rectangles collide
* x_1, y_1, width_1, and height_1 define the boundaries of the first rectangle
* x_2, y_2, width_2, and height_2 define the boundaries of the second rectangle
*/
boolean rectangle_collision(float x_1, float y_1, float width_1, float height_1, float x_2, float y_2, float width_2, float height_2)
{
return !(x_1 > x_2+width_2 || x_1+width_1 < x_2 || y_1 > y_2+height_2 || y_1+height_1 < y_2);
}
首先要記住,在計算機中坐標系是顛倒的。 x 軸與數學中的相同,但 y 軸向下增加,向上減少。如果從中心繪制矩形。 如果 x1 坐標大於 x2 加上其寬度的一半。 那么這意味着走一半他們會互相接觸。 並以同樣的方式向下+一半高度。 會碰撞。。
不要將坐標視為指示像素所在的位置。 將它們視為在像素之間。 這樣,2x2 矩形的面積應該是 4,而不是 9。
bool bOverlap = !((A.Left >= B.Right || B.Left >= A.Right)
&& (A.Bottom >= B.Top || B.Bottom >= A.Top));
我有一個非常簡單的解決方案
讓 x1,y1 x2,y2 ,l1,b1,l2,be 分別為它們的坐標和長度和寬度
考慮條件 ((x2
現在,這些矩形重疊的唯一方式是,x1,y1 的對角線點是否位於另一個矩形內,或者類似地,x2,y2 的對角線點將位於另一個矩形內。 這正是上述條件所暗示的。
A和B是兩個矩形。 C 是它們的覆蓋矩形。
four points of A be (xAleft,yAtop),(xAleft,yAbottom),(xAright,yAtop),(xAright,yAbottom)
four points of A be (xBleft,yBtop),(xBleft,yBbottom),(xBright,yBtop),(xBright,yBbottom)
A.width = abs(xAleft-xAright);
A.height = abs(yAleft-yAright);
B.width = abs(xBleft-xBright);
B.height = abs(yBleft-yBright);
C.width = max(xAleft,xAright,xBleft,xBright)-min(xAleft,xAright,xBleft,xBright);
C.height = max(yAtop,yAbottom,yBtop,yBbottom)-min(yAtop,yAbottom,yBtop,yBbottom);
A and B does not overlap if
(C.width >= A.width + B.width )
OR
(C.height >= A.height + B.height)
它會處理所有可能的情況。
如果矩形重疊,則重疊面積將大於零。 現在讓我們找到重疊區域:
如果它們重疊,那么重疊矩形的左邊緣將是max(r1.x1, r2.x1)
,右邊緣將是min(r1.x2, r2.x2)
。 所以重疊的長度將是min(r1.x2, r2.x2) - max(r1.x1, r2.x1)
所以該區域將是:
area = (max(r1.x1, r2.x1) - min(r1.x2, r2.x2)) * (max(r1.y1, r2.y1) - min(r1.y2, r2.y2))
如果area = 0
則它們不重疊。
是不是很簡單?
我已經實現了一個 C# 版本,它很容易轉換為 C++。
public bool Intersects ( Rectangle rect )
{
float ulx = Math.Max ( x, rect.x );
float uly = Math.Max ( y, rect.y );
float lrx = Math.Min ( x + width, rect.x + rect.width );
float lry = Math.Min ( y + height, rect.y + rect.height );
return ulx <= lrx && uly <= lry;
}
這是來自 Java 編程簡介 - 綜合版一書的練習 3.28。 代碼測試兩個矩形是否為齒形,一個矩形是否在另一個矩形內,一個矩形是否在另一個矩形外部。 如果這些條件都不滿足,則兩者重疊。
**3.28(幾何:兩個矩形)編寫一個程序,提示用戶輸入兩個矩形的中心 x、y 坐標、寬度和高度,並確定第二個矩形是在第一個矩形內部還是與第一個矩形重疊,如圖 3.9 所示。 測試您的程序以涵蓋所有情況。 以下是示例運行:
輸入 r1 的中心 x、y 坐標、寬度和高度:2.5 4 2.5 43 輸入 r2 的中心 x、y 坐標、寬度和高度:1.5 5 0.5 3 r2 在 r1 內
輸入 r1 的中心 x、y 坐標、寬度和高度:1 2 3 5.5 輸入 r2 的中心 x、y 坐標、寬度和高度:3 4 4.5 5 r2 與 r1 重疊
輸入r1的中心x、y坐標、寬度和高度:1 2 3 3 輸入r2的中心x、y坐標、寬度和高度:40 45 3 2 r2不與r1重疊
import java.util.Scanner;
public class ProgrammingEx3_28 {
public static void main(String[] args) {
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out
.print("Enter r1's center x-, y-coordinates, width, and height:");
double x1 = input.nextDouble();
double y1 = input.nextDouble();
double w1 = input.nextDouble();
double h1 = input.nextDouble();
w1 = w1 / 2;
h1 = h1 / 2;
System.out
.print("Enter r2's center x-, y-coordinates, width, and height:");
double x2 = input.nextDouble();
double y2 = input.nextDouble();
double w2 = input.nextDouble();
double h2 = input.nextDouble();
w2 = w2 / 2;
h2 = h2 / 2;
// Calculating range of r1 and r2
double x1max = x1 + w1;
double y1max = y1 + h1;
double x1min = x1 - w1;
double y1min = y1 - h1;
double x2max = x2 + w2;
double y2max = y2 + h2;
double x2min = x2 - w2;
double y2min = y2 - h2;
if (x1max == x2max && x1min == x2min && y1max == y2max
&& y1min == y2min) {
// Check if the two are identicle
System.out.print("r1 and r2 are indentical");
} else if (x1max <= x2max && x1min >= x2min && y1max <= y2max
&& y1min >= y2min) {
// Check if r1 is in r2
System.out.print("r1 is inside r2");
} else if (x2max <= x1max && x2min >= x1min && y2max <= y1max
&& y2min >= y1min) {
// Check if r2 is in r1
System.out.print("r2 is inside r1");
} else if (x1max < x2min || x1min > x2max || y1max < y2min
|| y2min > y1max) {
// Check if the two overlap
System.out.print("r2 does not overlaps r1");
} else {
System.out.print("r2 overlaps r1");
}
}
}
bool Square::IsOverlappig(Square &other)
{
bool result1 = other.x >= x && other.y >= y && other.x <= (x + width) && other.y <= (y + height); // other's top left falls within this area
bool result2 = other.x >= x && other.y <= y && other.x <= (x + width) && (other.y + other.height) <= (y + height); // other's bottom left falls within this area
bool result3 = other.x <= x && other.y >= y && (other.x + other.width) <= (x + width) && other.y <= (y + height); // other's top right falls within this area
bool result4 = other.x <= x && other.y <= y && (other.x + other.width) >= x && (other.y + other.height) >= y; // other's bottom right falls within this area
return result1 | result2 | result3 | result4;
}
對於那些在矩形數據中使用中心點和半尺寸的人,而不是典型的 x,y,w,h 或 x0,y0,x1,x1,您可以這樣做:
#include <cmath> // for fabsf(float)
struct Rectangle
{
float centerX, centerY, halfWidth, halfHeight;
};
bool isRectangleOverlapping(const Rectangle &a, const Rectangle &b)
{
return (fabsf(a.centerX - b.centerX) <= (a.halfWidth + b.halfWidth)) &&
(fabsf(a.centerY - b.centerY) <= (a.halfHeight + b.halfHeight));
}
struct point { int x, y; };
struct rect { point tl, br; }; // top left and bottom right points
// return true if rectangles overlap
bool overlap(const rect &a, const rect &b)
{
return a.tl.x <= b.br.x && a.br.x >= b.tl.x &&
a.tl.y >= b.br.y && a.br.y <= b.tl.y;
}
就這么簡單……
bool Intersect = RectA.IntersectsWith(RectB);
“如果您對每個矩形的兩個頂點對應的 x 或 y 坐標執行減法,如果結果相同,則兩個矩形不重疊軸”(對不起,我不確定我的翻譯是否正確)
資料來源: http : //www.ieev.org/2009/05/kiem-tra-hai-hinh-chu-nhat-chong-nhau.html
用於確定矩形是否相互接觸或重疊的 Java 代碼
...
for ( int i = 0; i < n; i++ ) {
for ( int j = 0; j < n; j++ ) {
if ( i != j ) {
Rectangle rectangle1 = rectangles.get(i);
Rectangle rectangle2 = rectangles.get(j);
int l1 = rectangle1.l; //left
int r1 = rectangle1.r; //right
int b1 = rectangle1.b; //bottom
int t1 = rectangle1.t; //top
int l2 = rectangle2.l;
int r2 = rectangle2.r;
int b2 = rectangle2.b;
int t2 = rectangle2.t;
boolean topOnBottom = t2 == b1;
boolean bottomOnTop = b2 == t1;
boolean topOrBottomContact = topOnBottom || bottomOnTop;
boolean rightOnLeft = r2 == l1;
boolean leftOnRight = l2 == r1;
boolean rightOrLeftContact = leftOnRight || rightOnLeft;
boolean leftPoll = l2 <= l1 && r2 >= l1;
boolean rightPoll = l2 <= r1 && r2 >= r1;
boolean leftRightInside = l2 >= l1 && r2 <= r1;
boolean leftRightPossiblePlaces = leftPoll || rightPoll || leftRightInside;
boolean bottomPoll = t2 >= b1 && b2 <= b1;
boolean topPoll = b2 <= b1 && t2 >= b1;
boolean topBottomInside = b2 >= b1 && t2 <= t1;
boolean topBottomPossiblePlaces = bottomPoll || topPoll || topBottomInside;
boolean topInBetween = t2 > b1 && t2 < t1;
boolean bottomInBetween = b2 > b1 && b2 < t1;
boolean topBottomInBetween = topInBetween || bottomInBetween;
boolean leftInBetween = l2 > l1 && l2 < r1;
boolean rightInBetween = r2 > l1 && r2 < r1;
boolean leftRightInBetween = leftInBetween || rightInBetween;
if ( (topOrBottomContact && leftRightPossiblePlaces) || (rightOrLeftContact && topBottomPossiblePlaces) ) {
path[i][j] = true;
}
}
}
}
...
如果我們從另一側看問題(算法),則情況非常簡單 。
這意味着我們將回答問題:“矩形不重疊嗎?”,而不是回答“矩形是否重疊?”的問題。
最后,兩個問題都解決了相同的問題,但是第二個問題的答案更易於實現,因為矩形僅在一個位於另一個下方或一個位於另一個左側時才重疊(對於一個矩形就足夠了)發生這些情況,但是當然可能會同時發生-在這里,對邏輯條件“或”的良好理解很重要)。 這減少了許多在第一個問題上需要考慮的情況。
使用適當的變量名也可以簡化整個過程:
#include<bits/stdc++.h>
struct Rectangle
{
// Coordinates of the top left corner of the rectangle and width and height
float x, y, width, height;
};
bool areRectanglesOverlap(Rectangle rect1, Rectangle rect2)
{
// Declaration and initialization of local variables
// if x and y are the top left corner of the rectangle
float left1, top1, right1, bottom1, left2, top2, right2, bottom2;
left1 = rect1.x;
top1 = rect1.y;
right1 = rect1.x + rect1.width;
bottom1 = rect1.y - rect1.height;
left2 = rect2.x;
top2 = rect2.y;
right2 = rect2.x + rect2.width;
bottom2 = rect2.y - rect2.height;
// The main part of the algorithm
// The first rectangle is under the second or vice versa
if (top1 < bottom2 || top2 < bottom1)
{
return false;
}
// The first rectangle is to the left of the second or vice versa
if (right1 < left2 || right2 < left1)
{
return false;
}
// Rectangles overlap
return true;
}
即使我們有不同的矩形表示形式,也可以通過僅修改定義了變量更改的部分來使上面的函數適應於它。 函數的其他部分保持不變(當然,這里實際上並不需要注釋,但我添加了注釋,以便每個人都可以快速理解此簡單算法)。
以上功能的等效 形式,但可讀性較低,可能看起來像這樣:
bool areRectanglesOverlap(Rectangle rect1, Rectangle rect2)
{
float left1, top1, right1, bottom1, left2, top2, right2, bottom2;
left1 = rect1.x;
top1 = rect1.y;
right1 = rect1.x + rect1.width;
bottom1 = rect1.y - rect1.height;
left2 = rect2.x;
top2 = rect2.y;
right2 = rect2.x + rect2.width;
bottom2 = rect2.y - rect2.height;
return !(top1 < bottom2 || top2 < bottom1 || right1 < left2 || right2 < left1);
}
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