На входе есть 3 точки AOB (но я уже упростил все до векторов a и b).
Нужна полная версия без ограничений на тупые, острые, прямые и другие частные случаи углов. В идеале хочу получить угол от 0 до 360 градусов или от -180 до 180.
Stack Overflow на русском — это сайт вопросов и ответов для программистов. Присоединяйтесь! Регистрация займёт не больше минуты.
Присоединиться к сообществуНа входе есть 3 точки AOB (но я уже упростил все до векторов a и b).
Нужна полная версия без ограничений на тупые, острые, прямые и другие частные случаи углов. В идеале хочу получить угол от 0 до 360 градусов или от -180 до 180.
Давайте возьмем какой-нибудь "опорный" ("стартовый") вектор, который будем считать за начало отсчета. Я взял вектор (1; 0) - это позволит упростить немного расчеты.
Код будет на C#:
struct Vector
{
public double X { get; }
public double Y { get; }
public Vector(double x, double y)
{
X = x; Y = y;
}
public static readonly Vector Reference = new Vector(1, 0);
// Угол в градусах относительно опорного, возвращает значение из диапазона (-180°; 180°]
public static double AngleOfReference(Vector v)
=> Math.Atan2(v.Y, v.X) / Math.PI * 180;
}
Тогда угол между упорядоченной парой векторов будет вычисляться как:
Vector.AngleOfReference(a) - Vector.AngleOfReference(b);
, но, как правильно подсказывает в комментариях @VladD, на выходе может получиться значение из диапазона (-360; 360], его нужно "нормализовать", поэтому всё-таки я добавлю в структуру метод для расчета угла:
public static double AngleOfVectors(Vector first, Vector second)
{
var angle = AngleOfReference(first) - AngleOfReference(second);
if (angle > 180) angle -= 360;
if (angle <= -180) angle += 360;
return angle;
}
Это даст нам угол точно из диапазона (-180°; 180°].
Еще одно небольшое улучшение, приведу полный код полученной структуры:
struct Vector
{
public double X { get; }
public double Y { get; }
public Vector(double x, double y)
{
X = x; Y = y;
}
public static readonly Vector Reference = new Vector(1, 0);
public static double AngleOfReference(Vector v)
=> NormalizeAngle(Math.Atan2(v.Y, v.X) / Math.PI * 180);
public static double AngleOfVectors(Vector first, Vector second)
=> NormalizeAngle(AngleOfReference(first) - AngleOfReference(second));
private static double NormalizeAngle(double angle)
{
bool CheckBottom(double a) => a >= 0;
bool CheckTop(double a) => a < 360;
double turn = CheckBottom(angle) ? -360 : 360;
while (!(CheckBottom(angle) && CheckTop(angle))) angle += turn;
return angle;
}
}
Внося корректировки в NormalizeAngle
вы можете выбрать требуемый выходной диапазон. В коде выше он [0°; 360°)
, если вам нужен (-180°; 180°]
, то поправьте так:
bool CheckBottom(double a) => a > -180;
bool CheckTop(double a) => a <= 180;
Все элементарное - просто!
Вычисляем значение между векторами:
// создаем первый вектор
var start1 = new Point { X = 1, Y = 1 };
var end1 = new Point { X = 2, Y = 2 };
var vector1 = Vector.FromPoints(start1, end1);
// создаем второй вектор
var start2 = new Point { X = 2, Y = 2 };
var end2 = new Point { X = 1, Y = 1 };
var vector2 = Vector.FromPoints(start2, end2);
// вычисляем угол в радианах
var angleRad = Vector.CalculateAngleBetween(vector1, vector2);
// переводим угол в градусы
var angleDegree = angleRad / Math.PI * 180;
Console.WriteLine(angleDegree);
И классы Point
и Vector
:
public class Point
{
public double X { get; set; }
public double Y { get; set; }
}
public class Vector
{
public double X { get; private set; }
public double Y { get; private set; }
public double Length { get; private set; }
private Vector(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
CalculateLength();
}
// вычисляет вектор по двум точкам
public static Vector FromPoints(Point start, Point end)
{
return new Vector(start.X - end.X, start.Y - end.Y);
}
// вычисляет угол между веторами
public static double CalculateAngleBetween(Vector vector1, Vector vector2)
{
if (vector1.Length == 0 || vector2.Length == 0)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException(vector1.Length == 0 ? nameof(vector1) : nameof(vector2), "Vector can not be with zero lenght");
}
var scalarMultiplier = vector1 * vector2;
var cos = scalarMultiplier / (vector1.Length * vector2.Length);
var angle = Math.Acos(cos);
return angle;
}
// вычисляет скалярное произведение векторов
public static double operator *(Vector a, Vector b)
{
return a.X * b.X + a.Y * b.Y;
}
// вычисляет длину вектора
private void CalculateLength()
{
var xPow2 = X * X;
var yPow2 = Y * Y;
var sum = xPow2 + yPow2;
var sqrt = Math.Sqrt(sum);
Length = sqrt;
}
}
Онлайн калькулятор тут.