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alro65 503e00bfc9 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>
2026-05-27 01:07:35 -04:00

141 lines
4.5 KiB
Python

"""
BSplineCurve — curva B-spline paramétrica basada en scipy.interpolate.
Autor: Álvaro Romero
Sprint 1 — AR-ShipDesign
"""
from __future__ import annotations
import numpy as np
from scipy.interpolate import make_interp_spline
from scipy.integrate import quad
class BSplineCurve:
"""Curva B-spline interpolada a partir de puntos de datos.
Parámetros
----------
points : array-like, shape (n, 2) o (n, 3)
Puntos de datos por los que pasa la curva (interpolación exacta).
degree : int, optional
Grado del B-spline (por defecto 3 = cúbico).
knots : array-like or None
Vector de nudos externo. Si es None se genera automáticamente
con método cuerda-longitud (no uniforme, más estable).
Notas
-----
El parámetro interno *t* varía en [0, 1].
La curva se construye usando ``scipy.interpolate.make_interp_spline``.
Para n puntos y grado k se necesita n >= k+1.
"""
def __init__(
self,
points: np.ndarray,
degree: int = 3,
*,
knots: np.ndarray | None = None,
) -> None:
pts = np.asarray(points, dtype=float)
if pts.ndim != 2 or pts.shape[1] not in (2, 3):
raise ValueError("points debe ser array (n, 2) o (n, 3)")
if pts.shape[0] < degree + 1:
raise ValueError(
f"Se necesitan al menos {degree + 1} puntos para grado {degree}"
)
self._pts = pts
self._k = degree
self._dim = pts.shape[1]
# Parámetro interno por longitud de cuerda normalizada
self._t_param = _chord_length_parameterization(pts)
if knots is not None:
self._spl = make_interp_spline(
self._t_param, pts, k=degree, t=knots
)
else:
self._spl = make_interp_spline(self._t_param, pts, k=degree)
# ------------------------------------------------------------------
# Evaluación
# ------------------------------------------------------------------
def evaluate(self, t: float | np.ndarray) -> np.ndarray:
"""Evalúa la curva en el parámetro *t* ∈ [0, 1].
Retorna array (dim,) para t escalar, o (m, dim) para t array.
"""
t = np.asarray(t, dtype=float)
scalar = t.ndim == 0
t = np.atleast_1d(np.clip(t, 0.0, 1.0))
result = self._spl(t)
return result[0] if scalar else result
def sample(self, n: int = 100) -> np.ndarray:
"""Muestrea *n* puntos uniformes en t ∈ [0, 1].
Retorna array (n, dim).
"""
t = np.linspace(0.0, 1.0, max(2, n))
return self.evaluate(t)
# ------------------------------------------------------------------
# Métricas
# ------------------------------------------------------------------
def arc_length(self, t0: float = 0.0, t1: float = 1.0) -> float:
"""Longitud de arco numérica entre los parámetros *t0* y *t1*."""
dspl = self._spl.derivative()
def integrand(t: float) -> float:
return float(np.linalg.norm(dspl(float(t))))
length, _ = quad(integrand, t0, t1, limit=100)
return float(length)
def tangent(self, t: float) -> np.ndarray:
"""Vector tangente unitario en el parámetro *t*."""
d = self._spl.derivative()(float(np.clip(t, 0.0, 1.0)))
norm = np.linalg.norm(d)
return d / norm if norm > 1e-12 else np.zeros(self._dim)
# ------------------------------------------------------------------
# Propiedades
# ------------------------------------------------------------------
@property
def degree(self) -> int:
return self._k
@property
def dim(self) -> int:
return self._dim
@property
def control_points(self) -> np.ndarray:
"""Puntos de datos originales."""
return self._pts.copy()
def __repr__(self) -> str:
n = self._pts.shape[0]
return f"BSplineCurve(degree={self._k}, dim={self._dim}, n_points={n})"
# ---------------------------------------------------------------------------
# Helpers
# ---------------------------------------------------------------------------
def _chord_length_parameterization(pts: np.ndarray) -> np.ndarray:
"""Parametrización por longitud de cuerda normalizada a [0, 1]."""
diffs = np.diff(pts, axis=0)
chord_lens = np.linalg.norm(diffs, axis=1)
cumulative = np.concatenate([[0.0], np.cumsum(chord_lens)])
total = cumulative[-1]
if total < 1e-12:
return np.linspace(0.0, 1.0, len(pts))
return cumulative / total