Como calcular posições / marcas de canto de um retângulo girado / inclinado?

Eu tenho dois elementos, um ponto 2D e uma área retangular. O ponto representa o meio dessa área. Eu também sei a largura e altura dessa área. E a área é inclinada em 40 ° em relação à grade.

Agora eu gostaria de calcular as posições absolutas de cada marca de canto dessa área inclinada usando apenas esses dados. Isso é possível?

X = x*cos(θ) - y*sin(θ)
Y = x*sin(θ) + y*cos(θ)

Isso fornecerá a localização de um ponto girado θ graus em torno da origem. Como os cantos do quadrado são girados em torno do centro do quadrado e não da origem, é necessário adicionar algumas etapas para poder usar essa fórmula. Primeiro você precisa definir o ponto em relação à origem. Então você pode usar a fórmula de rotação. Após a rotação, você precisará movê-la de volta em relação ao centro do quadrado.

// cx, cy - center of square coordinates
// x, y - coordinates of a corner point of the square
// theta is the angle of rotation

// translate point to origin
float tempX = x - cx;
float tempY = y - cy;

// now apply rotation
float rotatedX = tempX*cos(theta) - tempY*sin(theta);
float rotatedY = tempX*sin(theta) + tempY*cos(theta);

// translate back
x = rotatedX + cx;
y = rotatedY + cy;

Aplique isso nos 4 cantos e pronto!

É uma técnica comum girar um ponto em torno de um pivô, traduzindo para um sistema de coordenadas em que o pivô é a origem, girando sobre essa origem e convertendo de volta para as coordenadas do mundo. (Uma explicação muito boa dessa abordagem está disponível na Khan Academy )

No entanto, você não está armazenando seus cantos retangulares nas coordenadas do mundo, para que possamos adaptar uma abordagem de acordo com os dados disponíveis.

Cx, Cy // the coordinates of your center point in world coordinates
W      // the width of your rectangle
H      // the height of your rectangle
θ      // the angle you wish to rotate

//The offset of a corner in local coordinates (i.e. relative to the pivot point)
//(which corner will depend on the coordinate reference system used in your environment)
Ox = W / 2
Oy = H / 2

//The rotated position of this corner in world coordinates    
Rx = Cx + (Ox  * cos(θ)) - (Oy * sin(θ))
Ry = Cy + (Ox  * sin(θ)) + (Oy * cos(θ))

Essa abordagem pode ser facilmente aplicada aos outros três cantos.

Com base nas outras respostas, e para complementá-las, consegui criar um exemplo com o P5 aqui .

Aqui está o código, caso você queira acessá-lo diretamente:

function setup() {
createCanvas(400, 400);
}

var count = 0;

function draw() {
  background(250);
  rectMode(CENTER);
  stroke(0,0,255);
  fill(0,0,255);
  count += 1;

  var box1X = 100;
  var box1Y = 100;
  var box2X = 160;
  var box2Y = 100;
  var box1R = count;
  var box2R = -60-count;
  var box1W = 50;
  var box1H = 50;
  var box2W = 50;
  var box2H = 50;

  translate(box1X, box1Y);
  rotate(radians(box1R));
  rect(0, 0, box1W, box1H);
  rotate(radians(-box1R));
  translate(-box1X, -box1Y);

  translate(box2X, box2Y);
  rotate(radians(box2R));
  rect(0, 0, box2W, box2H);
  rotate(radians(-box2R));
  translate(-box2X, -box2Y);

  stroke(255,0,0);
  fill(255,0,0);

  var pointRotated = [];
  pointRotated.push(GetPointRotated(box1X, box1Y, box1R, -box1W/2, box1H/2));  // Dot1
  pointRotated.push(GetPointRotated(box1X, box1Y, box1R, box1W/2, box1H/2));   // Dot2
  pointRotated.push(GetPointRotated(box1X, box1Y, box1R, -box1W/2, -box1H/2)); // Dot3
  pointRotated.push(GetPointRotated(box1X, box1Y, box1R, box1W/2, -box1H/2));  // Dot4
  pointRotated.push(createVector(box1X, box1Y)); // Dot5

  for (var i=0;i<pointRotated.length;i++){
ellipse(pointRotated[i].x,pointRotated[i].y,3,3);
  }
}

function GetPointRotated(X, Y, R, Xos, Yos){
// Xos, Yos // the coordinates of your center point of rect
// R      // the angle you wish to rotate

//The rotated position of this corner in world coordinates    
var rotatedX = X + (Xos  * cos(radians(R))) - (Yos * sin(radians(R)))
var rotatedY = Y + (Xos  * sin(radians(R))) + (Yos * cos(radians(R)))

return createVector(rotatedX, rotatedY)
}

<script src="//cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/p5.js/0.3.3/p5.min.js"></script>

A refatoração do código acima fornece um formulário limpo que também destaca o simples fato de que cada canto é basicamente center + height/2 + width/2, com sinais apropriados para cada canto. Isso também vale se você tratar height/2e width/2como vetores girados.

Confiar no intérprete para alinhar os auxiliares, isso deve ser bastante eficaz, se tentarmos comparar isso.

function addPoints(p1, p2) {
    return { x: p1.x + p2.x, y: p1.y + p2.y }
}

function subPoints(p1, p2 ) {
    return { x: p1.x - p2.x, y: p1.y - p2.y }
}

function multPoints(p1, p2 ) {
    return { x: p1.x * p2.x, y: p1.y * p2.y }
}

function getRulerCorners() {
    const sin = Math.sin(ruler.angle);
    const cos = Math.cos(ruler.angle);
    const height = { x: sin * ruler.height/2, y: cos * ruler.height/2 };
    const heightUp = addPoints(ruler, multPoints({x: 1, y :-1}, height));
    const heightDown = addPoints(ruler, multPoints({x: -1, y: 1}, height));
    const width = { x: cos * ruler.width/2, y: sin * ruler.width/2 };
    ruler.nw = subPoints(heightUp, width);
    ruler.ne = addPoints(heightUp, width );
    ruler.sw = subPoints(heightDown, width);
    ruler.se = addPoints(heightDown, width);
}

Veja o artigo da Wikipedia sobre rotação . A essência é esta:

(1) Se c for o ponto central, os cantos serão c + ( L / 2, W / 2), +/- etc., onde L e W são o comprimento e a largura do retângulo.

(2) Traduza o retângulo para que o centro c esteja na origem, subtraindo c dos quatro cantos.

(3) Gire o retângulo em 40 graus através das fórmulas trigonométricas citadas.

(4) Traduza novamente adicionando c a cada coordenada.

Possivelmente, existem algumas otimizações disponíveis dividindo o problema em duas:

• calcule o centro do lado superior e inferior, ou seja, o centro + a altura girada / 2.
• calcule os cantos em relação a esses pontos centrais usando a largura / 2 girada
• Calcule o seno e o cosseno reais de uma vez por todas.

Código abaixo, aqui o retângulo é chamado de régua. ruler.x, régua, y é o centro do retângulo.

/** Middle point on rulers's top side. */
function getRulerTopMiddle(cos, sin) {
    return {
        x : ruler.x + sin * ruler.height/2,
        y : ruler.y - cos * ruler.height/2
    }
 }

/** Middle point on rulers's bottom side. */
function getRulerBottomMiddle(cos, sin) {
    return {
        x : ruler.x - sin * ruler.height/2,
        y : ruler.y + cos * ruler.height/2
    }
 }

/** Update ruler's four corner coordinates. */
function getRulerCorners() {
    const sin = Math.sin(ruler.angle);
    const cos = Math.cos(ruler.angle);
    const topMiddle = getRulerTopMiddle(cos, sin);
    const bottomMiddle = getRulerBottomMiddle(cos, sin);

    ruler.nw = {
        x: topMiddle.x - (cos * ruler.width/2),
        y: topMiddle.y - (sin * ruler.width/2)
    }   
    ruler.ne = {
        x: topMiddle.x + (cos * ruler.width/2),
        y: topMiddle.y + (sin * ruler.width/2)
    }   
    ruler.sw = {
        x: bottomMiddle.x - (cos * ruler.width/2),
        y: bottomMiddle.y - (sin * ruler.width/2)
    }   
    ruler.se = {
        x: bottomMiddle.x + (cos * ruler.width/2),
        y: bottomMiddle.y + (sin * ruler.width/2)
    }
}

Um pouco tarde, mas aqui está uma função compacta que eu usei. Ele calcula os pontos superior e esquerdo e depois os vira para os cantos opostos.

rotatedRect(float x, float y, float halfWidth, float halfHeight, float angle)
{
    float c = cos(angle);
    float s = sin(angle);
    float r1x = -halfWidth * c - halfHeight * s;
    float r1y = -halfWidth * s + halfHeight * c;
    float r2x =  halfWidth * c - halfHeight * s;
    float r2y =  halfWidth * s + halfHeight * c;

    // Returns four points in clockwise order starting from the top left.
    return
        (x + r1x, y + r1y),
        (x + r2x, y + r2y),
        (x - r1x, y - r1y),
        (x - r2x, y - r2y);
}

Post antigo, mas aqui está outra maneira de fazê-lo:

public static Point[] GetRotatedCorners(Rectangle rectangleToRotate, float angle)
{

    // Calculate the center of rectangle.
    Point center = new Point(rectangleToRotate.Left + (rectangleToRotate.Left + rectangleToRotate.Right) / 2, rectangleToRotate.Top + (rectangleToRotate.Top + rectangleToRotate.Bottom) / 2);

    Matrix m = new Matrix();
    // Rotate the center.
    m.RotateAt(360.0f - angle, center);

    // Create an array with rectangle's corners, starting with top-left corner and going clock-wise.
    Point[] corners = new Point[]
        {
            new Point(rectangleToRotate.Left, rectangleToRotate.Top), // Top-left corner.
            new Point(rectangleToRotate.Right, rectangleToRotate.Top),    // Top-right corner.
            new Point(rectangleToRotate.Right, rectangleToRotate.Bottom), // Bottom-right corner.
            new Point(rectangleToRotate.Left, rectangleToRotate.Bottom),  // Botton-left corner
        };

    // Now apply the matrix to every corner of the rectangle.
    m.TransformPoints(corners);

    // Return the corners of rectangle rotated by the provided angle.
    return corners;
}

Espero que ajude!