
椭圆是一种特殊的几何图形,可以定义为平面上到两个固定点(焦点)的距离之和为常数的点的轨迹。在笛卡尔坐标系中,当椭圆的中心位于 (h, k) 且其主轴与坐标轴平行时,其标准方程为:
(x - h)² / a² + (y - k)² / b² = 1
其中:
需要注意的是,a 和 b 分别代表半长轴和半短轴的长度,它们分别对应着在X轴和Y轴方向上的“半径”。如果 a > b,则水平方向是长轴;如果 b > a,则垂直方向是长轴。
要判断一个点 (pt_x, pt_y) 是否在椭圆的内部或边界上,我们只需将该点的坐标代入椭圆的标准方程的左侧,然后将计算结果与 1 进行比较。
综合来看,如果点在椭圆内部或边界上,则满足条件: (pt_x - h)² / a² + (pt_y - k)² / b² <= 1
假设我们有一个椭圆,其属性如下:
根据这些属性,我们可以确定:
因此,该椭圆的方程为: (x - 10)² / 4² + (y - 10)² / 3² = 1 即 (x - 10)² / 16 + (y - 10)² / 9 = 1
要判断一个点 pt = [pt_x, pt_y] 是否在此椭圆内,我们需要计算: (pt_x - 10)² / 16 + (pt_y - 10)² / 9 并将结果与 1 进行比较。
以下是一个JavaScript函数,用于实现上述判断逻辑:
/**
* 判断一个点是否在给定椭圆的内部或边界上。
*
* @param {Array<number>} pt 点的坐标,例如 [pt_x, pt_y]。
* @param {Array<number>} center 椭圆中心的坐标,例如 [h, k]。
* @param {Array<number>} radii 椭圆的半轴长度,例如 [verticalRadius, horizontalRadius]。
* 注意:radii[0] 对应 y 轴方向的半轴,radii[1] 对应 x 轴方向的半轴。
* @returns {boolean} 如果点在椭圆内部或边界上,则返回 true;否则返回 false。
*/
function isPointInEllipse(pt, center, radii) {
const pt_x = pt[0];
const pt_y = pt[1];
const h = center[0]; // 椭圆中心x坐标
const k = center[1]; // 椭圆中心y坐标
// 根据问题描述,radii[0] 是垂直半径 (y轴方向),radii[1] 是水平半径 (x轴方向)
const horizontalSemiAxis = radii[1]; // 对应方程中的 'a'
const verticalSemiAxis = radii[0]; // 对应方程中的 'b'
// 避免除以零的情况
if (horizontalSemiAxis === 0 || verticalSemiAxis === 0) {
// 如果任何一个半轴为零,则椭圆退化为一条线段或一个点。
// 在这种情况下,可以根据具体业务需求定义行为。
// 这里简单地认为点不在“内部”。
return false;
}
// 计算椭圆方程左侧的值
const value = Math.pow((pt_x - h), 2) / Math.pow(horizontalSemiAxis, 2) +
Math.pow((pt_y - k), 2) / Math.pow(verticalSemiAxis, 2);
// 判断值是否小于等于 1
return value <= 1;
}
// 示例使用:
const center = [10, 10];
const radii = [3, 4]; // verticalRadius = 3, horizontalRadius = 4
// 测试点
const pointInside = [12, 11]; // 应该在内部
const pointOnBoundary = [14, 10]; // 应该在边界上 (x=14, y=10) => (4^2/4^2 + 0/3^2) = 1
const pointOutside = [15, 10]; // 应该在外部
console.log(`点 ${pointInside} 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse(pointInside, center, radii)}`); // 预期: true
console.log(`点 ${pointOnBoundary} 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse(pointOnBoundary, center, radii)}`); // 预期: true (在边界上)
console.log(`点 ${pointOutside} 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse(pointOutside, center, radii)}`); // 预期: false
// 更多测试点
console.log(`点 [10, 10] (中心) 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse([10, 10], center, radii)}`); // 预期: true
console.log(`点 [10, 13] (上边界) 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse([10, 13], center, radii)}`); // 预期: true
console.log(`点 [10, 14] (上外部) 是否在椭圆内: ${isPointInEllipse([10, 14], center, radii)}`); // 预期: false通过掌握椭圆的标准方程和点包含的原理,我们可以高效且准确地判断任意点与非旋转椭圆的相对位置,这在图形学、游戏开发、地理信息系统等领域都有广泛的应用。
以上就是如何判断一个点是否在给定椭圆的内部的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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