【问题标题】:Algorithm for shape calculation (Ellipse)形状计算算法(椭圆)
【发布时间】:2013-10-24 03:46:45
【问题描述】:

我有 n 个圆必须完全围绕一个椭圆,如下图所示:

在这张图片中,我需要找出每个圆在椭圆周围的位置,并且还要能够计算出完全适合周围圆的椭圆。

我知道的信息是每个圆的半径(都一样),以及圆的数量。

希望这一次帖子是明确的。 谢谢你的帮助。 如果您需要更多解释,请告诉我。

【问题讨论】:

  • 这是一些很棒的 ASCII 艺术!要发布图片,它需要托管在另一个站点上,并且您使用 markdown 引用它。见this reference
  • 谢谢。没有考虑在其他地方托管图片。我更新了帖子,现在应该更好了。
  • 非常有趣的问题椭圆参数是什么???一定是椭圆还是有一些偏心率限制???能不能也是一个圈???
  • 嗨,Spektre。是的,它必须是一个椭圆。如果它是一个圆,那么我知道使用余弦定律和正多边形的解决方案。如果它是一个椭圆,它似乎更难。椭圆的参数必须根据“N”个周围圆的半径“r”求得。
  • 我担心这更像是一个数学问题。仍然对这个问题感兴趣。

标签: algorithm shape


【解决方案1】:

好的,据我了解,您知道圆的常见半径 R0 及其编号 N,并且想知道椭圆内的参数和所有内容的位置。

如果我们将椭圆转换为圆形,我们会得到:

const int N=12; // number of satelite circles
const double R=10.0;    // radius of satelite circles
struct _circle { double x,y,r; } circle[N]; // satelite circles

int i;
double x,y,r,l,a,da;
x=0.0;  // start pos of first satelite circle
y=0.0;
r=R;
l=r+r;  // distance ang angle between satelite circle centers
a=0.0*deg;
da=divide(360.0*deg,N);
for (i=0;i<N;i++)
    {
    circle[i].x=x; x+=l*cos(a);
    circle[i].y=y; y+=l*sin(a);
    circle[i].r=r; a+=da;
    }
// inside circle params
_circle c;
r=divide(0.5*l,sin(0.5*da))-R;
c.x=circle[i].x;
c.y=circle[i].y+R+r;
c.r=r;

[编辑 1]

对于椭圆,这是一个全新的挑战(我花了两个小时才找出所有的怪癖)

const int    N=20;      // number of satelite circles
const double R=10.0;    // satelite circles radius
const double E= 0.7;    // ellipse distortion ry=rx*E
struct _circle { double x,y,r; _circle() { x=0; y=0; r=0.0; } } circle[N];
struct _ellipse { double x,y,rx,ry; _ellipse() { x=0; y=0; rx=0.0; ry=0.0; } } ellipse;

int i,j,k;
double l,a,da,m,dm,x,y,q,r0;
l=double(N)*R;                          // circle cener lines polygon length
ellipse.x =0.0;                         // set ellipse parameters
ellipse.y =0.0;
r0=divide(l,M_PI*sqrt(0.5*(1.0+(E*E))))-R;// aprox radius to match ellipse length for start
l=R+R; l*=l;
m=1.0; dm=1.0; x=0.0;
for (k=0;k<5;k++)                       // aproximate ellipse size to the right size
    {
    dm=fabs(0.1*dm);                    // each k-iteration layer is 10x times more accurate
    if (x>l) dm=-dm;
    for (;;)
        {
        ellipse.rx=r0  *m;
        ellipse.ry=r0*E*m;
        for (a=0.0,i=0;i<N;i++)         // set circle parameters
            {
            q=(2.0*a)-atanxy(cos(a),sin(a)*E);
            circle[i].x=ellipse.x+(ellipse.rx*cos(a))+(R*cos(q));
            circle[i].y=ellipse.y+(ellipse.ry*sin(a))+(R*sin(q));
            circle[i].r=R;    
            da=divide(360*deg,N); a+=da;
            for (j=0;j<5;j++)           // aproximate next position to match 2R distance from current position
                {
                da=fabs(0.1*da);        // each j-iteration layer is 10x times more accurate
                q=(2.0*a)-atanxy(cos(a),sin(a)*E);
                x=ellipse.x+(ellipse.rx*cos(a))+(R*cos(q))-circle[i].x; x*=x;
                y=ellipse.y+(ellipse.ry*sin(a))+(R*sin(q))-circle[i].y; y*=y; x+=y;
                if (x>l) for (;;)       // if too far dec angle
                    {
                    a-=da;
                    q=(2.0*a)-atanxy(cos(a),sin(a)*E);
                    x=ellipse.x+(ellipse.rx*cos(a))+(R*cos(q))-circle[i].x; x*=x;
                    y=ellipse.y+(ellipse.ry*sin(a))+(R*sin(q))-circle[i].y; y*=y; x+=y;
                    if (x<=l) break;
                    }
                else if (x<l) for (;;)  // if too short inc angle
                    {
                    a+=da;
                    q=(2.0*a)-atanxy(cos(a),sin(a)*E);
                    x=ellipse.x+(ellipse.rx*cos(a))+(R*cos(q))-circle[i].x; x*=x;
                    y=ellipse.y+(ellipse.ry*sin(a))+(R*sin(q))-circle[i].y; y*=y; x+=y;
                    if (x>=l) break;
                    }
                else break;
                }
            }
        // check if last circle is joined as it should be
        x=circle[N-1].x-circle[0].x; x*=x;
        y=circle[N-1].y-circle[0].y; y*=y; x+=y;
        if (dm>0.0) { if (x>=l) break; }
        else        { if (x<=l) break; }
        m+=dm;
        }
    }

我知道它的代码有点乱,所以这里有一些信息:

  1. 首先尝试设置尽可能接近的椭圆 rx,ry 轴

    椭圆长度应约为N*R*2,即圆心之间线的多边形长度

  2. 尝试组成圆圈,使它们相互接触并形成椭圆

    我为此使用了椭圆角的迭代。问题是圆圈在它们的位置角度上不接触椭圆,这就是为什么有q 变量...来补偿椭圆法线周围的问题。寻找图像中的淡黄色线条

  3. 放置圆圈后检查最后一个是否与第一个接触

    如果不插入椭圆的大小,实际上它会将rx,ry 放大或缩小m 变量

  4. 您可以调整准确性

    通过更改j,k fors 和/或更改dm,da 比例因子

  5. 输入参数E至少应为0.5,最大为1.0

    如果不是,那么圆错位的可能性很高,因为在非常偏心的椭圆上不可能拟合圆(如果N 太低)。理想的设置是0.7&lt;=E&lt;=1.0 越接近 1,算法越安全

  6. atanxy(dx,dy) 等同于`atan(dy/dx)

    但它通过dx,dy的符号分析处理所有4个象限,如atan2(dy,dx)

希望对你有帮助

【讨论】:

  • Spektre,谢谢,你明白我想要什么,我知道什么。但是,我知道如何在圆形的情况下为每颗卫星获取 x 和 y。这种情况很容易,因为每个卫星的中心围绕内圆形成一个正多边形。在椭圆的情况下,并不是因为每个角度都会不同。使用 cos & sin 无法找到 x & y。
  • 优秀。非常感谢。代码很乱,但我明白了。谢谢。
  • 如果您需要使用 E
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