2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70

Пересечение трехмерной сетки точек движущейся сферой

29.02.2024, 16:47. Показов 4424. Ответов 46

Студворк — интернет-сервис помощи студентам
Дана трехмерная сетка из точек, выровненных по осям X, Y, Z с равномерным шагом ∆s начиная с заданной опорной точки O. Любая точка P в этой сетке может быть определена как: P = O + (ix, iy, iz)∆s, де ix, iy и iz - целочисленные индексы, принадлежащие открытым диапазонам [0, nx), [0, ny) и [0, nz) соответственно. Сетка пересекается движущейся сферой радиуса R. Движение центра сферы определяется 3d-кривой f(t), t ∈ [0, 1]. Для упрощения реализации дана выборка f(t) с шагом ∆t (0 < ∆t ≪ 1) и получаем последовательность 3d-точек f(0), f(∆t), ... , f(1). Каждая пара последовательных точек в этой последовательности может рассматриваться как начальная и конечная точки линейного движения сферы. Точки, пересекающиеся с движущейся сферой, считаются удаленными.
Задание: Реализовать функцию, которая принимает входные параметры (∆s, O, nx, ny, nz, R, f(t), ∆t), моделирует удаление точек сетки, которые пересекаются с линейными перемещениями сферы, и выводит все оставшиеся точки, видимые сверху.

Я пока мало знаю о компьютерной графике и алгоритмах, которые в ней используются. Вот что я пытался сделать:
C++
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
// Bresenham's algorithm for drawing circle
std::vector<Point3> GetCircleBoundary(const Point3& center, double radius)
{
    std::vector<Point3> points;
 
    int x = 0;
    int y = radius;
    int delta = 1 - 2 * radius;
    int error = 0;
    while (y >= x)
    {
        points.emplace_back(center.x() + x, center.y() + y, center.z());
        points.emplace_back(center.x() + x, center.y() - y, center.z());
        points.emplace_back(center.x() - x, center.y() + y, center.z());
        points.emplace_back(center.x() - x, center.y() - y, center.z());
        points.emplace_back(center.x() + y, center.y() + x, center.z());
        points.emplace_back(center.x() + y, center.y() - x, center.z());
        points.emplace_back(center.x() - y, center.y() + x, center.z());
        points.emplace_back(center.x() - y, center.y() - x, center.z());
        error = 2 * (delta + y) - 1;
        if ((delta < 0) && (error <= 0))
        {
            delta += 2 * ++x + 1;
            continue;
        }
        if ((delta > 0) && (error > 0))
        {
            delta -= 2 * --y + 1;
            continue;
        }
        delta += 2 * (++x - --y);
    }
    return points;
}
 
 
/// @param refPoint reference point O of the cloud, which is a point with the minimum values along
/// all coordinate axes
/// @param nx number of points in cloud along x axis
/// @param ny number of points in cloud along y axis
/// @param nz number of points in cloud along z axis
/// @param deltaS distance between neighboring cloud points along x, y and z axis
/// @param sphereRadius radius R of the sphere
/// @param curve 3d curve that defines trajectory of the sphere
/// @param deltaT step size for 3d curve parameter
void Process(
    const Point3 refPoint,
    const int nx,
    const int ny,
    const int nz,
    const double deltaS,
    const double sphereRadius,
    const Curve& curve,
    const double deltaT)
{
    int maxZ = refPoint.z() + nz * deltaS;
    std::vector<std::vector<std::optional<Point3>>> topSkin(ny, std::vector<std::optional<Point3>>(nx));    
 
    for (int y = 0; y < ny; ++y)
        for (int x = 0; x < nx; ++x)
            topSkin[y][x] = Point3(refPoint.x() + x * deltaS, refPoint.y() + y * deltaS, maxZ);
 
    Point3 sphereCenter;
    for (double t = curve.GetBeginParameter(); t <= curve.GetEndParameter(); t += deltaT)
    {
        sphereCenter = curve.Evaluate(t);
 
        if (sphereCenter.z() + sphereRadius <= maxZ)
            continue;
 
        double r{};
        std::vector<Point3> points;
        for (double z = maxZ; z <= sphereCenter.z() + sphereRadius; z += deltaS)
        {
            r = std::sqrt(sphereRadius * sphereRadius - (z - sphereCenter.z()) * (z - sphereCenter.z()));
            points = GetCircleBoundary(Point3(sphereCenter.x(), sphereCenter.y(), z), r);
 
            for (const auto& point : points)
            {
                std::size_t y = (point.y() - refPoint.y()) / deltaS;
                std::size_t x = (point.x() - refPoint.x()) / deltaS;
                if (2 * sphereCenter.z() - point.z() > refPoint.z())
                    topSkin[y][x] = Point3(point.x(), point.y(), 2 * sphereCenter.z() - point.z());
                else
                    topSkin[y][x] = {};
            }
        }
    }
 
        // WriteToFile(topSkin);
}
Тут для каждого момента времени я нахожу каждую точку сферы, которая 'вылазит' выше верхней поверхности сетки, и говорю, что тогда сверху будет видна точка, симметричная этой относительно центра сферы.
Направьте на путь истинный, если можно, как это сделать получше?
0
Лучшие ответы (1)
IT_Exp
Эксперт
34794 / 4073 / 2104
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 32,602
Блог
29.02.2024, 16:47
Ответы с готовыми решениями:

Аппроксимация точек сферой
Добрый день! Написал программу для аппроксимации точек сферой. Перейдя по ссылке най сайт уважаемого Prografix можно увидеть...

Смоделировать движение трехмерной рыбацкой сетки на экране (MFC)
Доброго времени суток. Передо мной поставили задачу: смоделировать движение трехмерной рыбацкой сетки на экране. То есть: висит сеть,...

Отрисовать набор точек в трехмерной системе координат (с возможностью вращения)
Подскажите, как отрисовать набор точек в трехмерной системе координат с возможностью вращения.

46
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
07.03.2024, 14:52
Студворк — интернет-сервис помощи студентам
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
А чем плохо проходиться по точкам AABB, которые выше сетки, и для тех из них, что лежат в сфере (определять по расстоянию до отрезка) находить симметричную относительно центра сферы?
Это следующий этап оптимизации. Я вам предлжил
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
В первом приближении
с минимальными изменениями в последнем рабочем варианте.
Попробуйте реализовать сначала так, если все корректно, то добавите эту оптимизацию.

Не по теме:

Просто сейчас нет времени и желания изучать все ваши нововведения



Добавлено через 53 секунды
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
находить симметричную относительно центра сферы
Тут еще вот какое дело, у нас не сфера, а капсула. Не все так просто. Тут нужно искать точку пересечения вертикального луча с капсулой.
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
10.03.2024, 19:09
Ну "повторять" работать будет, но делать так хотя бы с тыщей сегментов... Предлагаю сортировать сегменты по (меньшей) глубине, тогда можно

1) увеличивать "видимую" глубину сравнивая диапазон вырезаемый сферой с текущей глубиной точки;
2) "быстрый выход" если меньшая глубина сегмента больше глубины точки

Да, и вот это FindSymmetricZ лучше пока не юзать, просто топать по глубине (на всякий случай)

Добавлено через 4 часа 20 минут
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Предлагаю сортировать сегменты
Увы, это "не гарантирует" слияния пересечений. Но я еще подумаю
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
10.03.2024, 19:23
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Увы, это "не гарантирует" слияния пересечений.
С одной стороны это может существенно уменьшить количество "повторений" расчетов, с другой - может свести задачу по оптимизации расхода памяти на нет, т.к. придется хранить все точки траектории, тогда как интерфейс может предполагать кривую, заданную параметрическим уравнением.
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
10.03.2024, 21:09
Сравним расход памяти для 3-мерного битового массива и 2-мерного массива int. Для 32 слоев расход одинаков. Но вряд ли 32 слоя - предел мечтаний, все-таки надо ориентироваться на 2-мерный (если вообще массив).

Думаю здесь лучше обсуждать не "как считать", а "что/как хранить" для точки (элемента массива). Если с этим определиться, то расчет (в прынцыпе) ясен

Не по теме:

Да, эти "повторения" очень напоминают расчет старой (до raytrace) прозрачности. Правда там везде флажки для оптимизации

0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
10.03.2024, 21:20
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Сравним расход памяти для 3-мерного битового массива и 2-мерного массива int.
К чему это?
Мы же это уже давно не обсуждаем и сошлись на одном слое.
По крайней мере все мои посты, начиная с 16 сводятся к обсуждению именно такого варианта.
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
10.03.2024, 21:45
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Думаю здесь лучше обсуждать не "как считать", а "что/как хранить"
По-моему принципиальное решение - хранить для точки все вырезанные диапазоны как пары, в виде напр списка (возможно самопального, без std:: ) что может расти динамически. При этом парить по частям, напр по строкам. Напр взяли первые 100 строк, прогнали по ним все сегменты, потом следующие 100 строк и.т.д.
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
10.03.2024, 21:59
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
При этом парить по частям, напр по строкам. Напр взяли первые 100 строк, прогнали по ним все сегменты, потом следующие 100 строк и.т.д.
Так а что мы получим после "пропарки" первых 100 строк?

Добавлено через 3 минуты
А, понял, по строкам, это всмысле на всю глубину.

Добавлено через 2 минуты
Неплохой вариант, если сетка более менее квадратная, а вот если попадется, скажем 100 х Много х Много, то толку нет.
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
10.03.2024, 22:31
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
А, понял, по строкам, это всмысле на всю глубину.
Да, каждая точка просчитывается полностью
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
Неплохой вариант, если сетка более менее квадратная, а вот если попадется, скажем 100 х Много х Много, то толку нет.
Нет - в смысле все равно сожрется много памяти? Ну можно по числу точек. Или вообще сделать проход для "планировки" - запоминать не сами "дырки" а только их число для каждой точки. Кстати о птичках: параллелится хорошо
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
10.03.2024, 22:45
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Или вообще сделать проход для "планировки" - запоминать не сами "дырки" а только их число для каждой точки
А вот это интересно.
Цитата Сообщение от Igor3D Посмотреть сообщение
Кстати о птичках: параллелится хорошо
Да тут любой подход хорошо параллелится.
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
10.03.2024, 22:58
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
запоминать не сами "дырки" а только их число для каждой точки
Это позволит хранить сами дырки не списком, а линейно

Не по теме:

Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
Да тут любой подход хорошо параллелится.
Не сказал бы, если (самый) внешний цикл по сегментам, то при сохранении возможны неприятности

Да, интересная задачка

0
2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70
19.03.2024, 21:09  [ТС]
Здравствуйте, можете объяснить немного подробнее, что значит "строки"? Извините, за то что после такой задержки пишу, там тимлид проснулся, просят оптимизировать по памяти.
Ну у меня пока из идей, только заменить битовый массив списком пустых диапазонов.
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
19.03.2024, 21:16
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
там тимлид проснулся, просят оптимизировать по памяти
Т.е. вариант с двумерной сеткой тоже не оптимален?
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
можете объяснить немного подробнее, что значит "строки"?
По сути, разбить сетку на сетки поменьше и выполнить расчет для каждой последовательно.
0
2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70
19.03.2024, 21:39  [ТС]
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
Т.е. вариант с двумерной сеткой тоже не оптимален?
Блин, извините, что туплю. Вы про вариант, когда нужно хранить только глубины точек видимых сверху? Если так, то как их высчитывать? Как я понял мой вариант с FindSymmetricZ не годится, ибо я не уверен, что он правильный с математической точки зрения, да и на тестах он некоторые точки забывает "затереть". А вот это, я так и не понял(
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
C++
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
for (bool isChanged = true; isChanged;)
{
    isChanged = false;
    foreach(segment in path)
    {
        box = aabb(segment, radius, gridBounds)
        foreach(y in box.min.y..box.max.y)
        {
            foreach(x in box.min.x..box.max.x)
            {
                z = grid[x][y];
                if (z in box.min.z..box.max.z)
                {
                    while (sqDistance(segment, point(x, y, z) <= radius * radius))
                    {
                        --z;
                        isChanged = true;
                        grid[x][y] = z;
                    }
                }
            }
        }
    }
}
И оно чет не работает. Сейчас еще раз попробую разобраться.
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
19.03.2024, 21:43
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
И оно чет не работает.
Ну в таком виде и не должно, это псевдокод
В покажите, как вы это в коде реализовали.
0
2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70
19.03.2024, 21:56  [ТС]
Вот так:
C++
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
class TopView
{
public:
    static constexpr int NOT_VISIBLE = -1;
 
    TopView(int nx, int ny, int nz)
            : nx(nx), ny(ny), nz(nz)
            , m_state(ny, std::vector<int>(nx, nz - 1))
    {}
 
    bool IsVisibleFromAbove(int ix, int iy) const
    {
        return m_state[iy][ix] != NOT_VISIBLE;
    }
 
    int GetVisibleFromAbove(int ix, int iy) const
    {
        return m_state[iy][ix];
    }
 
    void SetVisibleFromAbove(int ix, int iy, int iz)
    {
        if (iz < 0)
            m_state[iy][ix] = NOT_VISIBLE;
        else
            m_state[iy][ix] = iz;
    }
 
    int x() const noexcept { return nx; }
    int y() const noexcept { return ny; }
    int z() const noexcept { return nz; }
 
private:
    int nx{}, ny{}, nz{};
    std::vector<std::vector<int>> m_state;
};
 
 
TopView topView(nx, ny, nz);
bool isChanged = true;
while (isChanged)
{
    isChanged = false;
    for (; t < curve.GetEndParameter(); t += deltaT)
    {
        b = conv.ToRel(curve.Evaluate(t));
        auto [min, max] = GetBoundingBox(a, b, relSphereRadius, bounds);
        for (int y = min.y(); y <= max.y(); ++y)
        {
            for (int x = min.x(); x <= max.x(); ++x)
            {
                int z = topView.GetVisibleFromAbove(x, y);
                if (z >= min.z() && z <= max.z())
                {
                    while (Distance(a, b, geo::Point3D(x, y, z)) <= relSphereRadius * relSphereRadius)
                    {
                        --z;
                        isChanged = true;
                        topView.SetVisibleFromAbove(x, y, z);
                    }
                }
            }
        }
    }
}
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
19.03.2024, 22:12
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
Вот так:
Вроде верно, только не вижу, где у вас точка a меняется.
0
2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70
19.03.2024, 22:17  [ТС]
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
Вроде верно, только не вижу, где у вас точка a меняется.
Да, я увидел это, но все равно в итоге сверху видно самый верхний слой и все.
0
 Аватар для zayats80888
6353 / 3524 / 1428
Регистрация: 07.02.2019
Сообщений: 8,995
19.03.2024, 22:19
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
но все равно в итоге сверху видно самый верхний слой и все.
Не понял, можно подробнее?
0
1977 / 833 / 115
Регистрация: 01.10.2012
Сообщений: 5,151
Записей в блоге: 2
19.03.2024, 22:39
Цитата Сообщение от MeXaL Посмотреть сообщение
C++
1
while (Distance(a, b, geo::Point3D(x, y, z)) <= relSphereRadius * relSphereRadius)
Вот мы "спускаемся" по глубине. Сначала дырки может не быть, потом она появляется и заканчивается. А у Вас предполагается что дырка идет от самого верхнего слоя.

Ну и сканирование объема - всегда плохо. Делайте пересечение луча (z) с капсулой, там несложно.
0
2 / 2 / 0
Регистрация: 10.09.2023
Сообщений: 70
19.03.2024, 22:41  [ТС]
Цитата Сообщение от zayats80888 Посмотреть сообщение
Не понял, можно подробнее?
Видны точки самого верхнего слоя сферы (у которых координата nz - 1)
0
Надоела реклама? Зарегистрируйтесь и она исчезнет полностью.
BasicMan
Эксперт
29316 / 5623 / 2384
Регистрация: 17.02.2009
Сообщений: 30,364
Блог
19.03.2024, 22:41

Нахождение прямоугольников, задаваемых множеством точек, расположенных в узлах сетки
Не совсем уверен, правильный ли раздел. Если не тот — прошу подсказать, куда нужно переместить тему. Теперь, собственно, задача: Есть...

Рассчитать количество all всех точек сетки лежащий внутри этого круга
Данные - это круг с центром в системе координат и радиусом 𝑟. Рассчитать количество all всех точек сетки лежащий внутри этого круга. ...

Найти пересечение точек
Помогите, пожалуйста ! Никак не могу решить задачу, мозг уже кипит, а последние нервные клетки держатся на волоске. На числовой прямой...

Пересечение точек с прямой
Петя нарисовал замкнутую кривую (полилинию) на листе бумаги, используя синие чернила. Он оставил этот лист на столе, а его младший брат...

Определение точек пересечение окружностей
Возникла вновь проблема с окружностями, но немного более глубокого характера... В общем есть две геоточки (latitude longitude) и их...


Искать еще темы с ответами

Или воспользуйтесь поиском по форуму:
40
Ответ Создать тему
Опции темы

Новые блоги и статьи
Был там один разговор по поводу свободы в материальном мире.
kumehtar 19.08.2026
Суть: рассматривается живое существо, оказавшееся внутри довольно странной системы (этого мира) и пытающееся обустроить в ней свой кусок пространства. Жизнь действительно предъявляет каждому. . .
Когда логика программы не спасает от человеческих ошибок
Maks 18.08.2026
В последнее время всё чаще и чаще сталкиваюсь с таким явлением, как абсолютная невнимательность (или глупость) пользователей. Проявляется это чаще всего на работе в коллективе. Допустим, человек с. . .
Лето уходит
kumehtar 17.08.2026
Мысли в слух
kumehtar 17.08.2026
Забавно, насколько сейчас стала доступна информация. Например о магии, духовном развитии, медитациях, и других подобных направлениях, ранее зачастую тайных, передаваемых от учителя к ученику. Хотя. . .
Перемещение строк из ТЧ в другой документ с учетом текущего пробега
Maks 17.08.2026
Реализация из решения ниже выполнена на примере нетипового документа "Автозапчасти", с ТЧ "Шины". За основу взят алгоритм отсюда: https:/ / www. cyberforum. ru/ blogs/ 359708/ 10838. html Задача: . . .
Саморегулирующийся социальный контракт для сервера cross-section.
Hrethgir 14.08.2026
С кодом конечно таких глубоких размышлений пока не было, впрочем я уже привык к алгоритмизации. Суть предмета записи: снова в диалоге с нейросетью (я взял пока себе ник для учётки админа - Rector). . . .
Часы электронные
Uhbif79 12.08.2026
Выкладываю программу часов. Программа позволяет: 1. Использовать системное время и дату, 2. Есть возможность вводить время и дату вручную. 3. Реализованы 2 будильника: начало и конец рабочего дня. . . .
Часы с будильником на основе класса QLCDNumber
Uhbif79 12.08.2026
Всем добрый день, выкладываю программу часов с будильником на основе класса QLCDNumber. Здесь я пробовал самостоятельно создавал классы, впервые столкнулся с видимостью переменной одного класса из. . .
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin
Copyright ©2000 - 2026, CyberForum.ru