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主页 / 问题 / 672647
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iRumba
iRumba
Asked:2020-05-30 14:12:31 +0000 UTC2020-05-30 14:12:31 +0000 UTC 2020-05-30 14:12:31 +0000 UTC

如何找到向量之间的角度?

  • 772

输入中有 3 个 AOB 点(但我已经将所有内容简化为向量 a 和 b)。

我们需要一个不限制钝角、锐角、直角和其他特殊角度的完整版本。理想情况下,我想获得 0 到 360 度或 -180 到 180 度的角度。

математика
  • 2 2 个回答
  • 10 Views

2 个回答

  • Voted
  1. Best Answer
    Андрей NOP
    2020-05-30T15:09:19Z2020-05-30T15:09:19Z

    让我们采用一些“参考”(“起始”)向量,我们将其视为原点。我采用了向量 (1; 0) - 这会稍微简化计算。
    代码将在 C# 中:

    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;
    }
    

    然后,有序向量对之间的角度将计算为: Vector.AngleOfReference(a) - Vector.AngleOfReference(b);,但是,正如@VladD 在评论中正确建议的那样,输出可以是 (-360; 360] 范围内的值,它需要“归一化”,所以我仍然会在结构中添加一个方法来计算角度:

    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;
    }
    

    这将为我们提供一个恰好在 (-180°; 180°] 范围内的角度。


    另一个小改进,我将给出结果结构的完整代码:

    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;
        }
    }
    

    通过调整NormalizeAngle您可以选择所需的输出范围。在上面的代码[0°; 360°)中,如果您需要它(-180°; 180°],请像这样更正它:

    bool CheckBottom(double a) => a > -180;
    bool CheckTop(double a) => a <= 180;
    
    • 5
  2. MihailPw
    2020-05-30T15:01:21Z2020-05-30T15:01:21Z

    基本的一切都很简单!

    计算向量之间的值:

    // 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);
    

    两个类Point和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;
        }
    }
    

    在线计算器在这里。

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