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POJ4449(三维凸包+空间坐标旋转+二维凸包)

2013年12月03日 ⁄ 综合 ⁄ 共 5584字 ⁄ 字号 评论关闭

题目:Building Design

 

题意:

题目就是给了一个凸多面题。
要把这个凸多面体放到地上,一个面要接触到地面。
求一种放法,使得最高点最高,最高点相同时使投影面积最小。输出最高点高度H和投影面积S。
先三维凸包一下求得所有的三角形表面。
然后枚举每一个表面,进行坐标变换,旋转使得这个表面变水平,然后投影求投影面积,算最高点高度。
 
题目的数据好像没有n==1 ,2,3的情况,可以忽略。
有个问题就是如果按照旋转之后的z坐标值来算高度的话,会产生很大的精度差。最好就是直接算点到面的距离。
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//   三维凸包+二维凸包+三维坐标旋转变换
//============================================================================

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <algorithm>
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <queue>
using namespace std;
const int MAXN = 110;
const double eps=1e-8;
const double PI=acos(-1.0);
inline int sign(double p)
{
    if(p>eps)return 1;
    else if(p<-eps)return -1;
    else return 0;
}
struct Point
{
    double x,y,z;
    Point(double xx=0,double yy=0,double zz=0):x(xx),y(yy),z(zz){}
    Point operator +(const Point p1)
    {
        return Point(x+p1.x,y+p1.y,z+p1.z);
    }
    Point operator -(const Point p1)
    {
        return Point(x-p1.x,y-p1.y,z-p1.z);
    }
    Point operator *(const Point p1)
    {
        return Point(y*p1.z-z*p1.y,z*p1.x-x*p1.z,x*p1.y-y*p1.x);
    }
    Point operator *(double d)
    {
        return Point(d*x,d*y,d*z);
    }
    Point operator /(double d)
    {
        return Point(x/d,y/d,z/d);
    }
    double operator ^(const Point p1)
    {
        return x*p1.x+y*p1.y+z*p1.z;
    }
    double getLen()
    {
        return sqrt(x*x+y*y+z*z);
    }
    void read()
    {
        scanf("%lf%lf%lf",&x,&y,&z);
    }
};
struct face
{
    int a,b,c;
    bool ok;
};

struct CH3D
{
    int n;//初始顶点数
    Point P[MAXN];//初始顶点
    int num;//凸包表面的三角形个数
    face F[8*MAXN];//凸包表面的三角形
    int g[MAXN][MAXN];
    double vlen(Point a)
    {
        return sqrt(a.x*a.x+a.y*a.y+a.z*a.z);
    }
    Point cross(Point a,Point b,Point c)
    {
        return Point(
                (b.y-a.y)*(c.z-a.z)-(b.z-a.z)*(c.y-a.y),
                (b.z-a.z)*(c.x-a.x)-(b.x-a.x)*(c.z-a.z),
                (b.x-a.x)*(c.y-a.y)-(b.y-a.y)*(c.x-a.x)
                );
    }
    //三角形面积*2
    double area(Point a,Point b,Point c)
    {
        return vlen((b-a)*(c-a));
    }
    //四面体面积*6
    double volume(Point a,Point b,Point c,Point d)
    {
        return ((b-a)*(c-a))^(d-a);
    }
    double dblcmp(Point &p,face &f)
    {
        Point m=P[f.b]-P[f.a];
        Point n=P[f.c]-P[f.a];
        Point t=p-P[f.a];
        return (m*n)^t;
    }
    void deal(int p,int a,int b)
    {
        int f=g[a][b];
        face add;
        if(F[f].ok)
        {
            if(dblcmp(P[p],F[f])>eps)
                dfs(p,f);
            else
            {
                add.a=b;
                add.b=a;
                add.c=p;
                add.ok=true;
                g[p][b]=g[a][p]=g[b][a]=num;
                F[num++]=add;
            }
        }
    }
    void dfs(int p,int now)
    {
        F[now].ok=false;
        deal(p,F[now].b,F[now].a);
        deal(p,F[now].c,F[now].b);
        deal(p,F[now].a,F[now].c);
    }
    bool same(int s,int t)
    {
        Point &a=P[F[s].a];
        Point &b=P[F[s].b];
        Point &c=P[F[s].c];
        return fabs(volume(a,b,c,P[F[t].a]))<eps &&
               fabs(volume(a,b,c,P[F[t].b]))<eps &&
               fabs(volume(a,b,c,P[F[t].c]))<eps;
    }

    void create()
    {
        int i,j,tmp;
        face add;
        num=0;
        if(n<4)return;

        bool flag=true;
        for(i=1;i<n;i++)
        {
            if(vlen(P[0]-P[i])>eps)
            {
                swap(P[1],P[i]);
                flag=false;
                break;
            }
        }
        if(flag)return;
        flag=true;
        for(i=2;i<n;i++)
        {
            if(vlen((P[0]-P[1])*(P[1]-P[i]))>eps)
            {
                swap(P[2],P[i]);
                flag=false;
                break;
            }
        }
        if(flag)return;
        flag=true;
        for(i=3;i<n;i++)
        {
            if(fabs((P[0]-P[1])*(P[1]-P[2])^(P[0]-P[i]))>eps)
            {
                swap(P[3],P[i]);
                flag=false;
                break;
            }
        }
        if(flag)return;

        for(i=0;i<4;i++)
        {
            add.a=(i+1)%4;
            add.b=(i+2)%4;
            add.c=(i+3)%4;
            add.ok=true;
            if(dblcmp(P[i],add)>0)swap(add.b,add.c);
            g[add.a][add.b]=g[add.b][add.c]=g[add.c][add.a]=num;
            F[num++]=add;
        }
        for(i=4;i<n;i++)
        {
            for(j=0;j<num;j++)
            {
                if(F[j].ok && dblcmp(P[i],F[j])>eps)
                {
                    dfs(i,j);
                    break;
                }
            }
        }
        tmp=num;
        for(i=num=0;i<tmp;i++)
            if(F[i].ok)
                F[num++]=F[i];
    }
    double ptoface(Point p,int i)
    {
         return fabs(volume(P[F[i].a],P[F[i].b],P[F[i].c],p)/vlen((P[F[i].b]-P[F[i].a])*(P[F[i].c]-P[F[i].a])));
    }

};
CH3D hull;
Point ps[MAXN];
int n;
inline Point get_point(Point st,Point ed,Point tp)
{
    double t1=(tp-st)^(ed-st);
    double t2=(ed-st)^(ed-st);
    double t=t1/t2;
    Point ans=st + ((ed-st)*t);
    return ans;
}
inline double dist(Point st,Point ed)
{
    return sqrt((ed-st)^(ed-st));
}
Point rotate(Point st,Point ed,Point tp,double A)
{
    Point root=get_point(st,ed,tp);
    Point e=(ed-st)/dist(ed,st);
    Point r=tp-root;
    Point vec=e*r;
    Point ans=r*cos(A)+vec*sin(A)+root;
    return ans;
}

struct point
{
    double x,y;
};
point list[MAXN];
int stack[MAXN],top;
double cross(point p0,point p1,point p2)
{
    return (p1.x-p0.x)*(p2.y-p0.y)-(p1.y-p0.y)*(p2.x-p0.x);
}
double dis(point p1,point p2)
{
    return sqrt((p2.x-p1.x)*(p2.x-p1.x)+(p2.y-p1.y)*(p2.y-p1.y));
}
bool cmp(point p1,point p2)
{
    double tmp=cross(list[0],p1,p2);
    if(sign(tmp)>0)return true;
    else if(sign(tmp)==0 && dis(list[0],p1)<dis(list[0],p2))return true;
    else return false;
}
void init(int n)
{
    point p0;
    p0=list[0];
    int k=0;
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        if( (p0.y+eps > list[i].y) || ( sign(p0.y-list[i].y)==0 && (p0.x+eps > list[i].x)))
        {
            p0=list[i];
            k=i;
        }
    }
    list[k]=list[0];
    list[0]=p0;
    sort(list+1,list+n,cmp);
}
void graham(int n)
{
    init(n);
    if(n==1)
    {
        top=0;
        stack[0]=0;
        return;
    }
    if(n==2)
    {
        top=1;
        stack[0]=0;
        stack[1]=1;
        return;
    }
    for(int i=0;i<=1;i++)stack[i]=i;
    top=1;
    for(int i=2;i<n;i++)
    {
        while(top>0 && cross(list[stack[top-1]],list[stack[top]],list[i])<=eps)
            top--;
        top++;
        stack[top]=i;
    }
}

bool input()
{
    scanf("%d",&n);
    if(n==0)return false;

    hull.n=n;
    for(int i=0;i<n;i++)
        hull.P[i].read();
    return true;
}

void solve()
{
    double ansH=0,ansS=1e200;
    double H,S;
    if(n<=2)
    {
        printf("0.000 0.000\n");
        return;
    }
    if(n==3)
    {
        ansH=0;
        ansS=(hull.P[1]-hull.P[0])^(hull.P[2]-hull.P[0]);
        ansS/=2.0;
        printf("%.3lf %.3lf\n",ansH,ansS);
        return;
    }
    hull.create();
    for(int i=0;i< hull.num;i++)
    {
        for(int j=0;j<n;j++)ps[j]=hull.P[j];
        Point p1=(ps[hull.F[i].b]-ps[hull.F[i].a])*(ps[hull.F[i].c]-ps[hull.F[i].a]);
        Point e(0,0,1);
        Point vec=p1*e;
        double A=p1^e/p1.getLen();
        A=acos(A);

        if(sign(A)!=0 && sign(A-PI)!=0)
        {
            Point p0(0,0,0);
            for(int j=0;j<n;j++)
                ps[j]=rotate(p0,vec,ps[j],A);
        }
        double tt=ps[hull.F[i].a].z;
        for(int j=0;j<n;j++)
            ps[j].z -= tt;
        H=0;
        for(int j=0;j<n;j++)
        {
            H=max(H,hull.ptoface(hull.P[j],i));
        }
        for(int j=0;j<n;j++)
        {
           list[j].x=ps[j].x;
           list[j].y=ps[j].y;
        }
        graham(n);
        S=0;
        for(int j=0;j<top;j++)
            S+=(list[stack[j]].x*list[stack[j+1]].y - list[stack[j]].y*list[stack[j+1]].x);
        S+=(list[stack[top]].x*list[stack[0]].y - list[stack[top]].y*list[stack[0]].x);
        S=fabs(S);
        S/=2;
        if(H > ansH || ( sign(H-ansH)==0 && ansS > S ))
        {
           ansH=H;
           ansS=S;
        }
    }
    printf("%.3lf %.3lf\n",ansH,ansS);
}

int main()
{
    while(input())solve();
    return 0;
}

 

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