java - triangulo - ¿Cuál es el algoritmo para encontrar el centro de un círculo a partir de tres puntos?

encuentra el centro del circulo

Question

Tengo tres puntos en la circunferencia de un círculo:

pt A = (Ax, Ay); pt B = (Bx, By); pt C = (Cx, Cy);

¿Cómo calculo el centro del círculo?

Implementándolo en Processing (Java).

Encontré la respuesta e implementé una solución de trabajo:

 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;  
    center.x = (aSlope*bSlope*(A.y - C.y) + bSlope*(A.x + B.x)
        - aSlope*(B.x+C.x) )/(2* (bSlope-aSlope) );
    center.y = -1*(center.x - (A.x+B.x)/2)/aSlope +  (A.y+B.y)/2;

    return center;
  }

Answer 1

Aquí está mi puerto Java, esquivando la condición de error cuando el determinante desaparece con una IllegalArgumentException muy elegante, mi enfoque para enfrentar los "puntos están muy separados" o "los puntos están en una línea". Además, esto calcula el radio (y hace frente a condiciones excepcionales) que su enfoque de pendientes de intersección no funcionará.

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);
  }

}

Ver algoritmo desde aquí :

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));
}

Answer 2

Estaba buscando un algoritmo similar cuando me coloqué sobre esta pregunta. Tomó su código pero descubrió que esto no funcionará en los casos en que la pendiente sea 0 o el infinito (puede ser cierto cuando xDelta_a o xDelta_b es 0).

He corregido el algoritmo y aquí está mi código. Nota: usé el lenguaje de programación object-c y solo estoy cambiando el código para la inicialización del valor del punto, así que si eso es incorrecto, estoy seguro de que el programador que trabaja en Java puede corregirlo. La lógica, sin embargo, es la misma para todos (¡Dios bendiga los algoritmos! :))

Funciona perfectamente bien en lo que respecta a mis propias pruebas funcionales. Por favor, hágamelo saber si la lógica es incorrecta en algún momento.

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;
}

Answer 3

Puede ser un cálculo bastante en profundidad. Aquí hay un sencillo paso a paso: http://paulbourke.net/geometry/circlesphere/ . Una vez que tenga la ecuación del círculo, simplemente puede ponerla en una forma que incluya H y K. El punto (h, k) será el centro.

(desplácese hacia abajo un poco en el enlace para llegar a las ecuaciones)

Answer 4

public Vector2 CarculateCircleCenter(Vector2 p1, Vector2 p2, Vector2 p3)
{
    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;
}