三维如何求两条直线最短距离_空间两直线间距离怎么求

三维如何求两条直线最短距离_空间两直线间距离怎么求在双目视觉立体空间重建中,会根据两个相机中的物体图像坐标,求取给定坐标系的三维坐标

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在双目视觉立体空间重建中,会根据两个相机中的物体图像坐标,求取给定三维坐标系的三维坐标,而可以根据物体

图像坐标、相机内参、给定坐标系的相机外参,求取相机光轴线的方程,从而实现立体重建,内外参、直线方程请执行

搜索学习,本文主要是解决在已知空间两直线求最短距离及最近点。如有疑问或错误,请与评论区指出,谢谢。

一、理论:

已知空间中两线段,如果它们无限变粗,判断是否相交。(主要讨论不在同一平面的情况)

线段AB,线段CD

问题的关键是求出这两条任意直线之间的最短距离,以及在这个距离上的两线最接近点坐标,判断该点是否在线段AB

和线段CD上。

首先将直线方程化为对称式,得到其方向向量n1=(a1,b1,c1),n2=(a2,b2,c2).

再将两向量叉乘得到其公垂向量N=(x,y,z),在两直线上分别选取点A,B(任意),得到向量AB,

求向量AB在向量N方向的投影即为两异面直线间的距离了(就是最短距离了)。

最短距离的求法:d=|向量N*向量AB|/|向量N|(上面是两向量的数量积,下面是取模)。

设交点为C,D,带入公垂线N的对称式中,又因为C,D两点分别满足一开始的直线方程,所以得到关于C(或D)的两个

连等方程,分别解出来就好了!

二、方程式

直线1:(平面式)

面e:A_1e*x+B_1e*y+C_1e*z+D_1e=0;

面f:A_1f*x+B_1f*y+C_1f*z+D_1f=0;

 

直线2:(平面式)

面e:A_2e*x+B_2e*y+C_2e*z+D_2e=0;

面f:A_2f*x+B_2f*y+C_2f*z+D_2f=0;

 

直线1的方向向量:(direction vector)

DV_1=(A_1e,B_1e,C_1e)X(A_1f,B_1f,C_1f)

=(B_1e*C_1f-B_1f*C_1e, C_1f*A_1e-A_1e*C_1f,A_1e*B_1f-A_1f*B_1e);

DV_2=(B_2e*C_2f-B_2f*C_2e, C_2f*A_2e-A_2e*C_2f,A_2e*B_2f-A_2f*B_2e);

 

在直线1、2上任取一点R1,R2

领Z_R1=1,Z_R2=1;

直线1带入Z_R 1有:

面e:A_1e*x+B_1e*y+C_1e*Z_R1+D_1e=0;

面f:A_1f*x+B_1f*y+C_1f*Z_R1+D_1f=0;

即:

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P_R1=(X_R1,Y_R1,Z_R1);
 
同理:

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P_R2=(X_R2,Y_R2,Z_R2);
 
两条直线的公垂线:(public vertical vector)
DV_PVV=(DV_1) X( DV_2);
在两条直线任意选的点的方向向量:

DV_RP=(P_R1-P_R2);
 
任选直线的方向向量与公垂线向量的数量积:即此直线在公垂线上的投影(d=|n*AB|/|N|):

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当DIS小于某个给定阈值时,求最近点。

直线1的对称性方程:

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令公垂线与直线1交于点m,交线与点n;

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直线2:

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并且把m、n带入公垂线方程,有:

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把用公垂线表示的点m和n,分别带入直线1和2的对称性方程,消除点m和n, 有:
直线1:

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直线2:

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上述两式相减:

三维如何求两条直线最短距离_空间两直线间距离怎么求

 
求出t_1m,t_2n,则m和n

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最近点:

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#include<opencv2/core/core.hpp> using namespace cv; Point3d two_space_linear_collision_get_nearest_point(double A_0e, double B_0e, double C_0e, double D_0e, double A_0f, double B_0f, double C_0f, double D_0f, double A_1e, double B_1e, double C_1e, double D_1e, double A_1f, double B_1f, double C_1f, double D_1f) { //直线0的A面的D,A,B,C double line0_flatE_d = D_0e; Mat line0_flatE = (Mat_<double>(1, 3) << A_0e, B_0e, C_0e); //直线0的B面的D,A,B,C double line0_flatF_d = D_0f; Mat line0_flatF = (Mat_<double>(1, 3) << A_0f, B_0f, C_0f); //直线1的A面的D,A,B,C double line1_flatE_d = D_1e; Mat line1_flatE = (Mat_<double>(1, 3) << A_1e, B_1e, C_1e); //直线1的B面的D,A,B,C double line1_flatF_d = D_1f; Mat line1_flatF = (Mat_<double>(1, 3) << A_1f, B_1f, C_1f); //两条直线0,1的direction vector(raws = 1, cols = 3) Mat direction_line0 = line0_flatE.cross(line0_flatF); Mat direction_line1 = line1_flatE.cross(line1_flatF); //line0的randpoint Point3d randPoint0(0.0, 0.0, 0.0); randPoint0.z = 800; Mat randPoint0_in = (Mat_<double>(2, 2) << line0_flatE.at<double>(0, 0), line0_flatE.at<double>(0, 1), line0_flatF.at<double>(0, 0), line0_flatF.at<double>(0, 1)); Mat randPoint0_out = randPoint0_in.inv()*(Mat_<double>(2, 1) << -line0_flatE_d - randPoint0.z*line0_flatE.at<double>(0, 2), -line0_flatF_d - randPoint0.z*line0_flatF.at<double>(0, 2)); randPoint0.x = randPoint0_out.at<double>(0, 0); randPoint0.y = randPoint0_out.at<double>(1, 0); //line1上randpoint Point3d randPoint1(0.0, 0.0, 0.0); randPoint1.z = 800; Mat randPoint1_in = (Mat_<double>(2, 2) << line1_flatE.at<double>(0, 0), line1_flatE.at<double>(0, 1), line1_flatF.at<double>(0, 0), line1_flatF.at<double>(0, 1)); Mat randPoint1_out = randPoint1_in.inv()*(Mat_<double>(2, 1) << -line1_flatE_d - randPoint1.z*line1_flatE.at<double>(0, 2), -line1_flatF_d - randPoint1.z*line1_flatF.at<double>(0, 2)); randPoint1.x = randPoint1_out.at<double>(0, 0); randPoint1.y = randPoint1_out.at<double>(1, 0); //Public vertical vector(rows=1,cols=3) Mat publicVerticalRay = direction_line0.cross(direction_line1); //任选点的方向向量 Mat randRay = (Mat_<double>(3, 1) << randPoint0.x - randPoint1.x, randPoint0.y - randPoint1.y, randPoint0.z - randPoint1.z); Mat cross_rand_mult = publicVerticalRay*randRay; //公垂线的模 double public_vertical_vector_length = sqrtf(publicVerticalRay.at<double>(0, 0)*publicVerticalRay.at<double>(0, 0) + publicVerticalRay.at<double>(0, 1)*publicVerticalRay.at<double>(0, 1) + publicVerticalRay.at<double>(0, 2)*publicVerticalRay.at<double>(0, 2)); //两直线的最小距离d=|公向量*任选向量|/|公向量| double minDistance = std::abs(cross_rand_mult.at<double>(0, 0)) / public_vertical_vector_length; Point3d point_3d(0.0,0.0,0.0); if (minDistance<50) { Mat two_line_t_in = (Mat_<double>(3, 3) << publicVerticalRay.at<double>(0, 0), -direction_line0.at<double>(0, 0), direction_line1.at<double>(0, 0), publicVerticalRay.at<double>(0, 1), -direction_line0.at<double>(0, 1), direction_line1.at<double>(0, 1), publicVerticalRay.at<double>(0, 2), -direction_line0.at<double>(0, 2), direction_line1.at<double>(0, 2)); Mat two_line_t = two_line_t_in.inv()*randRay; Point3d node0, node1; node0.x = two_line_t.at<double>(1, 0)*direction_line0.at<double>(0, 0) + randPoint0.x; node0.y = two_line_t.at<double>(1, 0)*direction_line0.at<double>(0, 1) + randPoint0.y; node0.z = two_line_t.at<double>(1, 0)*direction_line0.at<double>(0, 2) + randPoint0.z; node1.x = two_line_t.at<double>(2, 0)*direction_line1.at<double>(0, 0) + randPoint1.x; node1.y = two_line_t.at<double>(2, 0)*direction_line1.at<double>(0, 1) + randPoint1.y; node1.z = two_line_t.at<double>(2, 0)*direction_line1.at<double>(0, 2) + randPoint1.z; point_3d = (node0 + node1) / 2; } else { point_3d = Point3d(0.0,0.0,0.0); } return point_3d; }

Have a good day~

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