2

Само задание:
Задан треугольник. Реализовать его движение на основе зеркального отражения относительно произвольной прямой ax + by + c = 0, коэффициенты которой вводятся пользователем.

Что уже сделал:
Считываю из полей на форме координаты трех точек треугольника.
Помещая их в объекты класса Point (left(x, y), top(x, y), right(x, y)).
Делаю массив points из точек треугольника:

Point[] points = new Point[3] { left, top, right };
Рисую декартову систему координат:
DrawField();
DrawCoordinateSystem();
Рисую треугольник:
graph.FillPolygon(Brushes.ForestGreen, points);
Делаю зеркальное отражение треугольника:
(насколько я понял, нужно просто поменять знак у всех точек Y)
Point[] pointsCopy = (Point[]) points.Clone();

for (int i = 0; i  pointsCopy.Length; i++)
    pointsCopy[i].Y = -pointsCopy[i].Y;

graph.FillPolygon(Brushes.RoyalBlue, pointsCopy);
Считываю из полей на форме коэффициенты (a, b, c) для уравнения ax + by + c = 0.

Вот что получилось:
Affine transformation of triangle

Вопрос:
Подскажите как мне дальше его перемещать относительно прямой ax + by + c = 0 ?

2
  • 1
  • 3
    «насколько я понял, нужно просто поменять знак у всех точек Y» — неправильно поняли. Это зеркально отображает относительно оси Ox, а вам нужно относительно прямой ax + by + c = 0 .
    – VladD
    28 фев 2018 в 23:26

4 ответа 4

2

точку отраженного треугольника (многоугольника) можно рассчитать следующим образом:

x = A.x + (A.x - P0.x)
y = A.y + (A.y - P0.y)

где,

      |B*P0.x + C*P0.y,  C|
      |C*P1.x - B*P1.y, -B|
 A.x = --------------------- ,
          -B*B - C*C

      |B,  B*P0.x + C*P0.y|
      |C,  C*P1.y - B*P1.y|
 A.y = ---------------------
          -B*B - C*C

 B = P2.x - P1.x
 C = P2.y - P1.y

P0 - точка многоугольника,

P1, P2 - точки образующие прямую (ax + by + c = 0)

За подробными пояснениями по поводу откуда взялись эти формулы, посмотрите мой ответ на подобный вопрос

визуализация

3
  • Я уже решил свой вопрос, но все равно спасибо. Описал в виде ответа. 13 мар 2018 в 16:13
  • Это решение занимается поиском точек-проекций на прямую. Если эти точки действительно нужны - то это полезно. Но если интересует только отражение, то усилия, затраченные на поиск точек-проекций, на самом деле избыточны. 13 мар 2018 в 18:02
  • @AnT согласен, но каких-то запредельных усилий там не было вовсе - решалась система 2 ух уравнений с 2 мя неизвестными всего лишь
    – ampawd
    13 мар 2018 в 20:02
2

В таких задачах проще всего работать с векторным представлением, оно очень наглядно и доступно для понимания головой. Никаких сложных формул расчётов, поворотов, матриц знать не надо.

введите сюда описание изображения

A это точка, B - вектор, вмести они задают прямую от которой надо зеркально отобразить.

Формула этой прямой: A + B * t

Точка C и вектор D задают перпендикулярную прямую. Точка C известна из условия, это одна из точек треугольника. Вектор D тоже известен это вектор перпендикулярный вектору B, то есть имеет координаты By,-Bx, либо -By,Bx, нам подойдёт любой.

Составляем уравнение точки пересечения

Ax + Bx * t = Cx + Dx * f
Ay + By * t = Cy + Dy * f

t и f это коэффициенты на которые мы умножаем вектора B и D что бы попасть в точку пересечения, они же наши переменные которые нам и надо найти.

подставляем вместо Dx,Dy компоненты вычисленные на основе B, то есть перпендикулярный ему вектор.

Ax + Bx * t = Cx - By * f
Ay + By * t = Cy + Bx * f

решаем уравнение и находим коэффициент f. Он то нам и нужен.

Зеркальная точка к точке C, это C + 2 * f * D

По координатно

x = Cx + 2 * f * Dx
y = Cy + 2 * f * Dy;
6
  • Можно чуть больше деталей ? А то пока не очень понимаю 13 мар 2018 в 16:21
  • @TarasKoval тогда я уточню задачу, нужно отобразить относительно прямой и потом анимировать движение параллельно прямой? 13 мар 2018 в 16:27
  • @TarasKova или просто зеркально отобразить? 13 мар 2018 в 16:27
  • Нужно просто зеркально отобразить 13 мар 2018 в 16:39
  • @TarasKoval хорошо, сейчас объясню 13 мар 2018 в 17:05
2

С "математической" точки зрения для отражения точки (Px, Py) относительно прямой A * x + B * y + C = 0 можно поступить так:

  1. Нормализуем уравнение прямой, т.е. делим все коэффициенты уравнения на длину вектора нормали (A, B). Получаем нормализованное уравнение

    A' * x + B' * y + C' = 0
    
  2. Вычисляем знаковое расстояние от точки (Px, Py) до прямой

    D = A' * Px + B' * Py + C'
    
  3. Переносим точку (Px, Py) на расстояние 2D против направления вектора нормали (A', B')

    Px' = Px - 2 * A' * D
    Py' = Py - 2 * B' * D
    

Готово - мы получили зеркально отраженную точку (Px', Py').

С практической точки зрения вместо предварительной нормализации уравнения на шаге 1 лучше воспользоваться ненормализованными коэффициентами A, B и C и затем просто учесть длину вектора на шаге 3 - это избавляет от необходимости вычислять квадратный корень для вычисления длины и позволяет решать задачу в целых числах

D = A * Px + B * Py + C
L = A * A + B * B;
Px' = Px - 2 * A * D / L
Py' = Py - 2 * B * D / L
0

Вот как я разобрался со своей задачей, может кому пригодится.


Чтобы выполнить отражение треугольника относительно произвольной прямой, нужно выполнить конкретные действия:

  • перемещение линии и треугольника таким образом, чтобы линия прошла через начало координат;
  • поворот линии и треугольника вокруг точки начала координат до совпадения с координатной осью X;
  • отражение относительно координатной оси;
  • обратный поворот вокруг начала координат;
  • перемещение в исходное положение.

В матричном виде данное преобразование имеет представление
[T] = [T'] [R] [R'] [R^(-1)] [T'^(-1)], где T' - матрица перемещения, R - матрица поворота вокруг начала координат, R' - матрица отражения.


Уравнение ax + by + c = 0, можно привести к виду:

by = -ax - c
y = -a/b x - c/b

Из него находем две точки линии A, B:

Point A = new Point( -width, -(a / b) * -width - c / b );
Point B = new Point( width, -(a / b) * width - c / b );

Где a, b, c - коэффициенты считанные с полей на форме, width - расстояние от начала canvas к середине (width = Canvas.Width / 2), где x = 0.

В результате есть прямая L, проходящая через всю систему координат.
Запишем ее в матричном виде:

float[,] L = new float[2, 3] {
    { A.X, A.Y, 1 },
    { B.X, B.Y, 1 }
};

Так же запишем матрицу X из массива точек треугольника points:

float[,] X = new float[3, 3] {
    { points[0].X, points[0].Y, 1 },
    { points[1].X, points[1].Y, 1 },
    { points[2].X, points[2].Y, 1 }
};

Теперь делаем аффинные преобразования с помощью умножения матриц.
Для умножения будем использовать метод MultiplyMatrix

private static float[,] MultiplyMatrix(float[,] a, float[,] b)
{
    float[,] product = new float[a.GetLength(0), b.GetLength(1)];

    for (int row = 0; row  product.GetLength(0); row++)
        for (int col = 0; col  product.GetLength(1); col++)
            // Multiply the row of A by the column of B
            for (int inner = 0; inner  a.GetLength(1); inner++)
                product[row, col] += a[row, inner] * b[inner, col];

    return product;
}

1) Для перемещения линии и треугольника таким образом, чтобы линия прошла через начало координат находем позицию y при x = 0:

float ys = -(a / b) * 0 - c / b;

Перемещаем линию и треугольник в начало координат с помощью матрицы перемещения:

float[,] T = new float[3, 3] {
    { 1, 0, 0 },
    { 0, 1, 0 },
    { 0, -ys, 1 }
};

L = MultiplyMatrix(L, T);
X = MultiplyMatrix(X, T);

2) Делаем поворот линии и треугольника вокруг точки начала координат до совпадения с координатной осью X. Для этого находим под каким углом находится линия относительно оси X:

double radians = Math.Atan(-(a / b));

И поворачиваем с помощью матрицы поворота вокруг начала координат:

float[,] R = new float[3, 3] {
    { Math.Cos(radians), -Math.Sin(radians), 0 }, 
    { Math.Sin(radians), Math.Cos(radians), 0 },
    { 0, 0, 1 }
};

L = MultiplyMatrix(L, R);
X = MultiplyMatrix(X, R);

3) Отражаем треугольник относительно координатной оси с помощью матрицы отражения:

float[,] Rr = new float[3, 3] {
    { 1, 0, 0 },
    { 0, -1, 0 },
    { 0, 0, 1 }
};

X = MultiplyMatrix(X, Rr);

4) Делаем обратный поворот вокруг начала координат:

float[,] Rh = new float[3, 3] {
    { Math.Cos(radians), Math.Sin(radians), 0 },
    { -Math.Sin(radians), Math.Cos(radians), 0 },
    { 0, 0, 1 }
};

L = MultiplyMatrix(L, Rh);
X = MultiplyMatrix(X, Rh);

5) Делаем перемещение в исходное положение:

float[,] Th = new float[3, 3] {
    { 1, 0, 0 },
    { 0, 1, 0 },
    { 0, ys, 1 }
};

L = MultiplyMatrix(L, Th);
X = MultiplyMatrix(X, Th);

Присвоем новые значения для массива points:

for (int i = 0; i  p.Length; i++)
{
    points[i].X = X[i, 0];
    points[i].Y = X[i, 1];
}

Рисуем треугольник с новыми координатами:

graph.FillPolygon(Brushes.RoyalBlue, points);

Affine transformation

1
  • "нужно выполнить конкретные действия..." Это называется "чесать левое ухо правой ногой". Ничего подобного делать не нужно. 13 мар 2018 в 17:37

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge you have read our privacy policy.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.