chiark / gitweb /
helixish: attempt at the whole thing
[moebius3.git] / moebius.py
index 944ea9b32f63695d1c2a803071a6bed9992b6a2b..e5a81acad9d0d458bbc823769b5cea55176e0801 100644 (file)
@@ -5,15 +5,33 @@ import numpy as np
 from numpy import cos, sin
 
 from bezier import BezierSegment
+from helixish import HelixishCurve
+from moenp import *
 
 import sys
 
-tau = np.pi * 2
-
-origin = np.array((0,0,0))
-unit_x = np.array((1,0,0))
-unit_y = np.array((0,1,0))
-unit_z = np.array((0,0,1))
+class DoubleCubicBezier():
+  def __init__(db, cp):
+    single = BezierSegment(cp)
+    midpoint = np.array(single.point_at_t(0.5))
+    mid_dirn = single.point_at_t(0.5 + 0.001) - midpoint
+    mid_dirn /= np.linalg.norm(mid_dirn)
+    ocp_factor = 0.5
+    mid_scale = ocp_factor * 0.5 * (np.linalg.norm(cp[1] - cp[0]) +
+                                    np.linalg.norm(cp[3] - cp[2]))
+    db.b0 = BezierSegment([ cp[0],
+                            cp[1] * ocp_factor + cp[0] * (1-ocp_factor),
+                            midpoint - mid_dirn * mid_scale,
+                            midpoint ])
+    db.b1 = BezierSegment([ midpoint,
+                            midpoint + mid_dirn * mid_scale,
+                            cp[2] * ocp_factor + cp[3] * (1-ocp_factor),
+                            cp[3] ])
+  def point_at_t(db, t):
+    if t < 0.5:
+      return db.b0.point_at_t(t*2)
+    else:
+      return db.b1.point_at_t(t*2 - 1)
 
 class ParametricCircle:
   def __init__(pc, c, r0, r1):
@@ -34,31 +52,133 @@ class Twirler(ParametricCircle):
         but with an orientation at each point, orthogonal to
           the circle
         the orientation circles round cycles times during the
-          whole cycle
+          whole cycle (if cycles<1, to get a whole circling of
+          the dirn around the circle, must pass some theta>tau)
         begin_zeta is the angle from outwards at theta==0
-          positive meaning in the direction of r0 x r1 (maybe)
+          positive meaning in the direction of r0 x r1 from r0
     '''
     ParametricCircle.__init__(tw, c, r0, r1)
     tw._cycles = cycles
     tw._begin_zeta = begin_zeta
     tw._axis = np.cross(r0, r1)
-  def dirn(tw, theta):
-    zeta = tw._begin_zeta + theta * tw._cycles
+  def dirn(tw, theta, extra_zeta=0):
+    ''' unit vector for dirn at theta,
+         but rotated extra_theta more around the circle
+    '''
+    zeta = tw._begin_zeta + theta * tw._cycles + extra_zeta
     r = tw.radius(theta)
     return cos(zeta) * r + sin(zeta) * tw._axis
 
-class Moebius:
-  def __init__(m, n_u): # ix_u will be in [0, n_u] for [0, 1]
+class MoebiusHalf:
+  def __init__(m, nu):
+    '''
+     MoebiusHalf().edge is a Twirler for the edge,
+      expecting theta = u * tau (see MoebiusHalf().point)
+      with dirn pointing into the surface
+    '''
     m.edge    = Twirler(origin,  unit_z, unit_x, -2, tau/2)
     m.midline = Twirler(-unit_z, unit_z, unit_y, -0.5, 0)
-    m._beziers = [ m._bezier(u) for u in np.linspace(0, 1, n_u+1) ]
-  def _bezier(m,u):
-    theta = u * tau
+    m.nu      = nu
+    m._thetas = [ u * tau for u in np.linspace(0, 1, nu+1) ]
+    m._cp2b = BezierSegment([ (c,) for c in [0.33,0.33, 1.50]])
+    m._beziers = [ m._bezier(theta, HelixishCurve) for theta in m._thetas ]
+    #check = int(nu/3)
+    #m._beziers[check] = m._bezier(m._thetas[check], HelixishCurve)
+  def _bezier(m, theta, constructor=DoubleCubicBezier):
     cp = [None] * 4
     cp[0] =               m.edge   .point(theta)
-    cp[1] = cp[0] + 0.75 * m.edge   .dirn (theta)
     cp[3] =               m.midline.point(theta*2)
-    cp[2] = cp[3] + np.linalg.norm(cp[3]) * m.midline.dirn (theta*2)
-    return BezierSegment(cp)
-  def point(m, ix_u, t):
-    return m._beziers[ix_u].point_at_t(t)
+    ncp3 = np.linalg.norm(cp[3])
+    cpt = ncp3 * ncp3 / 4
+    cp2scale = m._cp2b.point_at_t(ncp3/2)
+    cp1scale = 1.0 * cpt + 0.33 * (1-cpt)
+    #print('u=%d ncp3=%f cp2scale=%f' % (u, ncp3, cp2scale),
+    #      file=sys.stderr)
+    cp[1] = cp[0] + cp1scale * m.edge   .dirn (theta)
+    cp[2] = cp[3] + cp2scale * m.midline.dirn (theta*2)
+    return constructor(cp)
+  def point(m, iu, t):
+    '''
+    0 <= iu <= nu     meaning 0 <= u <= 1
+                      along the extent (well, along the edge)
+                       0 and 1 are both the top half of the flat traverse
+                       0.5        is the bottom half of the flat traverse
+    0 <=  t   <= 1    across the half-traverse
+                       0 is the edge, 1 is the midline
+    '''
+    return np.array(m._beziers[iu].point_at_t(t))
+
+  def details(m, iu, t):
+    '''
+    returns tuple of 4 vectors:
+           - point location
+           - normal (+ve is in the +ve y direction at iu=t=0) unit vector
+           - along extent   (towrds +ve iu)                   unit vector
+           - along traverse (towards +ve t)                   unit vector
+    '''
+    if iu == m.nu:
+      return m.details(0, t)
+    p = m.point(iu, t)
+    vec_t = unit_v( m.point(iu, t + 0.01) - p )
+    if t == 0:
+      normal = m.edge.dirn(m._thetas[iu], extra_zeta=-tau/4)
+      vec_u = np.cross(vec_t, normal)
+    else:
+      vec_u = unit_v( m.point(iu+1, t) - p )
+      normal = np.cross(vec_u, vec_t)
+    return p, normal, vec_u, vec_t
+
+  def point_offset(m, iu, t, offset):
+    '''
+    offset by offset perpendicular to the surface
+     at the top (iu=t=0), +ve offset is in the +ve y direction
+    '''
+    p, normal, dummy, dummy = m.details(iu, t)
+    return p + offset * normal
+
+class Moebius():
+  def __init__(m, nv, nw):
+    '''
+      0 <= v <= nw    along the extent,    v=0 is the flat traverse
+      0 <= w <= nv    across the traverse  nw must be even
+      the top is both   v=0, w=0  v=nv, w=nw
+    '''
+    assert(nw % 1 == 0)
+    m.nv = nv
+    m.nw = nw
+    m.nt = nw/2
+    m._t_vals = np.linspace(0, 1, m.nt+1)
+    m.h = MoebiusHalf(nu=nv*2)
+
+  def _vw2tiu_kw(m, v, w):
+    if w <= m.nt:
+      it = w
+      iu = v
+    else:
+      it = m.nw - w
+      iu = m.nv + v
+    #print('v,w=%d,%d => it,iu=%d,%d' % (v,w,it,iu),
+    #      file=sys.stderr)
+    return { 't': m._t_vals[it], 'iu': iu }
+
+  def point(m, v, w):
+    return m.h.point(**m._vw2tiu_kw(v,w))
+
+  def point_offset(m, v, w, offset):
+    return m.h.point_offset(offset=
+                            offset if w <= m.nt else -offset,
+                            **m._vw2tiu_kw(v,w))
+
+  def details(m, v, w):
+    '''
+    returns tuple of 4 vectors:
+           - point location
+           - normal (+ve is in the +ve y direction at iu=t=0) unit vector
+           - along extent   (towrds +ve v)                    unit vector
+           - along traverse (towards +ve w)                   unit vector
+    '''
+    p, normal, vec_v, vec_w = m.h.details(**m._vw2tiu_kw(v,w))
+    if w > m.nt:
+      normal = -normal
+      vec_w  = -vec_w
+    return p, normal, vec_v, vec_w