Question

在编程语言（Python，C＃等）中，我需要确定如何计算直线与水平轴之间的角度？

我认为图像最能说明我想要的内容：

no words can describe this

给定（P1 _x，P1 _y）和（P2 _x，P2 _y）什么是计算这个角度的最佳方法？原点在于topleft，只使用正象限。

Answer 1

首先找到起点和终点之间的差异（这里，这更像是有向线段，而不是“线”，因为线无限延伸而不是从特定点开始）。

deltaY = P2_y - P1_y
deltaX = P2_x - P1_x

然后计算角度（从P1处的正X轴到P1处的正Y轴）。

angleInDegrees = arctan(deltaY / deltaX) * 180 / PI

但是arctan可能并不理想，因为以这种方式划分差异将消除区分角度所在的象限所需的区别（见下文）。如果您的语言包含atan2功能，请使用以下内容：

angleInDegrees = atan2(deltaY, deltaX) * 180 / PI

编辑（2017年2月22日）：但是，一般情况下，调用atan2(deltaY,deltaX)只是为了获得cos和sin的正确角度可能不够优雅。在这些情况下，您通常可以执行以下操作：

将(deltaX, deltaY)视为向量。
将该向量标准化为单位向量。为此，请将deltaX和deltaY除以向量的长度（sqrt(deltaX*deltaX+deltaY*deltaY)），除非长度为0。
之后，deltaX现在将成为矢量和水平轴之间角度的余弦（在P1处从正X到正Y轴的方向）。
deltaY现在将是那个角度的正弦。
如果向量的长度为0，则它与水平轴之间不会有一个角度（因此它没有有意义的正弦和余弦）。

编辑（2017年2月28日）：即使没有规范化(deltaX, deltaY)：

deltaX的符号将告诉您步骤3中描述的余弦是正还是负。
deltaY的符号将告诉您步骤4中描述的正弦是正还是负。
deltaX和deltaY的符号将告诉您角度所在的象限，相对于P1处的正X轴：
- +deltaX，+deltaY：0到90度。
- -deltaX，+deltaY：90到180度。
- -deltaX，-deltaY：180到270度（-180到-90度）。
- +deltaX，-deltaY：270到360度（-90到0度）。

使用弧度的Python实现（由Eric Leschinski于2015年7月19日提供，编辑我的答案）：

from math import *
def angle_trunc(a):
    while a < 0.0:
        a += pi * 2
    return a

def getAngleBetweenPoints(x_orig, y_orig, x_landmark, y_landmark):
    deltaY = y_landmark - y_orig
    deltaX = x_landmark - x_orig
    return angle_trunc(atan2(deltaY, deltaX))

angle = getAngleBetweenPoints(5, 2, 1,4)
assert angle >= 0, "angle must be >= 0"
angle = getAngleBetweenPoints(1, 1, 2, 1)
assert angle == 0, "expecting angle to be 0"
angle = getAngleBetweenPoints(2, 1, 1, 1)
assert abs(pi - angle) <= 0.01, "expecting angle to be pi, it is: " + str(angle)
angle = getAngleBetweenPoints(2, 1, 2, 3)
assert abs(angle - pi/2) <= 0.01, "expecting angle to be pi/2, it is: " + str(angle)
angle = getAngleBetweenPoints(2, 1, 2, 0)
assert abs(angle - (pi+pi/2)) <= 0.01, "expecting angle to be pi+pi/2, it is: " + str(angle)
angle = getAngleBetweenPoints(1, 1, 2, 2)
assert abs(angle - (pi/4)) <= 0.01, "expecting angle to be pi/4, it is: " + str(angle)
angle = getAngleBetweenPoints(-1, -1, -2, -2)
assert abs(angle - (pi+pi/4)) <= 0.01, "expecting angle to be pi+pi/4, it is: " + str(angle)
angle = getAngleBetweenPoints(-1, -1, -1, 2)
assert abs(angle - (pi/2)) <= 0.01, "expecting angle to be pi/2, it is: " + str(angle)

所有测试都通过。见https://en.wikipedia.org/wiki/Unit_circle

Answer 2

很抱歉，但我很确定彼得的回答是错误的。请注意，y轴沿着页面向下（图形中常见）。因此，必须颠倒deltaY计算，否则你会得到错误的答案。

考虑：

System.out.println (Math.toDegrees(Math.atan2(1,1)));
System.out.println (Math.toDegrees(Math.atan2(-1,1)));
System.out.println (Math.toDegrees(Math.atan2(1,-1)));
System.out.println (Math.toDegrees(Math.atan2(-1,-1)));

给出

45.0
-45.0
135.0
-135.0

因此，如果在上面的例子中，P1是（1,1）而P2是（2,2）[因为Y向下增加页面]，上面的代码将给出45.0度的显示示例，这是错误的。更改deltaY计算的顺序，它可以正常工作。

Answer 3

我在Python中找到了一个运行良好的解决方案！

from math import atan2,degrees

def GetAngleOfLineBetweenTwoPoints(p1, p2):
    return degrees(atan2(p2 - p1, 1))

print GetAngleOfLineBetweenTwoPoints(1,3)

Answer 4

考虑到确切的问题，将我们置于一个“特殊”坐标系统中，其中正轴意味着向下移动（如屏幕或界面视图），您需要像这样调整此函数，并使Y坐标为负：

Swift 2.0中的示例

func angle_between_two_points(pa:CGPoint,pb:CGPoint)->Double{
    let deltaY:Double = (Double(-pb.y) - Double(-pa.y))
    let deltaX:Double = (Double(pb.x) - Double(pa.x))
    var a = atan2(deltaY,deltaX)
    while a < 0.0 {
        a = a + M_PI*2
    }
    return a
}

此功能可以正确回答问题。答案是以弧度为单位，因此以度为单位查看角度的用法是：

let p1 = CGPoint(x: 1.5, y: 2) //estimated coords of p1 in question
let p2 = CGPoint(x: 2, y : 3) //estimated coords of p2 in question

print(angle_between_two_points(p1, pb: p2) / (M_PI/180))
//returns 296.56

Answer 5

基于参考“Peter O”..这是java版本

private static final float angleBetweenPoints(PointF a, PointF b) {
float deltaY = b.y - a.y;
float deltaX = b.x - a.x;
return (float) (Math.atan2(deltaY, deltaX)); }

Answer 6

deltaY = Math.Abs(P2.y - P1.y);
deltaX = Math.Abs(P2.x - P1.x);

angleInDegrees = Math.atan2(deltaY, deltaX) * 180 / PI

if(p2.y > p1.y) // Second point is lower than first, angle goes down (180-360)
{
  if(p2.x < p1.x)//Second point is to the left of first (180-270)
    angleInDegrees += 180;
  else (270-360)
    angleInDegrees += 270;
}
else if (p2.x < p1.x) //Second point is top left of first (90-180)
  angleInDegrees += 90;

Answer 7

matlab功能：

function [lineAngle] = getLineAngle(x1, y1, x2, y2) 
    deltaY = y2 - y1;
    deltaX = x2 - x1;

    lineAngle = rad2deg(atan2(deltaY, deltaX));

    if deltaY < 0
        lineAngle = lineAngle + 360;
    end
end

Answer 8

从0到2pi的角度公式。

有x = x2-x1和y = y2-y1。该公式适用于

x和y的任何值。对于x = y = 0，结果是不确定的。

f（x，y）= pi（）-pi（）/ 2 *（1 + sign（x））*（1-sign（y ^ 2））

     -pi()/4*(2+sign(x))*sign(y)

     -sign(x*y)*atan((abs(x)-abs(y))/(abs(x)+abs(y)))

Answer 9

import math
from collections import namedtuple


Point = namedtuple("Point", ["x", "y"])


def get_angle(p1: Point, p2: Point) -> float:
    """Get the angle of this line with the horizontal axis."""
    dx = p2.x - p1.x
    dy = p2.y - p1.y
    theta = math.atan2(dy, dx)
    angle = math.degrees(theta)  # angle is in (-180, 180]
    if angle < 0:
        angle = 360 + angle
    return angle

测试

为了进行测试，我让hypothesis生成了测试用例。

import hypothesis.strategies as s
from hypothesis import given


@given(s.floats(min_value=0.0, max_value=360.0))
def test_angle(angle: float):
    epsilon = 0.0001
    x = math.cos(math.radians(angle))
    y = math.sin(math.radians(angle))
    p1 = Point(0, 0)
    p2 = Point(x, y)
    assert abs(get_angle(p1, p2) - angle) < epsilon

如何计算直线与水平轴之间的角度？

9 个答案:

测试