feat(sprint1): motor NURBS, modelos de casco, visor 3D PyVista
Geometría:
- BSplineCurve: interpolación scipy, arc_length, tangente, chord-length
- LoftedSurface: lofting de secciones → RectBivariateSpline bivariate
Core (casco Wigley como caso de prueba):
- Section: área, centroide_z, max_half_breadth, curva B-spline
- OffsetsTable: from_wigley(), to_sections(), interpolación xy
- Hull: volumen, Awp, LCB, VCB, Cb, Cm, Cp, desplazamiento, to_mesh()
UI:
- Viewer3DWidget (pyvistaqt.QtInteractor): casco Wigley por defecto
al arrancar, fondo navy, waterplane semi-transparente, fallback
graceful si PyVista no disponible
- MainWindow: Viewer3DWidget inyectado en viewport Perspectiva 3D
Tests: 39 nuevos tests, fórmulas analíticas Wigley verificadas (±1%)
V = 4BLT/9, Cb = 4/9, Awp = 2BL/3 (derivación correcta)
Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.5 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
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"""Curva NURBS. Stub — Sprint 1."""
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raise NotImplementedError("nurbs_curve — Sprint 1")
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"""
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BSplineCurve — curva B-spline paramétrica basada en scipy.interpolate.
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Autor: Álvaro Romero
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Sprint 1 — AR-ShipDesign
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"""
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from __future__ import annotations
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import numpy as np
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from scipy.interpolate import make_interp_spline
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from scipy.integrate import quad
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class BSplineCurve:
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"""Curva B-spline interpolada a partir de puntos de datos.
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Parámetros
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----------
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points : array-like, shape (n, 2) o (n, 3)
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Puntos de datos por los que pasa la curva (interpolación exacta).
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degree : int, optional
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Grado del B-spline (por defecto 3 = cúbico).
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knots : array-like or None
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Vector de nudos externo. Si es None se genera automáticamente
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con método cuerda-longitud (no uniforme, más estable).
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Notas
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El parámetro interno *t* varía en [0, 1].
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La curva se construye usando ``scipy.interpolate.make_interp_spline``.
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Para n puntos y grado k se necesita n >= k+1.
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"""
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def __init__(
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self,
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points: np.ndarray,
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degree: int = 3,
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*,
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knots: np.ndarray | None = None,
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) -> None:
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pts = np.asarray(points, dtype=float)
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if pts.ndim != 2 or pts.shape[1] not in (2, 3):
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raise ValueError("points debe ser array (n, 2) o (n, 3)")
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if pts.shape[0] < degree + 1:
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raise ValueError(
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f"Se necesitan al menos {degree + 1} puntos para grado {degree}"
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)
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self._pts = pts
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self._k = degree
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self._dim = pts.shape[1]
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# Parámetro interno por longitud de cuerda normalizada
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self._t_param = _chord_length_parameterization(pts)
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if knots is not None:
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self._spl = make_interp_spline(
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self._t_param, pts, k=degree, t=knots
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)
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else:
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self._spl = make_interp_spline(self._t_param, pts, k=degree)
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# ------------------------------------------------------------------
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# Evaluación
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# ------------------------------------------------------------------
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def evaluate(self, t: float | np.ndarray) -> np.ndarray:
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"""Evalúa la curva en el parámetro *t* ∈ [0, 1].
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Retorna array (dim,) para t escalar, o (m, dim) para t array.
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"""
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t = np.asarray(t, dtype=float)
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scalar = t.ndim == 0
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t = np.atleast_1d(np.clip(t, 0.0, 1.0))
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result = self._spl(t)
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return result[0] if scalar else result
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def sample(self, n: int = 100) -> np.ndarray:
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"""Muestrea *n* puntos uniformes en t ∈ [0, 1].
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Retorna array (n, dim).
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"""
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t = np.linspace(0.0, 1.0, max(2, n))
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return self.evaluate(t)
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# ------------------------------------------------------------------
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# Métricas
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# ------------------------------------------------------------------
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def arc_length(self, t0: float = 0.0, t1: float = 1.0) -> float:
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"""Longitud de arco numérica entre los parámetros *t0* y *t1*."""
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dspl = self._spl.derivative()
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def integrand(t: float) -> float:
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return float(np.linalg.norm(dspl(float(t))))
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length, _ = quad(integrand, t0, t1, limit=100)
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return float(length)
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def tangent(self, t: float) -> np.ndarray:
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"""Vector tangente unitario en el parámetro *t*."""
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d = self._spl.derivative()(float(np.clip(t, 0.0, 1.0)))
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norm = np.linalg.norm(d)
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return d / norm if norm > 1e-12 else np.zeros(self._dim)
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# ------------------------------------------------------------------
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# Propiedades
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# ------------------------------------------------------------------
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@property
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def degree(self) -> int:
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return self._k
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@property
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||||
def dim(self) -> int:
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return self._dim
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||||
@property
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def control_points(self) -> np.ndarray:
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||||
"""Puntos de datos originales."""
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return self._pts.copy()
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def __repr__(self) -> str:
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n = self._pts.shape[0]
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return f"BSplineCurve(degree={self._k}, dim={self._dim}, n_points={n})"
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# Helpers
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# ---------------------------------------------------------------------------
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def _chord_length_parameterization(pts: np.ndarray) -> np.ndarray:
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"""Parametrización por longitud de cuerda normalizada a [0, 1]."""
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diffs = np.diff(pts, axis=0)
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chord_lens = np.linalg.norm(diffs, axis=1)
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cumulative = np.concatenate([[0.0], np.cumsum(chord_lens)])
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total = cumulative[-1]
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if total < 1e-12:
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return np.linspace(0.0, 1.0, len(pts))
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return cumulative / total
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