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点、线、面、三角形和多边形
这里我整理和编写了一些关于几何算法上的一些LISP程序。
一些程序出于研究的目的,有可能代码不是最简洁的,但是执行效率高。
虽然经过了很多次测试,但未能保证完全正确。所以有什么错误或者bug请大家多多指教。
并贴上附件包含本主题所有源代码,和一些测试代码。
其内容已经同步到http://highflybird.mjtd.com上。
申明:如需转载,请注明作者和来源地址!
另:如果有些函数不能在附件或者此贴中找到,请移步:
http://bbs.mjtd.com/thread-99926-1-1.html中
一、点
1. 比例缩放点
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 比例缩放点 ;
- ;;;输入: 要缩放的点pt,基点pBase,缩放因子k ;
- ;;;输出: 缩放后的点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Scale (Pt pBase k)
- (mapcar (function (lambda (u v) (+ u (* k (- v u))))) pBase Pt)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 比例缩放点2倍 ;
- ;;;输入: 要缩放的点pt,基点pBase ;
- ;;;输出: 缩放后的点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Scale2 (Pt pBase)
- (mapcar (function (lambda (u v) (+ v (- v u)))) pBase Pt)
- )
2、定比点
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 两点之中点 ;
- ;;;输入: 两点p1,P2 ;
- ;;;输出: 中点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Midpoint (p1 p2)
- (mapcar (function (lambda (e1 e2) (* (+ e1 e2) 0.5))) p1 p2)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 定比点P,使得P1P / PP2 = k (此函数于三维) ;
- ;;;输入: 两点p1,P2和比例系数k ;
- ;;;输出: 定比点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Proportion (p1 p2 k)
- (if (/= k -1)
- (mapcar (function (lambda (x1 x2) (/ (+ x1 (* k x2)) (+ 1.0 k)))) p1 p2)
- )
- )
3、点的旋转和镜像
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 两点法旋转某个点90度 ;
- ;;;输入: 基点,矢量的第一点P1,第二点P1 ;
- ;;;输出: 旋转90度后点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Rot90 (ptBase P1 P2)
- (mapcar '+ ptBase (MAT:Rot90 (mapcar '- p2 p1)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 以基点旋转一点到指定的角度 ;
- ;;;输入: 要旋转的点Pt,基点和旋转角度 ;
- ;;;输出: 旋转后点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Rot2D (Pt PtBase Ang)
- (mapcar '+ PtBase (MAT:Rot2D (mapcar '- Pt PtBase) Ang))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 以基点和角度镜像某点 ;
- ;;;输入: 要镜像的点Pt,基点和镜像轴角度 ;
- ;;;输出: 镜像点位置 ;
- ;;;说明: 只适用与二维情况下,但速度最快 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Mirror2D (Pt pBase Ang)
- (polar pBase (+ ang (- ang (angle pbase pt))) (distance pt pBase))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 镜像点(可以用于3D情况) ;
- ;;;输入: 要镜像的点Pt,镜像轴第一点和第二点 ;
- ;;;输出: 镜像点位置 ;
- ;;;说明: 可以适用于三维情况 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Mirror3D (Pt P1 P2 / v1 v2 dd P3 P4)
- (if (equal P1 P2 1e-8)
- (GEO:Scale2 P1 Pt)
- (setq v1 (mapcar '- Pt P1)
- v2 (mapcar '- P2 P1)
- dd (MAT:Dot v2 v2)
- P3 (GEO:Scale P2 P1 (/ (MAT:Dot v1 v2) dd))
- P4 (GEO:Scale2 P3 Pt)
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 镜像点(另一方法,相当于用 Mirror命令的结果) ;
- ;;;输入: 要镜像的点Pt,镜像轴第一点和第二点 ;
- ;;;输出: 镜像点位置 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Mirror2D-1 (Pt P1 P2 / v p)
- (setq v (mapcar '- p2 p1))
- (setq p (trans (mapcar '- Pt P1) 0 v))
- (setq p (list (- (car p)) (cadr p) (caddr p)))
- (mapcar '+ P1 (trans p v 0))
- )
4、点集的质心
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 计算有限点集的质心 ;
- ;;;输入: 有限个点集 Pts ;
- ;;;输出: 质心坐标,用点表表示 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun GEO:Centroid (Pts / )
- (MAT:vxs (apply 'mapcar (cons '+ pts)) (/ 1.0 (length pts)))
- )
5、有关点集的其他几何算法:
a.点集的凸包
http://bbs.mjtd.com/forum.php?mod=viewthread&tid=56069
b.点集的最小包围圆
http://bbs.mjtd.com/forum.php?mod=viewthread&tid=55997
c.点集的最小包围盒和直径
http://bbs.mjtd.com/forum.php?mod=viewthread&tid=81308
d.点集的最小距离点对
http://bbs.mjtd.com/forum.php?mod=viewthread&tid=56310
e.点集的三角网构建
http://bbs.mjtd.com/thread-82644-2-1.html
f.容差范围内的点集
http://www.theswamp.org/index.php?topic=32874.60
二、线
1、直线方程
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;直线的方程 ;
- ;;;Coefficient Equation ;
- ;;;参数: 两点 ;
- ;;;返回: 直线的方程Ax+By+C=0 的三个系数A,B,C ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Equation (p1 p2)
- (list
- (- (cadr p1) (cadr p2))
- (- (car p2) (car p1))
- (- (* (car p1) (cadr p2)) (* (cadr p1) (car p2)))
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;直线的方程1 ;
- ;;;点矢量式方程 P0+k*Vector ;
- ;;;参数: 两点 ;
- ;;;返回: 直线的方程用一点和直线的方向矢量表达 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Equation_1 (p0 p1)
- (list P0 (mapcar '- p1 p0))
- )
2、直线偏移
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 偏移一条线段 ;
- ;;;输入: 两点和一个距离(负数代表直线段的下方) ;
- ;;;输出: 偏移后的两点 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Offset (p1 p2 d / v L)
- (setq v (mapcar '- p2 p1))
- (setq L (distance p1 p2))
- (setq v (Mat:vxs (Mat:Rot90 v) (/ d L)))
- (list (mapcar '+ p1 v) (mapcar '+ p2 v))
- )
3、点到直线的距离和垂足
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点Pt到直线P1P2的距离(带方向) ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线的两个端点P1,P2 ;
- ;;;输出: 带符号的距离,为正P1,P2,Pt逆时针,否则顺时针 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Distance (pt p1 p2 / A B C)
- (setq A (- (cadr p1) (cadr p2)))
- (setq B (- (car p2) (car p1)))
- (setq C (- (* (car p1) (cadr p2)) (* (cadr p1) (car p2))))
- (if (not (and (= A 0) (= b 0)))
- (/ (+ (* A (car pt)) (* B (cadr pt)) C)
- (sqrt (+ (* A A) (* B B)))
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 已知直线方程系数求点到直线的距离(带方向) ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线方程的三个系数 ;
- ;;;输出: 带符号的距离,为正Pt在直线方向的上方,负则反之;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Distance_1 (Pt A B C / AA BB AB k x0 y0 x y D)
- (if (not (and (= a 0) (= b 0)))
- (progn
- (setq AA (* A A))
- (setq BB (* B B))
- (setq AB (* A B))
- (setq k (+ AA BB))
- (setq x0 (car pt))
- (setq y0 (cadr pt))
- (setq x (/ (- (* BB x0) (* AB y0) (* A C)) k))
- (setq y (/ (- (* AA y0) (* AB x0) (* B C)) k))
- (setq D (/ (+ (* A x0) (* B y0) C) (sqrt k)))
- (list D (list x y))
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到直线的距离(带方向) ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线的两个端点P1,P2 ;
- ;;;输出: 带符号的距离,为正P1,P2,Pt逆时针,否则顺时针 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Distance_2 (pt p1 p2 / )
- (car (trans (mapcar '- pt p1) 0 (mapcar '- p2 p1)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到直线的距离(适合三维情况) ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线的两个端点P1,P2 ;
- ;;;输出: 所求距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Distance_3 (p0 p1 p2 / v0 v1)
- (setq v0 (mapcar '- P0 p1))
- (setq v1 (mapcar '- p2 p1))
- (/ (MAT:Norm3D (MAT:vxv v0 v1)) (MAT:Norm3D v1))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到直线的距离和垂足 ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线的两个端点P1,P2 ;
- ;;;输出: 所求距离和垂足 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Foot (pt p1 p2 / d)
- (setq d (LINE:Perpendicular_Distance pt p1 p2))
- (list d (polar pt (- (angle p1 p2) (/ pi 2)) d))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到直线的垂足 ;
- ;;;输入: 要求的点Pt,和直线的两个端点P1,P2 ;
- ;;;输出: 所求的垂足 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Perpendicular_Foot_1 (pt p1 p2)
- (inters pt (mapcar '+ pt (MAT:Rot90 (mapcar '- p1 p2))) p1 p2 nil)
- )
4.空间两直线的距离
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 求空间两直线的最短距离 ;
- ;;;输入: 两条直线的四个端点P1,P2,P3,P4 ;
- ;;;输出: 所求距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Distance_LineToLine (P1 P2 P3 P4 / v1 v2 v3)
- (setq v1 (mapcar '- p2 p1))
- (setq v2 (mapcar '- p4 p3))
- (setq v3 (MAT:vxv v1 v2))
- (/ (Mat:Dot (mapcar '- P1 P3) v3) (Mat:Norm3D v3))
- )
5.我的直线求交
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 两条直线求交点函数(跟inters函数稍微有区别) ;
- ;;;输入: 两条直线的四个端点P1,P2,P3,P4 ;
- ;;;输出: nil 说明这两条平行或者共线,否则返回交点 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Intersection (p1 p2 p3 p4 / DA DB DD X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4)
- (setq x1 (car p1)
- x2 (car p2)
- x3 (car p3)
- x4 (car p4)
- y1 (cadr p1)
- y2 (cadr p2)
- y3 (cadr p3)
- y4 (cadr p4)
- )
- (setq dd (- (* (- x1 x2) (- y3 y4)) (* (- x3 x4) (- y1 y2))))
- (setq da (- (* x1 y2) (* y1 x2)))
- (setq db (- (* x3 y4) (* y3 x4)))
- (if (not (equal dd 0 1e-8))
- (list (/ (- (* da (- x3 x4)) (* db (- x1 x2))) dd)
- (/ (- (* da (- y3 y4)) (* db (- y1 y2))) dd)
- )
- )
- )
6.有关直线的一些判断
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 判断平面上的三点是否共线 ;
- ;;;输入: 三点 P1,P2,P3 ;
- ;;;输出: T 说明三点共线,否则不共线 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Colinearity (p1 p2 p3 / a b c eps)
- (setq eps 1e-6)
- (setq a (distance p2 p3))
- (setq b (distance p3 p1))
- (setq c (distance p1 p2))
- (or (equal (+ a b) c eps)
- (equal (+ b c) a eps)
- (equal (+ c a) b eps)
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 判断空间上三点是否共线(跟上面的方法效率差不多);
- ;;;输入: 三点 P1,P2,P3 ;
- ;;;输出: T 说明三点共线,否则不共线 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:Colinearity3D (p1 p2 p3 / a1 a2)
- (equal (TRI:Det3P p1 p2 p3) 0 1e-8)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 判断两点是否在一条直线的同一侧 ;
- ;;;输入: 要判断的两点点P1,P2和直线的两个端点Pa,Pb ;
- ;;;输出: T 说明同侧,nil异侧 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun LINE:IsSameSide (P1 P2 Pa Pb / d1 d2 eps)
- (setq eps 1e-6)
- (setq d1 (TRI:Det3P P1 PA PB))
- (setq d2 (TRI:Det3P P2 PA PB))
- (or (and (<= d1 eps) (<= d2 eps))
- (and (>= d1 (- eps)) (>= d2 (- eps)))
- )
- )
三、面和空间
1.平面方程
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点法线的平面方程 ;
- ;;;输入: P0平面上的一点,N平面的法线矢量 ;
- ;;;输出: 平面方程的系数列表 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Equation (P0 N)
- (append N (list (- (MAT:Dot P0 N))))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 三点式平面方程 ;
- ;;;输入: 平面上的三点 ;
- ;;;输出: 平面方程的系数列表 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Equation_3P (P0 P1 P2 / v1 v2 N)
- (setq v1 (mapcar '- p1 p0))
- (setq v2 (mapcar '- P2 p0))
- (setq N (MAT:vxv v1 v2))
- (PLANE:Equation P0 N)
- )
2.点到平面的距离
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到平面的距离(有向的距离) ;
- ;;;输入: 一点P和平面的方程为Ax+By+Cz+D=0的四个系数 ;
- ;;;输出: 该点到平面的距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Distance (P A B C D)
- (if (and (zerop A) (zerop B) (zerop C))
- nil
- (/ (+ (* A (car P)) (* B (cadr P)) (* C (caddr P)) D)
- (distance '(0 0 0) (list A B C))
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到三点决定的平面的距离(有向的距离) ;
- ;;;输入: 一点P和平面的方程为Ax+By+Cz+D=0的四个系数 ;
- ;;;输出: 该点到平面的距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Distance_1 (P p1 p2 p3 /)
- (Apply 'PLANE:Distance (cons p (PLANE:Equation_3P p1 p2 p3)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 点到三点决定的平面的距离和该点在平面上的投影点;
- ;;;输入: 一点P和三点P1,P2,P3决定的平面 ;
- ;;;输出: 该点到平面的距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Perpendicular_Foot (P p1 p2 p3 / F A B C D H N L)
- (setq F (PLANE:Equation_3P p1 p2 p3))
- (setq A (car f)
- B (cadr f)
- C (caddr f)
- D (last f)
- )
- (setq H (PLANE:Distance p A B C D))
- (setq N (List A B C))
- (setq L (distance '(0 0 0) N))
- (if (not (zerop L))
- (list H (Geo:scale (mapcar '+ p N) P (- (/ H L))))
- )
- )
3.空间直线与平面的交点
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 求空间直线与平面的交点 ;
- ;;;输入: 决定直线的两点Pa,Pb和三点P1,P2,P3决定的平面 ;
- ;;;输出: 该点到平面的距离 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun PLANE:Line_Inters_Plane (Pa Pb A B C D / h1 h2)
- (setq h1 (Plane:Distance Pa A b c d))
- (setq h2 (plane:distance Pb a b c d))
- (if (and h1 h2)
- (cond
- ( (equal h1 0 1e-14) Pa)
- ( (equal h2 0 1e-14) Pb)
- (t (GEO:Proportion Pa Pb (- (/ h1 h2))))
- )
- )
- )
四、三角形
1.根据边长判断是否构成三角形
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 判断是否构成三角形 ;
- ;;;输入: 三边的长度a,b,c ;
- ;;;输出: 构成三角形则返回T,否则返回nil ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:IsTriangle (a b c /)
- (and (> (+ a b) c) (> (+ b c) a) (> (+ c a) b))
- )
2.三角形的外心,内心,重心,垂心,九点圆圆心
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 求三角形外心 TRI:CircumCenter,ExCenter ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这三点的外接圆的圆心和半径 ;
- ;;;说明: 尽管这样写很麻烦,显得代码很多,但运行却很快 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:CircumCenter (P0 P1 P2 / X0 Y0 X1 Y1 X2 Y2 DX1 DY1 DX2 DY2 D 2D C1 C2 CE)
- (setq X0 (car P0)
- Y0 (cadr P0)
- X1 (car P1)
- Y1 (cadr P1)
- X2 (car P2)
- Y2 (cadr P2)
- DX1 (- X1 X0)
- DY1 (- Y1 Y0)
- DX2 (- X2 X0)
- DY2 (- Y2 Y0)
- )
- (setq D (- (* DX1 DY2) (* DX2 DY1)))
- (if (equal D 0 1e-14)
- nil
- (progn
- (setq 2D (+ D D)
- C1 (+ (* DX1 (+ X0 X1)) (* DY1 (+ Y0 Y1)))
- C2 (+ (* DX2 (+ X0 X2)) (* DY2 (+ Y0 Y2)))
- CE (List (/ (- (* C1 DY2) (* C2 DY1)) 2D)
- (/ (- (* C2 DX1) (* C1 DX2)) 2D)
- )
- )
- (list CE (distance CE P0))
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 三角形内心 ;
- ;;;公式: (aX1+bx2+cx3)/(a+b+c),(aY2+bY2+CY3)/(a+b+c) ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这三点的内切圆的圆心和半径 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:InCenter (pa pb pc / a b c L I r)
- (setq a (distance pb pc))
- (setq b (distance pc pa))
- (setq c (distance pa pb))
- (setq L (+ a b c))
- (if (/= L 0.0)
- (setq I (MAT:SxVs (list pa pb pc) (list (/ a L) (/ b L) (/ c L)))
- R (list I (abs (LINE:Perpendicular_Distance I pa pb)))
- )
- (list pa 0)
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 三角形垂心 ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这个三点形成的三角形的垂心 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:OrthoCenter (pa pb pc / p1 p2)
- (setq p1 (GEO:Rot90 Pa pb pc))
- (setq p2 (GEO:Rot90 pb pc pa))
- (inters pa p1 pb p2 nil)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 三角形重心 ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这个三点形成的三角形的重心 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Barycenter (p1 p2 p3)
- (mapcar (function (lambda (e1 e2 e3) (/ (+ e1 e2 e3) 3.0))) p1 p2 p3)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 三角形的九点圆 ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这个三点形成的三角形的九点圆的圆心和半径 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:9P_Circle (pa pb pc)
- (apply 'TRI:CircumCenter
- (mapcar 'GEO:Midpoint (list pa pb pc) (list pb pc pa))
- )
- )
3.三角形的三线坐标和其他心及其点(相似重心,等周点,等角共轭点等)
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;三线坐标转化为世界坐标 k = 2S/(ax+by+cz) ;
- ;;;注意: 三线坐标跟笛卡尔坐标的表示上的不同 ;
- ;;;输入: 三线坐标P(list x y z)=>x:y:z和对应三点Pa,Pb,Pc;
- ;;;输出: 返回世界坐标系的点 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:TCS->WCS (P Pa Pb Pc / x y z V1 V2 V3 p1 p2 p3 int)
- (setq V1 (LINE:Offset Pb Pc (car P)))
- (setq V2 (LINE:Offset Pc Pa (cadr p)))
- (setq V3 (LINE:Offset Pa Pb (caddr p)))
- (setq p1 (inters (car V2) (cadr V2) (car V3) (cadr V3) nil))
- (setq p2 (inters (car V3) (cadr V3) (car V1) (cadr V1) nil))
- (setq p3 (inters (car V1) (cadr V1) (car V2) (cadr V2) nil))
- (if (setq int (inters Pa P1 Pb P2 nil))
- int
- (if (setq int (inters Pb P2 Pc P3 nil))
- int
- (inters Pc P3 Pa P1 nil)
- )
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 相似重心,Lemoine Point ,or symmedian point ;
- ;;;输入: 给定不共线的三个点 ;
- ;;;输出: 这个三点形成的三角形的相似重心 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Symmedian_Point (Pa Pb Pc / a b c)
- (setq a (distance Pb Pc))
- (setq b (distance pc Pa))
- (setq c (distance Pa Pb))
- (TRI:TCS->WCS (list a b c) Pa Pb Pc)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 某点对给定三角形的等角共轭点 ;
- ;;;输入: 一点Pt 和构成三角形的三点Pa Pb Pc ;
- ;;;输出: 这点对给定三角形的等角共轭点 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Isogonal-Conjugate-Point (Pt Pa Pb Pc / Pt1 Pt2 Inc)
- (setq InC (car (TRI:InCenter Pa Pb Pc)))
- (setq Pt1 (GEO:Mirror3D Pt Pa Inc))
- (setq pt2 (GEO:Mirror3D Pt Pb Inc))
- (inters Pa Pt1 Pb Pt2 nil)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 某点对给定三角形的等角共轭点 ;
- ;;;输入: 一点Pt 和构成三角形的三点Pa Pb Pc ;
- ;;;输出: 这点对给定三角形的等角共轭点 ;
- ;;;说明: 如果已知三角形内心,则可以简略计算 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Isogonal-Conjugate-Point-1 (Pt Pa Pb Inc /)
- (inters Pa (GEO:Mirror3D Pt Pa Inc) Pb (GEO:Mirror3D Pt Pb Inc) nil)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;根据三角形的三边长获取三角形信息 ;
- ;;;输入: 三边的边长a,b,c ;
- ;;;输出: 三角形的三个角度,面积和周长,内心和内切圆半径;
- ;;; 旁切圆的圆心和半径,外心和外接圆半径,垂心, ;
- ;;; 重心,类似重心,等周心以及九点圆圆心 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;|
- http://en.wikipedia.org/wiki/Trilinear_coordinates
- where a, b, c are the respective sidelengths BC, CA, AB,
- and σ = area of ABC.
- A = 1 : 0 : 0
- B = 0 : 1 : 0
- C = 0 : 0 : 1
- incenter = 1 : 1 : 1
- centroid = bc:ca:ab = 1/a:1/b:1/c = cscA : cscB : cscC.
- circumcenter = cos A : cos B : cos C.
- orthocenter = sec A : sec B : sec C.
- nine-point center = cos(B - C) : cos(C - A) : cos(A - B)
- symmedian point = a : b : c = sin A : sin B : sin C.
- A-excenter = -1 : 1 : 1
- B-excenter = 1 : -1 : 1
- C-excenter = 1 : 1 : -1.
- ;;;de Longchamps point
- ;;;http://en.wikipedia.org/wiki/De_Longchamps_point
- ;;;symmedian point
- ;;;http://en.wikipedia.org/wiki/Symmedian_point
- http://mathworld.wolfram.com/TriangleCenter.html
- |;
- (defun TRI:InfoBy3Sides (a b c / p S 2S Aa Ab Ac D K Ri Re Ra Rb Rc Ca Cb Cc Sa Sb Sc)
- (setq p (* 0.5 (+ a b c))) ;半周长
- (setq S (sqrt (* p (- p a) (- p b) (- p c)))) ;面积
- (setq Ri (/ S p)) ;内切圆半径
- (setq K (* 2 Ri p))
- (setq Ra (/ k (+ b c (- a)))) ;边A旁切圆半径
- (setq Rb (/ k (+ c a (- b)))) ;边B旁切圆半径
- (setq Rc (/ k (+ a b (- c)))) ;边C旁切圆半径
- (setq Re (/ (* a b c 0.25) S)) ;外接圆半径
- (setq D (+ Re Re)) ;外接圆直径
- (setq Ca (/ (+ (* b b) (* (+ c a) (- c a))) 2 b c)) ;角A余弦
- (setq Cb (/ (+ (* c c) (* (+ a b) (- a b))) 2 c a)) ;角B余弦
- (setq Cc (/ (+ (* a a) (* (+ b c) (- b c))) 2 a b)) ;角C余弦
- (setq Sa (/ a D)) ;角A正弦
- (setq Sb (/ b D)) ;角B正弦
- (setq Sc (/ c D)) ;角C正弦
- (setq Aa (atan Sa Ca)) ;角A
- (setq Ab (atan Sb Cb)) ;角B
- (Setq Ac (atan Sc Cc)) ;角C
- (setq 2S (+ S S))
- (list (list Aa Ab Ac) ;三个角
- (list S (+ p p)) ;面积和周长
- (list '( 1 1 1) Ri) ;内心
- (list '(-1 1 1) Ra) ;边A旁切圆半径
- (list '( 1 -1 1) Rb) ;边B旁切圆半径
- (list '( 1 1 -1) Rc) ;边C旁切圆半径
- (list (list Ca Cb Cc) Re) ;外心
- (list (list (/ 1 Ca) (/ 1 Cb) (/ 1 Cc))) ;垂心
- (list (list (/ 1 a) (/ 1 b) (/ 1 c))) ;重心
- (list (list a b c)) ;类似重心
- (list (list (cos (- Ab Ac))
- (cos (- Ac Aa))
- (cos (- Aa Ab))
- ) ;九点圆圆心
- (* 0.5 Re) ;九点圆半径
- )
- (list (list (1- (/ 2S a (+ b c (- a))))
- (1- (/ 2S b (+ c a (- b))))
- (1- (/ 2S c (+ a b (- c))))
- )
- ) ;等周点(Isoperimetric Point)
- )
- )
4.三角形的面积
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 定义三点的行列式,即三点之倍面积 ;
- ;;;输入: 三点P1,P2,P3 ;
- ;;;输出: 这三点形成的三角形的面积的2倍,符号指示方向。 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Det3P (p1 p2 p3)
- (- (* (- (car p2) (car p1)) (- (cadr p3) (cadr p1)))
- (* (- (car p3) (car p1)) (- (cadr p2) (cadr p1)))
- )
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 用海伦公式(Heron's formula)求三角形面积 ;
- ;;;输入: 三角形的三个边长a,b,c ;
- ;;;输出: 三角形面积 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Area (a b c / p)
- (setq p (* 0.5 (+ a b c)))
- (sqrt (* p (- p a) (- p b) (- p c)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 计算已知空间三点的三角形面积 ;
- ;;;输入: 空间三点 P1,P2,P3 ;
- ;;;输出: 三角形面积 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun TRI:Area3D (p1 p2 p3 / v1 v2 d1 d2 d3)
- (setq v1 (mapcar '- p2 p1))
- (setq v2 (mapcar '- p3 p1))
- (setq d1 (MAT:Det2 (car v1) (cadr v1) (car v2) (cadr v2)))
- (setq d2 (MAT:Det2 (cadr v1) (caddr v1) (cadr v2) (caddr v2)))
- (setq d3 (MAT:Det2 (caddr v1) (car v1) (caddr v2) (car v2)))
- (* 0.5 (sqrt (+ (* d1 d1) (* d2 d2) (* d3 d3))))
- )
五、多边形
1.多边形的面积和周长
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 计算多边形面积(为简单多边形,不自交的多边形) ;
- ;;;输入: 多边形顶点列表 Pts ;
- ;;;输出: 一个数值,如果为正则是CCW(逆时针),否则顺时针 ;
- ;;;参考: Centroid Shoelace formula ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun POLY:Area (pts)
- (* (apply '+ (mapcar 'MAT:Det2V pts (MISC:1st->Last Pts))) 0.5)
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 计算多边形周长 ;
- ;;;输入: 多边形顶点列表 Pts ;
- ;;;输出: 一个数值,表示多边形周长 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun POLY:Perimeter (pts)
- (apply '+ (mapcar 'distance pts (MISC:1st->Last Pts)))
- )
2.多边形的方向
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;功能: 判断多边形的方向(为简单多边形,不自交的多边形);
- ;;;输入: 多边形顶点列表 Pts ;
- ;;;输出: 返回T则是CCW(逆时针),否则顺时针 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun POLY:IsCCW (Pts)
- (> (POLY:Area pts) 0.0)
- )
3.获取含有弧段的多边形的信息(面积,周长,质心)
此方法纯为lisp计算,并非通过region建模获得,因而更快速,适合重复运算。
六、附带的一些函数
详细参见附件。包括了实体的创建,程序的测试,和一些其他相关函数。- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建一个点 ;
- ;;;输入: 一个三维或者二维的点 ;
- ;;;输出: 点实体的图元名 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:Make_Point (p)
- (entmakex (list '(0 . "POINT") (cons 10 p)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建一个带颜色的点(此函数为测试或者其他用途) ;
- ;;;输入: 一个三维或者二维的点表和一个颜色号 ;
- ;;;输出: 点实体的图元名 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:MakePoint-1 (p c)
- (entmakex (list '(0 . "POINT") (cons 10 p) (cons 62 c)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建一条直线段 ;
- ;;;输入: 两个三维或者二维的点 ;
- ;;;输出: 线段实体的图元名 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:Make_Line (p q)
- (entmakeX (list '(0 . "LINE") (cons 10 p) (cons 11 q)))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建一个由三条直线组成的三角形 ;
- ;;;输入: 三个三维或者二维的点 ;
- ;;;输出: 由三条直线组成的三角形 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:Make_Triangle (p1 p2 p3)
- (mapcar 'Ent:Make_Line (list p1 p2 p3) (list p2 p3 p1))
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建一个三维多段线 ;
- ;;;输入: 三维的点集 ;
- ;;;输出: 三维多段线实体 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:Make_Poly (pts / e)
- (setq e (Entmake (list '(0 . "POLYLINE") '(70 . 9))))
- (foreach p pts
- (entmake (list '(0 . "VERTEX") '(70 . 32) (cons 10 p)))
- )
- (entmake '((0 . "SEQEND")))
- e
- )
- ;;;----------------------------------------------------;
- ;;;创建轻多段线 ;
- ;;;输入: 二维的点集 ;
- ;;;输出: 轻多段线实体名 ;
- ;;;----------------------------------------------------;
- (defun Ent:Make_LWPoly (pts closed /)
- (entmakeX
- (append
- '((0 . "LWPOLYLINE")
- (100 . "AcDbEntity")
- (100 . "AcDbPolyline")
- )
- (list (cons 90 (length pts))) ;顶点个数
- (mapcar (function (lambda (x) (cons 10 x))) pts) ;多段线顶点
- (list (cons 70 (if closed 1 0))) ;闭合的
- )
- )
- )
七、测试部分
以下程序为测试用,包含了多个函数的测试。
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