Каков алгоритм нахождения центра круга из трех точек?

Ответ 1

Это может быть довольно глубокий расчет. Здесь есть шаг за шагом: http://paulbourke.net/geometry/circlesphere/. Как только у вас есть уравнение круга, вы можете просто поместить его в форму с участием H и K. Точка (h, k) будет центром.

(прокрутите вниз немного по ссылке, чтобы добраться до уравнений)

Ответ 2

Здесь мой Java-порт, уклоняясь от условия ошибки, когда детерминант исчезает с очень элегантным IllegalArgumentException, мой подход к решению проблемы "точки - это два далеких друг от друга" или "точки лежат на линии". Кроме того, это вычисляет радиус (и справляется с исключительными условиями), который ваш подход пересекающихся склонов не будет делать.

public class CircleThree
{ 
  static final double TOL = 0.0000001;

  public static Circle circleFromPoints(final Point p1, final Point p2, final Point p3)
  {
    final double offset = Math.pow(p2.x,2) + Math.pow(p2.y,2);
    final double bc =   ( Math.pow(p1.x,2) + Math.pow(p1.y,2) - offset )/2.0;
    final double cd =   (offset - Math.pow(p3.x, 2) - Math.pow(p3.y, 2))/2.0;
    final double det =  (p1.x - p2.x) * (p2.y - p3.y) - (p2.x - p3.x)* (p1.y - p2.y); 

    if (Math.abs(det) < TOL) { throw new IllegalArgumentException("Yeah, lazy."); }

    final double idet = 1/det;

    final double centerx =  (bc * (p2.y - p3.y) - cd * (p1.y - p2.y)) * idet;
    final double centery =  (cd * (p1.x - p2.x) - bc * (p2.x - p3.x)) * idet;
    final double radius = 
       Math.sqrt( Math.pow(p2.x - centerx,2) + Math.pow(p2.y-centery,2));

    return new Circle(new Point(centerx,centery),radius);
  }

  static class Circle
  {
    final Point center;
    final double radius;
    public Circle(Point center, double radius)
    {
      this.center = center; this.radius = radius;
    }
    @Override 
    public String toString()
    {
      return new StringBuilder().append("Center= ").append(center).append(", r=").append(radius).toString();
    }
  }

  static class Point
  {
    final double x,y;

    public Point(double x, double y)
    {
      this.x = x; this.y = y;
    }
    @Override
    public String toString()
    {
      return "("+x+","+y+")";
    }

  }

  public static void main(String[] args)
  {
    Point p1 = new Point(0.0,1.0);
    Point p2 = new Point(1.0,0.0);
    Point p3 = new Point(2.0,1.0);
    Circle c = circleFromPoints(p1, p2, p3);
    System.out.println(c);
  }

}

Смотрите здесь :

void circle_vvv(circle *c)
{
    c->center.w = 1.0;
    vertex *v1 = (vertex *)c->c.p1;
    vertex *v2 = (vertex *)c->c.p2;
    vertex *v3 = (vertex *)c->c.p3;
    float bx = v1->xw; float by = v1->yw;
    float cx = v2->xw; float cy = v2->yw;
    float dx = v3->xw; float dy = v3->yw;
    float temp = cx*cx+cy*cy;
    float bc = (bx*bx + by*by - temp)/2.0;
    float cd = (temp - dx*dx - dy*dy)/2.0;
    float det = (bx-cx)*(cy-dy)-(cx-dx)*(by-cy);
    if (fabs(det) < 1.0e-6) {
        c->center.xw = c->center.yw = 1.0;
        c->center.w = 0.0;
        c->v1 = *v1;
        c->v2 = *v2;
        c->v3 = *v3;
        return;
        }
    det = 1/det;
    c->center.xw = (bc*(cy-dy)-cd*(by-cy))*det;
    c->center.yw = ((bx-cx)*cd-(cx-dx)*bc)*det;
    cx = c->center.xw; cy = c->center.yw;
    c->radius = sqrt((cx-bx)*(cx-bx)+(cy-by)*(cy-by));
}

Ответ 3

Я искал аналогичный алгоритм, когда я зависал над этим вопросом. Взял ваш код, но обнаружил, что это не сработает в случаях, когда любой из наклонов равен 0 или бесконечности (может быть правдой, когда xDelta_a или xDelta_b равно 0).

Я исправил алгоритм, и вот мой код. Примечание. Я использовал язык программирования objective-c и просто меняю код для инициализации значения точки, поэтому, если это неправильно, я уверен, что программист, работающий в java, может его исправить. Логика, однако, одинакова для всех (Бог благословит алгоритмы!!:))

Работает отлично, насколько это касается моего собственного функционального тестирования. Пожалуйста, дайте мне знать, если логика ошибочна в любой момент.

pt circleCenter(pt A, pt B, pt C) {

float yDelta_a = B.y - A.y;
float xDelta_a = B.x - A.x;
float yDelta_b = C.y - B.y;
float xDelta_b = C.x - B.x;
pt center = P(0,0);

float aSlope = yDelta_a/xDelta_a;
float bSlope = yDelta_b/xDelta_b;

pt AB_Mid = P((A.x+B.x)/2, (A.y+B.y)/2);
pt BC_Mid = P((B.x+C.x)/2, (B.y+C.y)/2);

if(yDelta_a == 0)         //aSlope == 0
{
    center.x = AB_Mid.x;
    if (xDelta_b == 0)         //bSlope == INFINITY
    {
        center.y = BC_Mid.y;
    }
    else
    {
        center.y = BC_Mid.y + (BC_Mid.x-center.x)/bSlope;
    }
}
else if (yDelta_b == 0)               //bSlope == 0
{
    center.x = BC_Mid.x;
    if (xDelta_a == 0)             //aSlope == INFINITY
    {
        center.y = AB_Mid.y;
    }
    else
    {
        center.y = AB_Mid.y + (AB_Mid.x-center.x)/aSlope;
    }
}
else if (xDelta_a == 0)        //aSlope == INFINITY
{
    center.y = AB_Mid.y;
    center.x = bSlope*(BC_Mid.y-center.y) + BC_Mid.x;
}
else if (xDelta_b == 0)        //bSlope == INFINITY
{
    center.y = BC_Mid.y;
    center.x = aSlope*(AB_Mid.y-center.y) + AB_Mid.x;
}
else
{
    center.x = (aSlope*bSlope*(AB_Mid.y-BC_Mid.y) - aSlope*BC_Mid.x + bSlope*AB_Mid.x)/(bSlope-aSlope);
    center.y = AB_Mid.y - (center.x - AB_Mid.x)/aSlope;
}

return center;
}

Ответ 4

public Vector2 CarculateCircleCenter(Vector2 p1, Vector2 p2, Vector2 p3)
{
    if (
        p2.x - p1.x == 0 ||
        p3.x - p2.x == 0 ||
        p2.y - p1.y == 0 ||
        p3.y - p2.y == 0
    ) return null;

    Vector2 center = new Vector2();
    float ma = (p2.y - p1.y) / (p2.x - p1.x);
    float mb = (p3.y - p2.y) / (p3.x - p2.x);
    center.x = (ma * mb * (p1.y - p3.y) + mb * (p1.x - p2.x) - ma * (p2.x + p3.x)) / (2 * (mb - ma));
    center.y = (-1 / ma) * (center.x - (p1.x + p2.x) * 0.5) + (p1.y + p2.y) * 0.5;
    return center;
}

Ответ 5

Мне жаль, что мой ответ опоздал. Любое решение, использующее "уклон", потерпит неудачу, когда две точки образуют вертикальную линию, потому что уклон будет бесконечным.

Вот простое надежное решение для 2019 года, которое всегда работает правильно:

public static boolean circleCenter(double[] p1, double[] p2, double[] p3, double[] center) {
    double ax = (p1[0] + p2[0]) / 2;
    double ay = (p1[1] + p2[1]) / 2;
    double ux = (p1[1] - p2[1]);
    double uy = (p2[0] - p1[0]);
    double bx = (p2[0] + p3[0]) / 2;
    double by = (p2[1] + p3[1]) / 2;
    double vx = (p2[1] - p3[1]);
    double vy = (p3[0] - p2[0]);
    double dx = ax - bx;
    double dy = ay - by;
    double vu = vx * uy - vy * ux;
    if (vu == 0)
        return false; // Points are collinear, so no unique solution
    double g = (dx * uy - dy * ux) / vu;
    center[0] = bx + g * vx;
    center[1] = by + g * vy;
    return true;
}

Приведенный выше код вернет "ложь" тогда и только тогда, когда 3 точки коллинеарны.