点と(直線 or 線分)の距離の2乗 JavaScriptでの実装

いろいろやり方はありますが、この記事では一次式の連立方程式を使って考えます。

点と直線の場合

o と p を通る直線に q からおろした垂線の距離の2乗を求めます。

o を p と q からあらかじめ引いておいてやると、計算が楽です。

以下のように求められます。

const
_Dist2 = ( px, py, qx, qy ) => {
    const num = px * qy - py * qx
    return num * num / ( px * px + py * py )
}
const
Dist2 = ( ox, oy, px, py, qx, qy ) => _Dist2( px - ox, py - oy, qx - ox, qy - oy )

注）o と p が同じ場合 0 / 0 になるので NaN を返します。

参考：点と直線の距離公式の３通りの証明@高校数学の美しい物語

点と線分の場合

交点（X,Y）を求めてそれが線分の内に入っているかどうかチェックします。
X,Y は以下のように求められます。

const den = px * px + py * py
const _ = ( py * qy + px * qx ) / den
const X = px * _
const Y = py * _ 

これの説明は文末につけておきます。

これの X が 0 から px, Y が 0 から py の中に入っていればよさそうです。
ただ、符号の判断が面倒になるので、計算の最初に p が第一象限にあるように鏡像を作ってから考えます。

const
_SegDist2 = ( px, py, qx, qy ) => {
    const den = px * px + py * py
    if ( den == 0 ) return NaN
    if ( px < 0 ) {
        px = -px
        qx = -qx
    }
    if ( py < 0 ) {
        py = -py
        qy = -qy
    }
    const _ = ( py * qy + px * qx ) / den
    const X = px * _
    if ( X < 0 || px < X ) return NaN
    const Y = py * _
    if ( Y < 0 || py < Y ) return NaN
    const num = px * qy - py * qx
    return num * num / den
}
const
SegDist2 = ( ox, oy, px, py, qx, qy ) => _SegDist2( px - ox, py - oy, qx - ox, qy - oy )

q から op に降ろせる点がない場合 NaN を返しているので、Number.isNaN() で判定してください。

交点の求め方

プログラムっぽく書いてみました。

    直線

        py  
    Y = -- X
        px  

    に直行する直線は

          px  
    Y = - -- X + c 
          py  

    これが、qx, qy を通るから

           px  
    qy = - -- qx + c 
           py  

    すなわち

          px          px  
    Y = - -- X + qy + -- qx
          py          py  

    なので交点は

    py       px          px  
    -- X = - -- X + qy + -- qx
    px       py          py  

        px * ( px * qx + py * qy )
    X = --------------------------
            px * px + py * py

        py * ( px * qx + py * qy )
    Y = --------------------------
            px * px + py * py