模块 mbcp.mp_math.line
本模块定义了三维空间中的直线类
class Line3
method __init__(self, point: Point3, direction: Vector3)
说明: 三维空间中的直线。由一个点和一个方向向量确定。
参数:
源代码 或 在GitHub上查看
def __init__(self, point: 'Point3', direction: 'Vector3'):
"""
三维空间中的直线。由一个点和一个方向向量确定。
Args:
point ([`Point3`](./point#class-point3)): 直线上的一点
direction ([`Vector3`](./vector#class-vector3)): 方向向量
"""
self.point = point
self.direction = direction
method approx(self, other: Line3, epsilon: float = APPROX) -> bool
说明: 判断两条直线是否近似相等。
参数:
返回: bool
: 是否近似相等
源代码 或 在GitHub上查看
def approx(self, other: 'Line3', epsilon: float=APPROX) -> bool:
"""
判断两条直线是否近似相等。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
epsilon ([`float`](https://docs.python.org/3/library/functions.html#float)): 误差
Returns:
[`bool`](https://docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否近似相等
"""
return self.is_approx_parallel(other, epsilon) and (self.point - other.point).is_approx_parallel(self.direction, epsilon)
method cal_angle(self, other: Line3) -> AnyAngle
说明: 计算直线和直线之间的夹角。
参数:
- other (
Line3
): 另一条直线
返回: AnyAngle
: 夹角
源代码 或 在GitHub上查看
def cal_angle(self, other: 'Line3') -> 'AnyAngle':
"""
计算直线和直线之间的夹角。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
Returns:
[`AnyAngle`](./angle#class-anyangle): 夹角
"""
return self.direction.cal_angle(other.direction)
method cal_distance(self, other: Line3 | Point3) -> float
说明: 计算直线和直线或点之间的距离。
参数:
返回: float
: 距离
引发:
TypeError
不支持的类型
源代码 或 在GitHub上查看
def cal_distance(self, other: 'Line3 | Point3') -> float:
"""
计算直线和直线或点之间的距离。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3) | [`Point3`](./point#class-point3)): 另一条直线或点
Returns:
[`float`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#float): 距离
Raises:
[`TypeError`](https%3A//docs.python.org/3/library/exceptions.html#TypeError): 不支持的类型
"""
if isinstance(other, Line3):
if self == other:
return 0
elif self.is_parallel(other):
return (other.point - self.point).cross(self.direction).length / self.direction.length
elif not self.is_coplanar(other):
return abs(self.direction.cross(other.direction) @ (self.point - other.point) / self.direction.cross(other.direction).length)
else:
return 0
elif isinstance(other, Point3):
return (other - self.point).cross(self.direction).length / self.direction.length
else:
raise TypeError('Unsupported type.')
method cal_intersection(self, other: Line3) -> Point3
说明: 计算两条直线的交点。
参数:
- other (
Line3
): 另一条直线
返回: Point3
: 交点
引发:
ValueError
直线平行ValueError
直线不共面
源代码 或 在GitHub上查看
def cal_intersection(self, other: 'Line3') -> 'Point3':
"""
计算两条直线的交点。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
Returns:
[`Point3`](./point#class-point3): 交点
Raises:
[`ValueError`](https%3A//docs.python.org/3/library/exceptions.html#TypeError): 直线平行
`ValueError`: 直线不共面
"""
if self.is_parallel(other):
raise ValueError('Lines are parallel and do not intersect.')
if not self.is_coplanar(other):
raise ValueError('Lines are not coplanar and do not intersect.')
return self.point + self.direction.cross(other.direction) @ other.direction.cross(self.point - other.point) / self.direction.cross(other.direction).length ** 2 * self.direction
method cal_perpendicular(self, point: Point3) -> Line3
说明: 计算直线经过指定点p的垂线。
参数:
- point (
Point3
): 指定点
返回: Line3
: 垂线
源代码 或 在GitHub上查看
def cal_perpendicular(self, point: 'Point3') -> 'Line3':
"""
计算直线经过指定点p的垂线。
Args:
point ([`Point3`](./point#class-point3)): 指定点
Returns:
[`Line3`](./line#class-line3): 垂线
"""
return Line3(point, self.direction.cross(point - self.point))
method get_point(self, t: RealNumber) -> Point3
说明: 获取直线上的点。同一条直线,但起始点和方向向量不同,则同一个t对应的点不同。
参数:
- t (
RealNumber
): 参数t
返回: Point3
: 点
源代码 或 在GitHub上查看
def get_point(self, t: RealNumber) -> 'Point3':
"""
获取直线上的点。同一条直线,但起始点和方向向量不同,则同一个t对应的点不同。
Args:
t ([`RealNumber`](./mp_math_typing#var-realnumber)): 参数t
Returns:
[`Point3`](./point#class-point3): 点
"""
return self.point + t * self.direction
method get_parametric_equations(self) -> tuple[OneSingleVarFunc, OneSingleVarFunc, OneSingleVarFunc]
说明: 获取直线的参数方程。
返回: tuple
[OneSingleVarFunc
, OneSingleVarFunc
, OneSingleVarFunc
]: 参数方程
源代码 或 在GitHub上查看
def get_parametric_equations(self) -> tuple[OneSingleVarFunc, OneSingleVarFunc, OneSingleVarFunc]:
"""
获取直线的参数方程。
Returns:
[`tuple`](https%3A//docs.python.org/3/library/stdtypes.html#tuple)[[`OneSingleVarFunc`](./mp_math_typing#var-onesinglevarfunc), `OneSingleVarFunc`, `OneSingleVarFunc`]: 参数方程
"""
return (lambda t: self.point.x + self.direction.x * t, lambda t: self.point.y + self.direction.y * t, lambda t: self.point.z + self.direction.z * t)
method is_approx_parallel(self, other: Line3, epsilon: float = 1e-06) -> bool
说明: 判断两条直线是否近似平行。
参数:
返回: bool
: 是否近似平行
源代码 或 在GitHub上查看
def is_approx_parallel(self, other: 'Line3', epsilon: float=1e-06) -> bool:
"""
判断两条直线是否近似平行。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
epsilon ([`float`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#float)): 误差
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否近似平行
"""
return self.direction.is_approx_parallel(other.direction, epsilon)
method is_parallel(self, other: Line3) -> bool
说明: 判断两条直线是否平行。
参数:
- other (
Line3
): 另一
返回: bool
: 是否平行
源代码 或 在GitHub上查看
def is_parallel(self, other: 'Line3') -> bool:
"""
判断两条直线是否平行。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否平行
"""
return self.direction.is_parallel(other.direction)
method is_collinear(self, other: Line3) -> bool
说明: 判断两条直线是否共线。
参数:
- other (
Line3
): 另一
返回: bool
: 是否共线
源代码 或 在GitHub上查看
def is_collinear(self, other: 'Line3') -> bool:
"""
判断两条直线是否共线。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否共线
"""
return self.is_parallel(other) and (self.point - other.point).is_parallel(self.direction)
method is_point_on(self, point: Point3) -> bool
说明: 判断点是否在直线上。
参数:
- point (
Point3
): 点
返回: bool
: 是否在直线上
源代码 或 在GitHub上查看
def is_point_on(self, point: 'Point3') -> bool:
"""
判断点是否在直线上。
Args:
point ([`Point3`](./point#class-point3)): 点
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否在直线上
"""
return (point - self.point).is_parallel(self.direction)
method is_coplanar(self, other: Line3) -> bool
说明: 判断两条直线是否共面。 充要条件:两直线方向向量的叉乘与两直线上任意一点的向量的点积为0。
参数:
- other (
Line3
): 另一
返回: bool
: 是否共面
源代码 或 在GitHub上查看
def is_coplanar(self, other: 'Line3') -> bool:
"""
判断两条直线是否共面。
充要条件:两直线方向向量的叉乘与两直线上任意一点的向量的点积为0。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否共面
"""
return self.direction.cross(other.direction) @ (self.point - other.point) == 0
method simplify(self)
说明: 简化直线方程,等价相等。 自体简化,不返回值。
按照可行性一次对x y z 化 0 处理,并对向量单位化
源代码 或 在GitHub上查看
def simplify(self):
"""
简化直线方程,等价相等。
自体简化,不返回值。
按照可行性一次对x y z 化 0 处理,并对向量单位化
"""
self.direction.normalize()
if self.direction.x == 0:
self.point.x = 0
if self.direction.y == 0:
self.point.y = 0
if self.direction.z == 0:
self.point.z = 0
method from_two_points(cls, p1: Point3, p2: Point3) -> Line3
说明: 工厂函数 由两点构造直线。
参数:
返回: Line3
: 直线
源代码 或 在GitHub上查看
@classmethod
def from_two_points(cls, p1: 'Point3', p2: 'Point3') -> 'Line3':
"""
工厂函数 由两点构造直线。
Args:
p1 ([`Point3`](./point#class-point3)): 点1
p2 ([`Point3`](./point#class-point3)): 点2
Returns:
[`Line3`](./line#class-line3): 直线
"""
direction = p2 - p1
return cls(p1, direction)
method __and__(self, other: Line3) -> Line3 | Point3 | None
说明: 计算两条直线点集合的交集。重合线返回自身,平行线返回None,交线返回交点。
参数:
- other (
Line3
): 另一条直线
源代码 或 在GitHub上查看
def __and__(self, other: 'Line3') -> 'Line3 | Point3 | None':
"""
计算两条直线点集合的交集。重合线返回自身,平行线返回None,交线返回交点。
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
Returns:
[`Line3`](./line#class-line3) | [`Point3`](./point#class-point3) | [`None`](https://docs.python.org/3/library/constants.html#None): 交集
"""
if self.is_collinear(other):
return self
elif self.is_parallel(other) or not self.is_coplanar(other):
return None
else:
return self.cal_intersection(other)
method __eq__(self, other) -> bool
说明: 判断两条直线是否等价。
v1 // v2 ∧ (p1 - p2) // v1
参数:
- other (
Line3
): 另一条直线
返回: bool
: 是否等价
源代码 或 在GitHub上查看
def __eq__(self, other) -> bool:
"""
判断两条直线是否等价。
v1 // v2 ∧ (p1 - p2) // v1
Args:
other ([`Line3`](./line#class-line3)): 另一条直线
Returns:
[`bool`](https%3A//docs.python.org/3/library/functions.html#bool): 是否等价
"""
return self.direction.is_parallel(other.direction) and (self.point - other.point).is_parallel(self.direction)