Algoritmo de detecção de colisão de segmento de linha em círculo?

Eu tenho uma linha de A a B e um círculo posicionado em C com o raio R.

Qual é um bom algoritmo a ser usado para verificar se a linha cruza o círculo? E em que coordenada ao longo da borda dos círculos ocorreu?

Levando

1. E é o ponto de partida do raio,
2. L é o ponto final do raio,
3. C é o centro da esfera contra a qual você está testando
4. r é o raio dessa esfera

Cálculo:
d = L - E (vetor de direção do raio, do início ao fim)
f = E - C (vetor da esfera central ao início do raio)

Então a interseção é encontrada por ..
Plugging:
P = E + t * d
Esta é uma equação paramétrica:
P _x = E _x + td _x
P _y = E _y + td _y
em
(x - h) ² + (y - k) ² = r ²
(h, k) = centro do círculo.

Nota: simplificamos o problema para 2D aqui, a solução que obtemos se aplica também em 3D

para obter:

1. Expandir
   x ² - 2xh + h ² + y ² - 2yk + k ² - r ² = 0
2. Plugue
   x = e _x + td _x
   y = e _y + td _y
   (e _x + td _x ) ² - 2 (e _x + td _x ) h + h ² + (e _y + td _y ) ² - 2 (e _y + td _y ) k + k ² - r ² = 0
3. Explode
   e _x ² + 2e _x td _x + t ² d _x ² - 2e _x h - 2td _x h + h ² + e _y ² + 2e _y td _y + t ² d _y ² - 2e _y k - 2td _y k + k ² - r ² = 0
4. Grupo
   t ² (d _x ² + d _y ² ) + 2t (e _x d _x + e _y d _y - d _x h - d _y k) + e _x ² + e _y ² - 2e _x h - 2e _y k + h ² + k ² - r ² = 0
5. Finalmente,
   t ² (_d * _d) + 2t (_e * _d - _d * _c) + _e * _e - 2 (_e * _c) + _c * _c - r ² = 0
   * Onde _d é o vetor d e * é o produto escalar. *
6. E então,
   t ² (_d * _d) + 2t (_d * (_e - _c)) + (_e - _c) * (_e - _c) - r ² = 0
7. Deixando _f = _e - _c
   t ² (_d * _d) + 2t (_d * _f) + _f * _f - r ² = 0

Portanto, obtemos:
t ² * (d DOT d) + 2t * (f DOT d) + (f DOT f - r ² ) = 0
Portanto, resolvendo a equação quadrática:

float a = d.Dot( d ) ;
float b = 2*f.Dot( d ) ;
float c = f.Dot( f ) - r*r ;

float discriminant = b*b-4*a*c;
if( discriminant < 0 )
{
  // no intersection
}
else
{
  // ray didn't totally miss sphere,
  // so there is a solution to
  // the equation.

  discriminant = sqrt( discriminant );

  // either solution may be on or off the ray so need to test both
  // t1 is always the smaller value, because BOTH discriminant and
  // a are nonnegative.
  float t1 = (-b - discriminant)/(2*a);
  float t2 = (-b + discriminant)/(2*a);

  // 3x HIT cases:
  //          -o->             --|-->  |            |  --|->
  // Impale(t1 hit,t2 hit), Poke(t1 hit,t2>1), ExitWound(t1<0, t2 hit), 

  // 3x MISS cases:
  //       ->  o                     o ->              | -> |
  // FallShort (t1>1,t2>1), Past (t1<0,t2<0), CompletelyInside(t1<0, t2>1)

  if( t1 >= 0 && t1 <= 1 )
  {
    // t1 is the intersection, and it's closer than t2
    // (since t1 uses -b - discriminant)
    // Impale, Poke
    return true ;
  }

  // here t1 didn't intersect so we are either started
  // inside the sphere or completely past it
  if( t2 >= 0 && t2 <= 1 )
  {
    // ExitWound
    return true ;
  }

  // no intn: FallShort, Past, CompletelyInside
  return false ;
}

Ninguém parece considerar a projeção, estou completamente fora dos trilhos aqui?

Projete o vetor ACem AB. O vetor projetado,, ADdá o novo ponto D.
Se a distância entre De Cé menor que (ou igual a) R, temos uma interseção.

Como isso:

Eu usaria o algoritmo para calcular a distância entre um ponto (centro do círculo) e uma linha (linha AB). Isso pode ser usado para determinar os pontos de interseção da linha com o círculo.

Digamos que temos os pontos A, B, C. Ax e Ay são os componentes xey dos pontos A. O mesmo para B e C. O escalar R é o raio do círculo.

Este algoritmo requer que A, B e C sejam pontos distintos e que R não seja 0.

Aqui está o algoritmo

// compute the euclidean distance between A and B
LAB = sqrt( (Bx-Ax)²+(By-Ay)² )

// compute the direction vector D from A to B
Dx = (Bx-Ax)/LAB
Dy = (By-Ay)/LAB

// the equation of the line AB is x = Dx*t + Ax, y = Dy*t + Ay with 0 <= t <= LAB.

// compute the distance between the points A and E, where
// E is the point of AB closest the circle center (Cx, Cy)
t = Dx*(Cx-Ax) + Dy*(Cy-Ay)    

// compute the coordinates of the point E
Ex = t*Dx+Ax
Ey = t*Dy+Ay

// compute the euclidean distance between E and C
LEC = sqrt((Ex-Cx)²+(Ey-Cy)²)

// test if the line intersects the circle
if( LEC < R )
{
    // compute distance from t to circle intersection point
    dt = sqrt( R² - LEC²)

    // compute first intersection point
    Fx = (t-dt)*Dx + Ax
    Fy = (t-dt)*Dy + Ay

    // compute second intersection point
    Gx = (t+dt)*Dx + Ax
    Gy = (t+dt)*Dy + Ay
}

// else test if the line is tangent to circle
else if( LEC == R )
    // tangent point to circle is E

else
    // line doesn't touch circle

Ok, não vou dar o código, mas desde que você marcou isso algoritmo, Não acho que isso importe para você. Primeiro, você deve obter um vetor perpendicular à linha.

Você terá uma variável desconhecida em y = ax + c ( c será desconhecido ).
Para resolver isso, calcule seu valor quando a linha passar pelo centro do círculo.

Ou seja,
conecte o local do centro do círculo à equação da linha e resolva c.
Em seguida, calcule o ponto de interseção da linha original e seu normal.

Isso lhe dará o ponto mais próximo da linha ao círculo.
Calcule a distância entre este ponto e o centro do círculo (usando a magnitude do vetor).
Se isso é menor que o raio do círculo - voila, temos uma interseção!

Outro método usa a fórmula da área ABC do triângulo. O teste de interseção é mais simples e mais eficiente que o método de projeção, mas encontrar as coordenadas do ponto de interseção exige mais trabalho. Pelo menos, será atrasado até o ponto necessário.

A fórmula para calcular a área do triângulo é: area = bh / 2

onde b é o comprimento da base e h é a altura. Escolhemos o segmento AB como base para que h seja a menor distância entre C, o centro do círculo e a linha.

Como a área do triângulo também pode ser calculada por um produto vetorial, podemos determinar h.

// compute the triangle area times 2 (area = area2/2)
area2 = abs( (Bx-Ax)*(Cy-Ay) - (Cx-Ax)(By-Ay) )

// compute the AB segment length
LAB = sqrt( (Bx-Ax)² + (By-Ay)² )

// compute the triangle height
h = area2/LAB

// if the line intersects the circle
if( h < R )
{
    ...
}        

ATUALIZAÇÃO 1:

Você pode otimizar o código usando a computação de raiz quadrada inversa rápida descrita aqui para obter uma boa aproximação de 1 / LAB.

Computar o ponto de interseção não é tão difícil. Aqui vai

// compute the line AB direction vector components
Dx = (Bx-Ax)/LAB
Dy = (By-Ay)/LAB

// compute the distance from A toward B of closest point to C
t = Dx*(Cx-Ax) + Dy*(Cy-Ay)

// t should be equal to sqrt( (Cx-Ax)² + (Cy-Ay)² - h² )

// compute the intersection point distance from t
dt = sqrt( R² - h² )

// compute first intersection point coordinate
Ex = Ax + (t-dt)*Dx
Ey = Ay + (t-dt)*Dy

// compute second intersection point coordinate
Fx = Ax + (t+dt)*Dx
Fy = Ay + (t+dt)*Dy

Se h = R, a linha AB é tangente ao círculo e o valor dt = 0 e E = F. As coordenadas do ponto são as de E e F.

Você deve verificar se A é diferente de B e o comprimento do segmento não é nulo, se isso acontecer no seu aplicativo.

Escrevi um pequeno script para testar a interseção projetando o ponto central do círculo na linha.

vector distVector = centerPoint - projectedPoint;
if(distVector.length() < circle.radius)
{
    double distance = circle.radius - distVector.length();
    vector moveVector = distVector.normalize() * distance;
    circle.move(moveVector);
}

http://jsfiddle.net/ercang/ornh3594/1/

Se você precisar verificar a colisão com o segmento, considere também a distância do centro do círculo aos pontos inicial e final.

vector distVector = centerPoint - startPoint;
if(distVector.length() < circle.radius)
{
    double distance = circle.radius - distVector.length();
    vector moveVector = distVector.normalize() * distance;
    circle.move(moveVector);
}

https://jsfiddle.net/ercang/menp0991/

Esta solução que encontrei parecia um pouco mais fácil de seguir do que algumas outras.

Levando:

p1 and p2 as the points for the line, and
c as the center point for the circle and r for the radius

Eu resolveria a equação da reta na forma de interceptação de inclinação. No entanto, eu não queria ter que lidar com equações difíceis ccomo um ponto, então apenas mudei o sistema de coordenadas para que o círculo estivesse em0,0

p3 = p1 - c
p4 = p2 - c

A propósito, sempre que subtraio pontos um do outro, subtraio os xe depois subtraí os y, colocando-os em um novo ponto, caso alguém não saiba.

Enfim, agora resolvo a equação da linha com p3e p4:

m = (p4_y - p3_y) / (p4_x - p3) (the underscore is an attempt at subscript)
y = mx + b
y - mx = b (just put in a point for x and y, and insert the m we found)

Está bem. Agora eu preciso definir essas equações iguais. Primeiro, preciso resolver a equação do círculo parax

x^2 + y^2 = r^2
y^2 = r^2 - x^2
y = sqrt(r^2 - x^2)

Então eu os coloco iguais:

mx + b = sqrt(r^2 - x^2)

E resolva a equação quadrática ( 0 = ax^2 + bx + c):

(mx + b)^2 = r^2 - x^2
(mx)^2 + 2mbx + b^2 = r^2 - x^2
0 = m^2 * x^2 + x^2 + 2mbx + b^2 - r^2
0 = (m^2 + 1) * x^2 + 2mbx + b^2 - r^2

Agora eu tenho o meu a, be c.

a = m^2 + 1
b = 2mb
c = b^2 - r^2

Então, eu coloquei isso na fórmula quadrática:

(-b ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a

E substitua por valores e simplifique o máximo possível:

(-2mb ± sqrt(b^2 - 4ac)) / 2a
(-2mb ± sqrt((-2mb)^2 - 4(m^2 + 1)(b^2 - r^2))) / 2(m^2 + 1)
(-2mb ± sqrt(4m^2 * b^2 - 4(m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))) / 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - (m^2 * b^2 - m^2 * r^2 + b^2 - r^2))))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * b^2 - m^2 * b^2 + m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4 * (m^2 * r^2 - b^2 + r^2)))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± sqrt(4) * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 - b^2 + r^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(m^2 * r^2 + r^2 - b^2))/ 2m^2 + 2
(-2mb ± 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2

Isso é quase o máximo possível. Por fim, separe as equações com ±:

(-2mb + 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2 or     
(-2mb - 2 * sqrt(r^2 * (m^2 + 1) - b^2))/ 2m^2 + 2 

Em seguida, basta conectar o resultado dessas duas equações ao xin mx + b. Para maior clareza, escrevi algum código JavaScript para mostrar como usar isso:

function interceptOnCircle(p1,p2,c,r){
    //p1 is the first line point
    //p2 is the second line point
    //c is the circle's center
    //r is the circle's radius

    var p3 = {x:p1.x - c.x, y:p1.y - c.y} //shifted line points
    var p4 = {x:p2.x - c.x, y:p2.y - c.y}

    var m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x); //slope of the line
    var b = p3.y - m * p3.x; //y-intercept of line

    var underRadical = Math.pow((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2)); //the value under the square root sign 

    if (underRadical < 0){
    //line completely missed
        return false;
    } else {
        var t1 = (-2*m*b+2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //one of the intercept x's
        var t2 = (-2*m*b-2*Math.sqrt(underRadical))/(2 * Math.pow(m,2) + 2); //other intercept's x
        var i1 = {x:t1,y:m*t1+b} //intercept point 1
        var i2 = {x:t2,y:m*t2+b} //intercept point 2
        return [i1,i2];
    }
}

Eu espero que isso ajude!

PS Se alguém encontrar algum erro ou tiver alguma sugestão, por favor, comente. Sou muito novo e bem-vindo a toda ajuda / sugestões.

Você pode encontrar um ponto em uma linha infinita mais próxima do centro do círculo projetando o vetor AC no vetor AB. Calcule a distância entre esse ponto e o centro do círculo. Se for maior que R, não há interseção. Se a distância é igual a R, a linha é uma tangente do círculo e o ponto mais próximo ao centro do círculo é na verdade o ponto de interseção. Se a distância for menor que R, existem 2 pontos de interseção. Eles ficam à mesma distância do ponto mais próximo ao centro do círculo. Essa distância pode ser facilmente calculada usando o teorema de Pitágoras. Aqui está o algoritmo no pseudocódigo:

{
dX = bX - aX;
dY = bY - aY;
if ((dX == 0) && (dY == 0))
  {
  // A and B are the same points, no way to calculate intersection
  return;
  }

dl = (dX * dX + dY * dY);
t = ((cX - aX) * dX + (cY - aY) * dY) / dl;

// point on a line nearest to circle center
nearestX = aX + t * dX;
nearestY = aY + t * dY;

dist = point_dist(nearestX, nearestY, cX, cY);

if (dist == R)
  {
  // line segment touches circle; one intersection point
  iX = nearestX;
  iY = nearestY;

  if (t < 0 || t > 1)
    {
    // intersection point is not actually within line segment
    }
  }
else if (dist < R)
  {
  // two possible intersection points

  dt = sqrt(R * R - dist * dist) / sqrt(dl);

  // intersection point nearest to A
  t1 = t - dt;
  i1X = aX + t1 * dX;
  i1Y = aY + t1 * dY;
  if (t1 < 0 || t1 > 1)
    {
    // intersection point is not actually within line segment
    }

  // intersection point farthest from A
  t2 = t + dt;
  i2X = aX + t2 * dX;
  i2Y = aY + t2 * dY;
  if (t2 < 0 || t2 > 1)
    {
    // intersection point is not actually within line segment
    }
  }
else
  {
  // no intersection
  }
}

EDIT: código adicionado para verificar se os pontos de interseção encontrados realmente estão dentro do segmento de linha.

Estranhamente, posso responder, mas não comentar ... Gostei da abordagem da Multitaskpro de mudar tudo para fazer o centro do círculo cair sobre a origem. Infelizmente, existem dois problemas em seu código. Primeiro na parte da raiz quadrada, você precisa remover a dupla potência. Então não:

var underRadical = Math.pow((Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)),2)-Math.pow(b,2));

mas:

var underRadical = Math.pow(r,2)*(Math.pow(m,2)+1)) - Math.pow(b,2);

Nas coordenadas finais, ele esquece de mudar a solução de volta. Então não:

var i1 = {x:t1,y:m*t1+b}

mas:

var i1 = {x:t1+c.x, y:m*t1+b+c.y};

Toda a função se torna:

function interceptOnCircle(p1, p2, c, r) {
    //p1 is the first line point
    //p2 is the second line point
    //c is the circle's center
    //r is the circle's radius

    var p3 = {x:p1.x - c.x, y:p1.y - c.y}; //shifted line points
    var p4 = {x:p2.x - c.x, y:p2.y - c.y};

    var m = (p4.y - p3.y) / (p4.x - p3.x); //slope of the line
    var b = p3.y - m * p3.x; //y-intercept of line

    var underRadical = Math.pow(r,2)*Math.pow(m,2) + Math.pow(r,2) - Math.pow(b,2); //the value under the square root sign 

    if (underRadical < 0) {
        //line completely missed
        return false;
    } else {
        var t1 = (-m*b + Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //one of the intercept x's
        var t2 = (-m*b - Math.sqrt(underRadical))/(Math.pow(m,2) + 1); //other intercept's x
        var i1 = {x:t1+c.x, y:m*t1+b+c.y}; //intercept point 1
        var i2 = {x:t2+c.x, y:m*t2+b+c.y}; //intercept point 2
        return [i1, i2];
    }
}

Você precisará de matemática aqui:

Suponha que A = (Xa, Ya), B = (Xb, Yb) e C = (Xc, Yc). Qualquer ponto na linha de A a B tem coordenadas (alfa * Xa + (1-alfa) Xb, alfa Ya + (1-alfa) * Yb) = P

Se o ponto P tem distância R a C, ele deve estar no círculo. O que você quer é resolver

distance(P, C) = R

isso é

(alpha*Xa + (1-alpha)*Xb)^2 + (alpha*Ya + (1-alpha)*Yb)^2 = R^2
alpha^2*Xa^2 + alpha^2*Xb^2 - 2*alpha*Xb^2 + Xb^2 + alpha^2*Ya^2 + alpha^2*Yb^2 - 2*alpha*Yb^2 + Yb^2=R^2
(Xa^2 + Xb^2 + Ya^2 + Yb^2)*alpha^2 - 2*(Xb^2 + Yb^2)*alpha + (Xb^2 + Yb^2 - R^2) = 0

se você aplicar a fórmula ABC a esta equação para resolvê-la para alfa e calcular as coordenadas de P usando as soluções para alfa, obterá os pontos de interseção, se houver algum.

Se você encontrar a distância entre o centro da esfera (já que é 3D, presumo que você queira dizer esfera e não círculo) e a linha, verifique se essa distância é menor que o raio que fará o truque.

O ponto de colisão é obviamente o ponto mais próximo entre a linha e a esfera (que será calculado quando você estiver calculando a distância entre a esfera e a linha)

Distância entre um ponto e uma linha:
http://mathworld.wolfram.com/Point-LineDistance3-Dimensional.html

Aqui está uma implementação em Javascript. Minha abordagem é primeiro converter o segmento de linha em uma linha infinita e depois encontrar o (s) ponto (s) de interseção. A partir daí, verifico se os pontos encontrados estão no segmento de linha. O código está bem documentado, você deve acompanhar.

Você pode experimentar o código aqui nesta demonstração ao vivo . O código foi retirado do repositório de algoritmos .

// Small epsilon value
var EPS = 0.0000001;

// point (x, y)
function Point(x, y) {
  this.x = x;
  this.y = y;
}

// Circle with center at (x,y) and radius r
function Circle(x, y, r) {
  this.x = x;
  this.y = y;
  this.r = r;
}

// A line segment (x1, y1), (x2, y2)
function LineSegment(x1, y1, x2, y2) {
  var d = Math.sqrt( (x1-x2)*(x1-x2) + (y1-y2)*(y1-y2) );
  if (d < EPS) throw 'A point is not a line segment';
  this.x1 = x1; this.y1 = y1;
  this.x2 = x2; this.y2 = y2;
}

// An infinite line defined as: ax + by = c
function Line(a, b, c) {
  this.a = a; this.b = b; this.c = c;
  // Normalize line for good measure
  if (Math.abs(b) < EPS) {
    c /= a; a = 1; b = 0;
  } else { 
    a = (Math.abs(a) < EPS) ? 0 : a / b;
    c /= b; b = 1; 
  }
}

// Given a line in standard form: ax + by = c and a circle with 
// a center at (x,y) with radius r this method finds the intersection
// of the line and the circle (if any). 
function circleLineIntersection(circle, line) {

  var a = line.a, b = line.b, c = line.c;
  var x = circle.x, y = circle.y, r = circle.r;

  // Solve for the variable x with the formulas: ax + by = c (equation of line)
  // and (x-X)^2 + (y-Y)^2 = r^2 (equation of circle where X,Y are known) and expand to obtain quadratic:
  // (a^2 + b^2)x^2 + (2abY - 2ac + - 2b^2X)x + (b^2X^2 + b^2Y^2 - 2bcY + c^2 - b^2r^2) = 0
  // Then use quadratic formula X = (-b +- sqrt(a^2 - 4ac))/2a to find the 
  // roots of the equation (if they exist) and this will tell us the intersection points

  // In general a quadratic is written as: Ax^2 + Bx + C = 0
  // (a^2 + b^2)x^2 + (2abY - 2ac + - 2b^2X)x + (b^2X^2 + b^2Y^2 - 2bcY + c^2 - b^2r^2) = 0
  var A = a*a + b*b;
  var B = 2*a*b*y - 2*a*c - 2*b*b*x;
  var C = b*b*x*x + b*b*y*y - 2*b*c*y + c*c - b*b*r*r;

  // Use quadratic formula x = (-b +- sqrt(a^2 - 4ac))/2a to find the 
  // roots of the equation (if they exist).

  var D = B*B - 4*A*C;
  var x1,y1,x2,y2;

  // Handle vertical line case with b = 0
  if (Math.abs(b) < EPS) {

    // Line equation is ax + by = c, but b = 0, so x = c/a
    x1 = c/a;

    // No intersection
    if (Math.abs(x-x1) > r) return [];

    // Vertical line is tangent to circle
    if (Math.abs((x1-r)-x) < EPS || Math.abs((x1+r)-x) < EPS)
      return [new Point(x1, y)];

    var dx = Math.abs(x1 - x);
    var dy = Math.sqrt(r*r-dx*dx);

    // Vertical line cuts through circle
    return [
      new Point(x1,y+dy),
      new Point(x1,y-dy)
    ];

  // Line is tangent to circle
  } else if (Math.abs(D) < EPS) {

    x1 = -B/(2*A);
    y1 = (c - a*x1)/b;

    return [new Point(x1,y1)];

  // No intersection
  } else if (D < 0) {

    return [];

  } else {

    D = Math.sqrt(D);

    x1 = (-B+D)/(2*A);
    y1 = (c - a*x1)/b;

    x2 = (-B-D)/(2*A);
    y2 = (c - a*x2)/b;

    return [
      new Point(x1, y1),
      new Point(x2, y2)
    ];

  }

}

// Converts a line segment to a line in general form
function segmentToGeneralForm(x1,y1,x2,y2) {
  var a = y1 - y2;
  var b = x2 - x1;
  var c = x2*y1 - x1*y2;
  return new Line(a,b,c);
}

// Checks if a point 'pt' is inside the rect defined by (x1,y1), (x2,y2)
function pointInRectangle(pt,x1,y1,x2,y2) {
  var x = Math.min(x1,x2), X = Math.max(x1,x2);
  var y = Math.min(y1,y2), Y = Math.max(y1,y2);
  return x - EPS <= pt.x && pt.x <= X + EPS &&
         y - EPS <= pt.y && pt.y <= Y + EPS;
}

// Finds the intersection(s) of a line segment and a circle
function lineSegmentCircleIntersection(segment, circle) {

  var x1 = segment.x1, y1 = segment.y1, x2 = segment.x2, y2 = segment.y2;
  var line = segmentToGeneralForm(x1,y1,x2,y2);
  var pts = circleLineIntersection(circle, line);

  // No intersection
  if (pts.length === 0) return [];

  var pt1 = pts[0];
  var includePt1 = pointInRectangle(pt1,x1,y1,x2,y2);

  // Check for unique intersection
  if (pts.length === 1) {
    if (includePt1) return [pt1];
    return [];
  }

  var pt2 = pts[1];
  var includePt2 = pointInRectangle(pt2,x1,y1,x2,y2);

  // Check for remaining intersections
  if (includePt1 && includePt2) return [pt1, pt2];
  if (includePt1) return [pt1];
  if (includePt2) return [pt2];
  return [];

}

Neste post, a colisão da linha do círculo será verificada verificando a distância entre o centro do círculo e o ponto no segmento de linha (Ipoint), que representam o ponto de interseção entre N normal (Imagem 2) do centro do círculo ao segmento de linha.

( https://i.stack.imgur.com/3o6do.png )

Na imagem 1, um círculo e uma linha são mostrados, vetor A ponto a ponto ponto inicial, vetor B ponto a ponto final da linha, vetor C ponto ao centro do círculo. Agora devemos encontrar o vetor E (do ponto inicial da linha ao centro do círculo) e o vetor D (do ponto inicial da linha ao ponto final da linha), este cálculo é mostrado na imagem 1.

( https://i.stack.imgur.com/7098a.png )

Na imagem 2, podemos ver que o vetor E é projetado no vetor D pelo "produto pontual" do vetor E e pelo vetor unitário D, o resultado do produto pontual é o Xp escalar que representa a distância entre o ponto inicial da linha e o ponto de interseção (Ipoint) de o vetor N e o vetor D. O próximo vetor X é encontrado multiplicando o vetor unitário D e o escalar Xp.

Agora precisamos encontrar o vetor Z (vetor para Ipoint), é fácil a adição simples de vetor do vetor A (ponto inicial na linha) e do vetor X. Em seguida, precisamos lidar com casos especiais que devemos verificar se é Ipoint no segmento de linha, se não é preciso descobrir se é esquerda ou direita, usaremos o vetor mais próximo para determinar qual ponto é o mais próximo do círculo.

( https://i.stack.imgur.com/p9WIr.png )

Quando a projeção Xp é negativa, o ponto é deixado no segmento de linha, o vetor mais próximo é igual ao vetor do ponto inicial da linha, quando a projeção Xp é maior que a magnitude do vetor D, em seguida, Ipoint está à direita do segmento de linha, o vetor mais próximo é igual ao vetor do final da linha. em qualquer outro caso, o vetor mais próximo é igual ao vetor Z.

Agora, quando temos o vetor mais próximo, precisamos encontrar o vetor do centro do círculo até o ponto (vetor dist), é simples subtrair o vetor mais próximo do vetor central. Em seguida, basta verificar se a magnitude do vetor dist é menor que o raio do círculo, se for, então eles colidem, se não houver colisão.

( https://i.stack.imgur.com/QJ63q.png )

Para finalizar, podemos retornar alguns valores para resolver a colisão, a maneira mais fácil é retornar a sobreposição de colisão (subtrair o raio da magnitude do vetor dist) e retornar o eixo de colisão, seu vetor D. Também o ponto de interseção é o vetor Z, se necessário.

Se as coordenadas da linha são Ax, Ay e Bx, By e o centro dos círculos é Cx, Cy, as fórmulas das linhas são:

x = Ax * t + Bx * (1 - t)

y = Ay * t + Por * (1 - t)

onde 0 <= t <= 1

e o círculo é

(Cx - x) ^ 2 + (Cy - y) ^ 2 = R ^ 2

se você substituir as fórmulas xey da linha na fórmula dos círculos, obtém uma equação de segunda ordem de te suas soluções são os pontos de interseção (se houver). Se você chegar a um valor menor que 0 ou maior que 1, não será uma solução, mas isso mostra que a linha está 'apontando' para a direção do círculo.

Apenas uma adição a este segmento ... Abaixo está uma versão do código postado por pahlevan, mas para C # / XNA e arrumado um pouco:

    /// <summary>
    /// Intersects a line and a circle.
    /// </summary>
    /// <param name="location">the location of the circle</param>
    /// <param name="radius">the radius of the circle</param>
    /// <param name="lineFrom">the starting point of the line</param>
    /// <param name="lineTo">the ending point of the line</param>
    /// <returns>true if the line and circle intersect each other</returns>
    public static bool IntersectLineCircle(Vector2 location, float radius, Vector2 lineFrom, Vector2 lineTo)
    {
        float ab2, acab, h2;
        Vector2 ac = location - lineFrom;
        Vector2 ab = lineTo - lineFrom;
        Vector2.Dot(ref ab, ref ab, out ab2);
        Vector2.Dot(ref ac, ref ab, out acab);
        float t = acab / ab2;

        if (t < 0)
            t = 0;
        else if (t > 1)
            t = 1;

        Vector2 h = ((ab * t) + lineFrom) - location;
        Vector2.Dot(ref h, ref h, out h2);

        return (h2 <= (radius * radius));
    }

' VB.NET - Code

Function CheckLineSegmentCircleIntersection(x1 As Double, y1 As Double, x2 As Double, y2 As Double, xc As Double, yc As Double, r As Double) As Boolean
    Static xd As Double = 0.0F
    Static yd As Double = 0.0F
    Static t As Double = 0.0F
    Static d As Double = 0.0F
    Static dx_2_1 As Double = 0.0F
    Static dy_2_1 As Double = 0.0F

    dx_2_1 = x2 - x1
    dy_2_1 = y2 - y1

    t = ((yc - y1) * dy_2_1 + (xc - x1) * dx_2_1) / (dy_2_1 * dy_2_1 + dx_2_1 * dx_2_1)

    If 0 <= t And t <= 1 Then
        xd = x1 + t * dx_2_1
        yd = y1 + t * dy_2_1

        d = Math.Sqrt((xd - xc) * (xd - xc) + (yd - yc) * (yd - yc))
        Return d <= r
    Else
        d = Math.Sqrt((xc - x1) * (xc - x1) + (yc - y1) * (yc - y1))
        If d <= r Then
            Return True
        Else
            d = Math.Sqrt((xc - x2) * (xc - x2) + (yc - y2) * (yc - y2))
            If d <= r Then
                Return True
            Else
                Return False
            End If
        End If
    End If
End Function

Eu criei esta função para iOS seguindo a resposta dada por chmike

+ (NSArray *)intersectionPointsOfCircleWithCenter:(CGPoint)center withRadius:(float)radius toLinePoint1:(CGPoint)p1 andLinePoint2:(CGPoint)p2
{
    NSMutableArray *intersectionPoints = [NSMutableArray array];

    float Ax = p1.x;
    float Ay = p1.y;
    float Bx = p2.x;
    float By = p2.y;
    float Cx = center.x;
    float Cy = center.y;
    float R = radius;


    // compute the euclidean distance between A and B
    float LAB = sqrt( pow(Bx-Ax, 2)+pow(By-Ay, 2) );

    // compute the direction vector D from A to B
    float Dx = (Bx-Ax)/LAB;
    float Dy = (By-Ay)/LAB;

    // Now the line equation is x = Dx*t + Ax, y = Dy*t + Ay with 0 <= t <= 1.

    // compute the value t of the closest point to the circle center (Cx, Cy)
    float t = Dx*(Cx-Ax) + Dy*(Cy-Ay);

    // This is the projection of C on the line from A to B.

    // compute the coordinates of the point E on line and closest to C
    float Ex = t*Dx+Ax;
    float Ey = t*Dy+Ay;

    // compute the euclidean distance from E to C
    float LEC = sqrt( pow(Ex-Cx, 2)+ pow(Ey-Cy, 2) );

    // test if the line intersects the circle
    if( LEC < R )
    {
        // compute distance from t to circle intersection point
        float dt = sqrt( pow(R, 2) - pow(LEC,2) );

        // compute first intersection point
        float Fx = (t-dt)*Dx + Ax;
        float Fy = (t-dt)*Dy + Ay;

        // compute second intersection point
        float Gx = (t+dt)*Dx + Ax;
        float Gy = (t+dt)*Dy + Ay;

        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Fx, Fy)]];
        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Gx, Gy)]];
    }

    // else test if the line is tangent to circle
    else if( LEC == R ) {
        // tangent point to circle is E
        [intersectionPoints addObject:[NSValue valueWithCGPoint:CGPointMake(Ex, Ey)]];
    }
    else {
        // line doesn't touch circle
    }

    return intersectionPoints;
}

Outro em c # (classe Circle parcial). Testado e funciona como um encanto.

public class Circle : IEquatable<Circle>
{
    // ******************************************************************
    // The center of a circle
    private Point _center;
    // The radius of a circle
    private double _radius;

   // ******************************************************************
    /// <summary>
    /// Find all intersections (0, 1, 2) of the circle with a line defined by its 2 points.
    /// Using: http://math.stackexchange.com/questions/228841/how-do-i-calculate-the-intersections-of-a-straight-line-and-a-circle
    /// Note: p is the Center.X and q is Center.Y
    /// </summary>
    /// <param name="linePoint1"></param>
    /// <param name="linePoint2"></param>
    /// <returns></returns>
    public List<Point> GetIntersections(Point linePoint1, Point linePoint2)
    {
        List<Point> intersections = new List<Point>();

        double dx = linePoint2.X - linePoint1.X;

        if (dx.AboutEquals(0)) // Straight vertical line
        {
            if (linePoint1.X.AboutEquals(Center.X - Radius) || linePoint1.X.AboutEquals(Center.X + Radius))
            {
                Point pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y);
                intersections.Add(pt);
            }
            else if (linePoint1.X > Center.X - Radius && linePoint1.X < Center.X + Radius)
            {
                double x = linePoint1.X - Center.X;

                Point pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y + Math.Sqrt(Radius * Radius - (x * x)));
                intersections.Add(pt);

                pt = new Point(linePoint1.X, Center.Y - Math.Sqrt(Radius * Radius - (x * x)));
                intersections.Add(pt);
            }

            return intersections;
        }

        // Line function (y = mx + b)
        double dy = linePoint2.Y - linePoint1.Y;
        double m = dy / dx;
        double b = linePoint1.Y - m * linePoint1.X;

        double A = m * m + 1;
        double B = 2 * (m * b - m * _center.Y - Center.X);
        double C = Center.X * Center.X + Center.Y * Center.Y - Radius * Radius - 2 * b * Center.Y + b * b;

        double discriminant = B * B - 4 * A * C;

        if (discriminant < 0)
        {
            return intersections; // there is no intersections
        }

        if (discriminant.AboutEquals(0)) // Tangeante (touch on 1 point only)
        {
            double x = -B / (2 * A);
            double y = m * x + b;

            intersections.Add(new Point(x, y));
        }
        else // Secant (touch on 2 points)
        {
            double x = (-B + Math.Sqrt(discriminant)) / (2 * A);
            double y = m * x + b;
            intersections.Add(new Point(x, y));

            x = (-B - Math.Sqrt(discriminant)) / (2 * A);
            y = m * x + b;
            intersections.Add(new Point(x, y));
        }

        return intersections;
    }

    // ******************************************************************
    // Get the center
    [XmlElement("Center")]
    public Point Center
    {
        get { return _center; }
        set
        {
            _center = value;
        }
    }

    // ******************************************************************
    // Get the radius
    [XmlElement]
    public double Radius
    {
        get { return _radius; }
        set { _radius = value; }
    }

    //// ******************************************************************
    //[XmlArrayItemAttribute("DoublePoint")]
    //public List<Point> Coordinates
    //{
    //    get { return _coordinates; }
    //}

    // ******************************************************************
    // Construct a circle without any specification
    public Circle()
    {
        _center.X = 0;
        _center.Y = 0;
        _radius = 0;
    }

    // ******************************************************************
    // Construct a circle without any specification
    public Circle(double radius)
    {
        _center.X = 0;
        _center.Y = 0;
        _radius = radius;
    }

    // ******************************************************************
    // Construct a circle with the specified circle
    public Circle(Circle circle)
    {
        _center = circle._center;
        _radius = circle._radius;
    }

    // ******************************************************************
    // Construct a circle with the specified center and radius
    public Circle(Point center, double radius)
    {
        _center = center;
        _radius = radius;
    }

    // ******************************************************************
    // Construct a circle based on one point
    public Circle(Point center)
    {
        _center = center;
        _radius = 0;
    }

    // ******************************************************************
    // Construct a circle based on two points
    public Circle(Point p1, Point p2)
    {
        Circle2Points(p1, p2);
    }

Requeridos:

using System;

namespace Mathematic
{
    public static class DoubleExtension
    {
        // ******************************************************************
        // Base on Hans Passant Answer on:
        // http://stackoverflow.com/questions/2411392/double-epsilon-for-equality-greater-than-less-than-less-than-or-equal-to-gre

        /// <summary>
        /// Compare two double taking in account the double precision potential error.
        /// Take care: truncation errors accumulate on calculation. More you do, more you should increase the epsilon.
        public static bool AboutEquals(this double value1, double value2)
        {
            if (double.IsPositiveInfinity(value1))
                return double.IsPositiveInfinity(value2);

            if (double.IsNegativeInfinity(value1))
                return double.IsNegativeInfinity(value2);

            if (double.IsNaN(value1))
                return double.IsNaN(value2);

            double epsilon = Math.Max(Math.Abs(value1), Math.Abs(value2)) * 1E-15;
            return Math.Abs(value1 - value2) <= epsilon;
        }

        // ******************************************************************
        // Base on Hans Passant Answer on:
        // http://stackoverflow.com/questions/2411392/double-epsilon-for-equality-greater-than-less-than-less-than-or-equal-to-gre

        /// <summary>
        /// Compare two double taking in account the double precision potential error.
        /// Take care: truncation errors accumulate on calculation. More you do, more you should increase the epsilon.
        /// You get really better performance when you can determine the contextual epsilon first.
        /// </summary>
        /// <param name="value1"></param>
        /// <param name="value2"></param>
        /// <param name="precalculatedContextualEpsilon"></param>
        /// <returns></returns>
        public static bool AboutEquals(this double value1, double value2, double precalculatedContextualEpsilon)
        {
            if (double.IsPositiveInfinity(value1))
                return double.IsPositiveInfinity(value2);

            if (double.IsNegativeInfinity(value1))
                return double.IsNegativeInfinity(value2);

            if (double.IsNaN(value1))
                return double.IsNaN(value2);

            return Math.Abs(value1 - value2) <= precalculatedContextualEpsilon;
        }

        // ******************************************************************
        public static double GetContextualEpsilon(this double biggestPossibleContextualValue)
        {
            return biggestPossibleContextualValue * 1E-15;
        }

        // ******************************************************************
        /// <summary>
        /// Mathlab equivalent
        /// </summary>
        /// <param name="dividend"></param>
        /// <param name="divisor"></param>
        /// <returns></returns>
        public static double Mod(this double dividend, double divisor)
        {
            return dividend - System.Math.Floor(dividend / divisor) * divisor;
        }

        // ******************************************************************
    }
}

Aqui está uma boa solução em JavaScript (com toda a matemática necessária e ilustração ao vivo) https://bl.ocks.org/milkbread/11000965

Embora a is_onfunção nessa solução precise de modificações:

function is_on(a, b, c) {
    return Math.abs(distance(a,c) + distance(c,b) - distance(a,b))<0.000001;
}

O círculo é realmente um cara mau :) Então, uma boa maneira é evitar o círculo verdadeiro, se você puder. Se você estiver fazendo uma verificação de colisão para jogos, poderá fazer algumas simplificações e ter apenas três produtos de ponto e algumas comparações.

Eu chamo isso de "ponto gordo" ou "círculo fino". seu tipo de elipse com raio zero em uma direção paralela a um segmento. mas raio completo em uma direção perpendicular a um segmento

Primeiro, eu consideraria renomear e alternar o sistema de coordenadas para evitar dados excessivos:

s0s1 = B-A;
s0qp = C-A;
rSqr = r*r;

Segundo, o índice h em hvec2f significa que o vetor deve favorecer operações horizontais, como dot () / det (). O que significa que seus componentes devem ser colocados em um registro xmm separado, para evitar embaralhar / arrumar / arrumar. E aqui vamos nós, com a versão com melhor desempenho da detecção de colisão mais simples para jogos 2D:

bool fat_point_collides_segment(const hvec2f& s0qp, const hvec2f& s0s1, const float& rSqr) {
    auto a = dot(s0s1, s0s1);
    //if( a != 0 ) // if you haven't zero-length segments omit this, as it would save you 1 _mm_comineq_ss() instruction and 1 memory fetch
    {
        auto b = dot(s0s1, s0qp);
        auto t = b / a; // length of projection of s0qp onto s0s1
        //std::cout << "t = " << t << "\n";
        if ((t >= 0) && (t <= 1)) // 
        {
            auto c = dot(s0qp, s0qp);
            auto r2 = c - a * t * t;
            return (r2 <= rSqr); // true if collides
        }
    }   
    return false;
}

Duvido que você possa otimizá-lo ainda mais. Estou usando-o para a detecção de colisão de corrida de carro com rede neural, para processar milhões de milhões de etapas de iteração.

Esta função Java retorna um objeto DVec2. É necessário um DVec2 para o centro do círculo, o raio do círculo e uma linha.

public static DVec2 CircLine(DVec2 C, double r, Line line)
{
    DVec2 A = line.p1;
    DVec2 B = line.p2;
    DVec2 P;
    DVec2 AC = new DVec2( C );
    AC.sub(A);
    DVec2 AB = new DVec2( B );
    AB.sub(A);
    double ab2 = AB.dot(AB);
    double acab = AC.dot(AB);
    double t = acab / ab2;

    if (t < 0.0) 
        t = 0.0;
    else if (t > 1.0) 
        t = 1.0;

    //P = A + t * AB;
    P = new DVec2( AB );
    P.mul( t );
    P.add( A );

    DVec2 H = new DVec2( P );
    H.sub( C );
    double h2 = H.dot(H);
    double r2 = r * r;

    if(h2 > r2) 
        return null;
    else
        return P;
}

Aqui está minha solução no TypeScript, seguindo a ideia que @Mizipzor sugeriu (usando projeção):

/**
 * Determines whether a line segment defined by a start and end point intersects with a sphere defined by a center point and a radius
 * @param a the start point of the line segment
 * @param b the end point of the line segment
 * @param c the center point of the sphere
 * @param r the radius of the sphere
 */
export function lineSphereIntersects(
  a: IPoint,
  b: IPoint,
  c: IPoint,
  r: number
): boolean {
  // find the three sides of the triangle formed by the three points
  const ab: number = distance(a, b);
  const ac: number = distance(a, c);
  const bc: number = distance(b, c);

  // check to see if either ends of the line segment are inside of the sphere
  if (ac < r || bc < r) {
    return true;
  }

  // find the angle between the line segment and the center of the sphere
  const numerator: number = Math.pow(ac, 2) + Math.pow(ab, 2) - Math.pow(bc, 2);
  const denominator: number = 2 * ac * ab;
  const cab: number = Math.acos(numerator / denominator);

  // find the distance from the center of the sphere and the line segment
  const cd: number = Math.sin(cab) * ac;

  // if the radius is at least as long as the distance between the center and the line
  if (r >= cd) {
    // find the distance between the line start and the point on the line closest to
    // the center of the sphere
    const ad: number = Math.cos(cab) * ac;
    // intersection occurs when the point on the line closest to the sphere center is
    // no further away than the end of the line
    return ad <= ab;
  }
  return false;
}

export function distance(a: IPoint, b: IPoint): number {
  return Math.sqrt(
    Math.pow(b.z - a.z, 2) + Math.pow(b.y - a.y, 2) + Math.pow(b.x - a.x, 2)
  );
}

export interface IPoint {
  x: number;
  y: number;
  z: number;
}

Eu sei que já faz um tempo desde que este tópico foi aberto. Da resposta dada por chmike e aprimorada por Aqib Mumtaz. Eles dão uma boa resposta, mas só funcionam para uma linha infinita, como disse Aqib. Então, adiciono algumas comparações para saber se o segmento de linha toca o círculo, eu o escrevo em Python.

def LineIntersectCircle(c, r, p1, p2):
    #p1 is the first line point
    #p2 is the second line point
    #c is the circle's center
    #r is the circle's radius

    p3 = [p1[0]-c[0], p1[1]-c[1]]
    p4 = [p2[0]-c[0], p2[1]-c[1]]

    m = (p4[1] - p3[1]) / (p4[0] - p3[0])
    b = p3[1] - m * p3[0]

    underRadical = math.pow(r,2)*math.pow(m,2) + math.pow(r,2) - math.pow(b,2)

    if (underRadical < 0):
        print("NOT")
    else:
        t1 = (-2*m*b+2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
        t2 = (-2*m*b-2*math.sqrt(underRadical)) / (2 * math.pow(m,2) + 2)
        i1 = [t1+c[0], m * t1 + b + c[1]]
        i2 = [t2+c[0], m * t2 + b + c[1]]

        if p1[0] > p2[0]:                                           #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
            if (i1[0] < p1[0]) and (i1[0] > p2[0]):                 #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
                if p1[1] > p2[1]:                                   #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
                    if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 2 y 1
                        print("Intersection")
                if p1[1] < p2[1]:                                   #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
                    if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 1 y 2
                        print("Intersection")

        if p1[0] < p2[0]:                                           #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
            if (i1[0] > p1[0]) and (i1[0] < p2[0]):                 #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
                if p1[1] > p2[1]:                                   #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
                    if (i1[1] < p1[1]) and (i1[1] > p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 2 y 1
                        print("Intersection")
                if p1[1] < p2[1]:                                   #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
                    if (i1[1] > p1[1]) and (i1[1] < p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 1 y 2
                        print("Intersection")

        if p1[0] > p2[0]:                                           #Si el punto 1 es mayor al 2 en X
            if (i2[0] < p1[0]) and (i2[0] > p2[0]):                 #Si el punto iX esta entre 2 y 1 en X
                if p1[1] > p2[1]:                                   #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
                    if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 2 y 1
                        print("Intersection")
                if p1[1] < p2[1]:                                   #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
                    if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 1 y 2
                        print("Intersection")

        if p1[0] < p2[0]:                                           #Si el punto 2 es mayor al 1 en X
            if (i2[0] > p1[0]) and (i2[0] < p2[0]):                 #Si el punto iX esta entre 1 y 2 en X
                if p1[1] > p2[1]:                                   #Si el punto 1 es mayor al 2 en Y
                    if (i2[1] < p1[1]) and (i2[1] > p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 2 y 1
                        print("Intersection")
                if p1[1] < p2[1]:                                   #Si el punto 2 es mayo al 2 en Y
                    if (i2[1] > p1[1]) and (i2[1] < p2[1]):         #Si el punto iy esta entre 1 y 2
                        print("Intersection")

Aqui está uma solução escrita em golang. O método é semelhante a algumas outras respostas postadas aqui, mas não é o mesmo. É fácil de implementar e foi testado. Aqui estão os passos:

1. Traduzir coordenadas para que o círculo esteja na origem.
2. Expresse o segmento de linha como funções parametrizadas de t para as coordenadas x e y. Se t for 0, os valores da função serão um ponto final do segmento e se t for 1, os valores da função serão o outro ponto final.
3. Resolva, se possível, a equação quadrática resultante dos valores de restrição de t que produzem x, y coordena com distâncias da origem iguais ao raio do círculo.
4. Jogue fora soluções onde t é <0 ou> 1 (<= 0 ou> = 1 para um segmento aberto). Esses pontos não estão contidos no segmento.
5. Traduzir de volta para as coordenadas originais.

Os valores para A, B e C para o quadrático são derivados aqui, onde (n-et) e (m-dt) são as equações para as coordenadas x e y da linha, respectivamente. r é o raio do círculo.

(n-et)(n-et) + (m-dt)(m-dt) = rr
nn - 2etn + etet + mm - 2mdt + dtdt = rr
(ee+dd)tt - 2(en + dm)t + nn + mm - rr = 0

Portanto A = ee + dd, B = - 2 (en + dm) e C = nn + mm - rr.

Aqui está o código golang para a função:

package geom

import (
    "math"
)

// SegmentCircleIntersection return points of intersection between a circle and
// a line segment. The Boolean intersects returns true if one or
// more solutions exist. If only one solution exists, 
// x1 == x2 and y1 == y2.
// s1x and s1y are coordinates for one end point of the segment, and
// s2x and s2y are coordinates for the other end of the segment.
// cx and cy are the coordinates of the center of the circle and
// r is the radius of the circle.
func SegmentCircleIntersection(s1x, s1y, s2x, s2y, cx, cy, r float64) (x1, y1, x2, y2 float64, intersects bool) {
    // (n-et) and (m-dt) are expressions for the x and y coordinates
    // of a parameterized line in coordinates whose origin is the
    // center of the circle.
    // When t = 0, (n-et) == s1x - cx and (m-dt) == s1y - cy
    // When t = 1, (n-et) == s2x - cx and (m-dt) == s2y - cy.
    n := s2x - cx
    m := s2y - cy

    e := s2x - s1x
    d := s2y - s1y

    // lineFunc checks if the  t parameter is in the segment and if so
    // calculates the line point in the unshifted coordinates (adds back
    // cx and cy.
    lineFunc := func(t float64) (x, y float64, inBounds bool) {
        inBounds = t >= 0 && t <= 1 // Check bounds on closed segment
        // To check bounds for an open segment use t > 0 && t < 1
        if inBounds { // Calc coords for point in segment
            x = n - e*t + cx
            y = m - d*t + cy
        }
        return
    }

    // Since we want the points on the line distance r from the origin,
    // (n-et)(n-et) + (m-dt)(m-dt) = rr.
    // Expanding and collecting terms yeilds the following quadratic equation:
    A, B, C := e*e+d*d, -2*(e*n+m*d), n*n+m*m-r*r

    D := B*B - 4*A*C // discriminant of quadratic
    if D < 0 {
        return // No solution
    }
    D = math.Sqrt(D)

    var p1In, p2In bool
    x1, y1, p1In = lineFunc((-B + D) / (2 * A)) // First root
    if D == 0.0 {
        intersects = p1In
        x2, y2 = x1, y1
        return // Only possible solution, quadratic has one root.
    }

    x2, y2, p2In = lineFunc((-B - D) / (2 * A)) // Second root

    intersects = p1In || p2In
    if p1In == false { // Only x2, y2 may be valid solutions
        x1, y1 = x2, y2
    } else if p2In == false { // Only x1, y1 are valid solutions
        x2, y2 = x1, y1
    }
    return
}

Eu testei com esta função, que confirma que os pontos de solução estão dentro do segmento de linha e no círculo. Ele cria um segmento de teste e o varre em torno do círculo especificado:

package geom_test

import (
    "testing"

    . "**put your package path here**"
)

func CheckEpsilon(t *testing.T, v, epsilon float64, message string) {
    if v > epsilon || v < -epsilon {
        t.Error(message, v, epsilon)
        t.FailNow()
    }
}

func TestSegmentCircleIntersection(t *testing.T) {
    epsilon := 1e-10      // Something smallish
    x1, y1 := 5.0, 2.0    // segment end point 1
    x2, y2 := 50.0, 30.0  // segment end point 2
    cx, cy := 100.0, 90.0 // center of circle
    r := 80.0

    segx, segy := x2-x1, y2-y1

    testCntr, solutionCntr := 0, 0

    for i := -100; i < 100; i++ {
        for j := -100; j < 100; j++ {
            testCntr++
            s1x, s2x := x1+float64(i), x2+float64(i)
            s1y, s2y := y1+float64(j), y2+float64(j)

            sc1x, sc1y := s1x-cx, s1y-cy
            seg1Inside := sc1x*sc1x+sc1y*sc1y < r*r
            sc2x, sc2y := s2x-cx, s2y-cy
            seg2Inside := sc2x*sc2x+sc2y*sc2y < r*r

            p1x, p1y, p2x, p2y, intersects := SegmentCircleIntersection(s1x, s1y, s2x, s2y, cx, cy, r)

            if intersects {
                solutionCntr++
                //Check if points are on circle
                c1x, c1y := p1x-cx, p1y-cy
                deltaLen1 := (c1x*c1x + c1y*c1y) - r*r
                CheckEpsilon(t, deltaLen1, epsilon, "p1 not on circle")

                c2x, c2y := p2x-cx, p2y-cy
                deltaLen2 := (c2x*c2x + c2y*c2y) - r*r
                CheckEpsilon(t, deltaLen2, epsilon, "p2 not on circle")

                // Check if points are on the line through the line segment
                // "cross product" of vector from a segment point to the point
                // and the vector for the segment should be near zero
                vp1x, vp1y := p1x-s1x, p1y-s1y
                crossProd1 := vp1x*segy - vp1y*segx
                CheckEpsilon(t, crossProd1, epsilon, "p1 not on line ")

                vp2x, vp2y := p2x-s1x, p2y-s1y
                crossProd2 := vp2x*segy - vp2y*segx
                CheckEpsilon(t, crossProd2, epsilon, "p2 not on line ")

                // Check if point is between points s1 and s2 on line
                // This means the sign of the dot prod of the segment vector
                // and point to segment end point vectors are opposite for
                // either end.
                wp1x, wp1y := p1x-s2x, p1y-s2y
                dp1v := vp1x*segx + vp1y*segy
                dp1w := wp1x*segx + wp1y*segy
                if (dp1v < 0 && dp1w < 0) || (dp1v > 0 && dp1w > 0) {
                    t.Error("point not contained in segment ", dp1v, dp1w)
                    t.FailNow()
                }

                wp2x, wp2y := p2x-s2x, p2y-s2y
                dp2v := vp2x*segx + vp2y*segy
                dp2w := wp2x*segx + wp2y*segy
                if (dp2v < 0 && dp2w < 0) || (dp2v > 0 && dp2w > 0) {
                    t.Error("point not contained in segment ", dp2v, dp2w)
                    t.FailNow()
                }

                if s1x == s2x && s2y == s1y { //Only one solution
                    // Test that one end of the segment is withing the radius of the circle
                    // and one is not
                    if seg1Inside && seg2Inside {
                        t.Error("Only one solution but both line segment ends inside")
                        t.FailNow()
                    }
                    if !seg1Inside && !seg2Inside {
                        t.Error("Only one solution but both line segment ends outside")
                        t.FailNow()
                    }

                }
            } else { // No intersection, check if both points outside or inside
                if (seg1Inside && !seg2Inside) || (!seg1Inside && seg2Inside) {
                    t.Error("No solution but only one point in radius of circle")
                    t.FailNow()
                }
            }
        }
    }
    t.Log("Tested ", testCntr, " examples and found ", solutionCntr, " solutions.")
}

Aqui está a saída do teste:

=== RUN   TestSegmentCircleIntersection
--- PASS: TestSegmentCircleIntersection (0.00s)
    geom_test.go:105: Tested  40000  examples and found  7343  solutions.

Finalmente, o método é facilmente extensível ao caso de um raio começando em um ponto, passando pelo outro e estendendo-se até o infinito, testando apenas se t> 0 ou t <1, mas não ambos.

Eu só precisava disso, então criei esta solução. O idioma é maxscript, mas deve ser facilmente traduzido para qualquer outro idioma. sideA, sideB e CircleRadius são escalares, o restante das variáveis ​​são pontos como [x, y, z]. Estou assumindo que z = 0 para resolver no plano XY

fn projectPoint p1 p2 p3 = --project  p1 perpendicular to the line p2-p3
(
    local v= normalize (p3-p2)
    local p= (p1-p2)
    p2+((dot v p)*v)
)
fn findIntersectionLineCircle CircleCenter CircleRadius LineP1 LineP2=
(
    pp=projectPoint CircleCenter LineP1 LineP2
    sideA=distance pp CircleCenter
    --use pythagoras to solve the third side
    sideB=sqrt(CircleRadius^2-sideA^2) -- this will return NaN if they don't intersect
    IntersectV=normalize (pp-CircleCenter)
    perpV=[IntersectV.y,-IntersectV.x,IntersectV.z]
    --project the point to both sides to find the solutions
    solution1=pp+(sideB*perpV)
    solution2=pp-(sideB*perpV)
    return #(solution1,solution2)
)

Solução em python, baseada em @Joe Skeen

def check_line_segment_circle_intersection(line, point, radious):
    """ Checks whether a point intersects with a line defined by two points.

    A `point` is list with two values: [2, 3]

    A `line` is list with two points: [point1, point2]

    """
    line_distance = distance(line[0], line[1])
    distance_start_to_point = distance(line[0], point)
    distance_end_to_point = distance(line[1], point)

    if (distance_start_to_point <= radious or distance_end_to_point <= radious):
        return True

    # angle between line and point with law of cosines
    numerator = (math.pow(distance_start_to_point, 2)
                 + math.pow(line_distance, 2)
                 - math.pow(distance_end_to_point, 2))
    denominator = 2 * distance_start_to_point * line_distance
    ratio = numerator / denominator
    ratio = ratio if ratio <= 1 else 1  # To account for float errors
    ratio = ratio if ratio >= -1 else -1  # To account for float errors
    angle = math.acos(ratio)

    # distance from the point to the line with sin projection
    distance_line_to_point = math.sin(angle) * distance_start_to_point

    if distance_line_to_point <= radious:
        point_projection_in_line = math.cos(angle) * distance_start_to_point
        # Intersection occurs whent the point projection in the line is less
        # than the line distance and positive
        return point_projection_in_line <= line_distance and point_projection_in_line >= 0
    return False

def distance(point1, point2):
    return math.sqrt(
        math.pow(point1[1] - point2[1], 2) +
        math.pow(point1[0] - point2[0], 2)
    )

Function lineCircleCollision(p1,p2,c,r,precision){
Let dx = (p2.x-p1.x)/precision
Let dy = (p2.y-p1.y)/precision
Let collision=false
For(let i = 0;i<precision:i++){
If(Math.sqrt((p1.x+dx*i-c.x)**2+(p1.y+dy*i-c.y)**2).<r {
Collision=true
}
}

Você pode pegar X pontos espaçados uniformemente da linha e, se houver algum dentro do círculo, há uma colisão