math - 查找 3 个球体之间的交点

Question

我正在寻找一种算法来找到 3 个球体之间的共同交点。

凭借完整的算法，对数学进行彻底/详细的描述将非常有帮助。

这是迄今为止我发现的唯一有用的资源:
http://mathforum.org/library/drmath/view/63138.html

但是那里描述的两种方法都不够详细，我无法编写算法。

我更喜欢第二篇文章中描述的纯代数方法，但不管怎样都行。

Answer 1

这是我刚刚从维基百科文章中移植的 Python 答案。不需要算法；有一个封闭形式的解决方案。

import numpy                                             
from numpy import sqrt, dot, cross                       
from numpy.linalg import norm                            

# Find the intersection of three spheres                 
# P1,P2,P3 are the centers, r1,r2,r3 are the radii       
# Implementaton based on Wikipedia Trilateration article.                              
def trilaterate(P1,P2,P3,r1,r2,r3):                      
    temp1 = P2-P1                                        
    e_x = temp1/norm(temp1)                              
    temp2 = P3-P1                                        
    i = dot(e_x,temp2)                                   
    temp3 = temp2 - i*e_x                                
    e_y = temp3/norm(temp3)                              
    e_z = cross(e_x,e_y)                                 
    d = norm(P2-P1)                                      
    j = dot(e_y,temp2)                                   
    x = (r1*r1 - r2*r2 + d*d) / (2*d)                    
    y = (r1*r1 - r3*r3 -2*i*x + i*i + j*j) / (2*j)       
    temp4 = r1*r1 - x*x - y*y                            
    if temp4<0:                                          
        raise Exception("The three spheres do not intersect!");
    z = sqrt(temp4)                                      
    p_12_a = P1 + x*e_x + y*e_y + z*e_z                  
    p_12_b = P1 + x*e_x + y*e_y - z*e_z                  
    return p_12_a,p_12_b