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kabellaengen/lib/linesweep.py
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Python

from bisect import bisect_left, bisect_right,insort
import unittest
from collections import namedtuple
import math
from shapely.geometry import LineString, Point
from itertools import combinations
def find_intersections(horizontal_segments, vertical_segments, epsilon=0.0):
horizontal_segments.sort(key=lambda h: h[0][1]) # sortiere nach y
horizontal_ys = []
horizontal_x_ranges = []
for (x1, y), (x2, _) in horizontal_segments:
if x1 > x2:
x1, x2 = x2, x1
horizontal_ys.append(y)
horizontal_x_ranges.append((x1, x2))
intersections = []
for (x, y1), (_, y2) in vertical_segments:
if y1 > y2:
y1, y2 = y2, y1
for idx, y in enumerate(horizontal_ys):
if y1 - epsilon <= y <= y2 + epsilon:
x_start, x_end = horizontal_x_ranges[idx]
if x_start - epsilon <= x <= x_end + epsilon:
intersections.append((x, y))
return intersections
def find_all_intersections(segments):
# segments: List of ((x1, y1), (x2, y2))
lines = [LineString([p1, p2]) for p1, p2 in segments]
intersections = set()
for l1, l2 in combinations(lines, 2):
if l1.intersects(l2):
point = l1.intersection(l2)
if point.geom_type == "Point":
intersections.add((point.x, point.y))
elif point.geom_type == "MultiPoint":
for p in point.geoms:
intersections.add((p.x, p.y))
return list(intersections)
def find_touch_cut_close(segments, tol):
# segments: Liste aus ((x1, y1), (x2,y2)) mit 1=Anfang, 2=Ende
verbindungen = []
for i,(s1_start, s1_end) in enumerate(segments):
line1 = LineString([s1_start, s1_end])
for j, ([s2_start, s2_end]) in enumerate(segments):
if i >= j:
continue
line2 = LineString([s2_start,s2_end])
if line1.distance(line2) < tol:
verbindungen.append((i,j,line1.intersection(line2)))
return verbindungen
def find_touch_cut_close_ext(segments,tol):
# segments: Liste aus ((x1, y1), (x2,y2)) mit 1=Anfang, 2=Ende
verbindungen = []
for i,(s1_start, s1_end) in enumerate(segments):
line1 = LineString([s1_start, s1_end])
for j, ([s2_start, s2_end]) in enumerate(segments):
if i >= j:
continue
line2 = LineString([s2_start,s2_end])
#Prüfe Abstand
if line1.distance(line2) < tol:
schnitt = line1.intersection(line2) #Existiert tatsächlicher SP?
if schnitt.is_empty:
#Prüfen, welcher Endpunkt von Segment näer an line2
dist_start = Point(s2_start).distance(line1) #Abstand Statpunkt v. Linie1 zu Linie2
dist_end = Point(s2_end).distance(line1) #Abstand Endpunkt v. Linie 1 zu Linie2
if dist_start > dist_end:
line2_ext = extend_from_point(s2_start, s2_end)
else:
line2_ext =extend_from_point(s2_end, s2_start)
if dist_start < dist_end:
line1_ext = extend_from_point(s1_start, s1_end)
else:
line1_ext = extend_from_point(s1_end, s1_start)
schnitt_ext1 = line2_ext.intersection(line1)
schnitt_ext2 = line1_ext.intersection(line2)
if not schnitt_ext1.is_empty:
verbindungen.append((i,j,schnitt_ext1))
if not schnitt_ext2.is_empty:
verbindungen.append((i,j,schnitt_ext2))
else:
verbindungen.append((i,j,schnitt))
return verbindungen
def extend_from_point(p1, p2, max_extension=0.3):
"""Verlängert eine Linie von p1 in Richtung p2 um `max_extension`."""
dx = p2[0] - p1[0]
dy = p2[1] - p1[1]
length = math.hypot(dx, dy)
if length == 0:
return LineString([p1, p1]) # Kein Verlängern möglich
# Normierter Richtungsvektor * (ursprüngliche Länge + Verlängerung)
scale = (length + max_extension) / length
new_end = (p1[0] + dx * scale, p1[1] + dy * scale)
return LineString([p1, new_end])
# class TestSweepMethods(unittest.TestCase):
# def test_sweep(self):
# horizontal = [((1, 2), (5, 2)), ((3, 4), (7, 4))]
# vertical = [((4, 1), (4, 5)), ((6, 3), (6, 6))]
# a = find_intersections(horizontal, vertical)
# self.assertEqual( [(4,2),(4,4),(6,4)], a)
# def test_tol_hor(self):
# """Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
# schnittpunkt zwischen gegebener horizontalen und zu kurzen vertikalen
# """
# horizontal = [((0, 0), (10, 0))]
# vertical = [((4, 0.6), (4, 5)), ((6, 0.2), (6, 6)),((8,-0.2),(8, 4))]
# b = find_intersections(horizontal, vertical, 0.5)
# self.assertEqual( len(b), 2)
# self.assertEqual( [(6,0),(8,0)], b)
# def test_tol_ver(self):
# """Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
# schnittpunkt zwischen gegebener vertikalen und zu kurzen horizontalen
# """
# horizontal = [((0.2, 0), (9.8, 0))]
# vertical = [((0, 0), (0, 10)), ((10, 0), (10, 10))]
# b = find_intersections(horizontal, vertical, 0.5)
# self.assertEqual( len(b), 2)
# self.assertEqual( [(6,0),(8,0)], b)
# def test_tol_diag(self):
# """Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
# Horizontale mit Diagonalen
# """
# horizontal = [((0, 0), (5, 0))]
# diagonal = [((0, -5), (10, 5))]
# b = find_intersections(horizontal, diagonal, 0.5)
# self.assertEqual( len(b), 1)
# self.assertEqual( [(0,0),(0,0)], b)
# class TestScanLineAllgMethods(unittest.TestCase):
def test_sweep(self):
seks = [((1, 2), (5, 2)), ((3, 4), (7, 4)), ((4, 1), (4, 5)), ((6, 3), (6, 6))]
a = find_all_intersections(seks)
self.assertEqual( [(4,2),(4,4),(6,4)], a)
def test_tol_hor(self):
"""Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
schnittpunkt zwischen gegebener horizontalen und zu kurzen vertikalen
"""
seks = [((0, 0), (10, 0)), ((4, 0.6), (4, 5)), ((6, 0.2), (6, 6)),((8,-0.2),(8, 4))]
b = find_all_intersections(seks, 0.5)
self.assertEqual( len(b), 2)
self.assertEqual( [(6,0),(8,0)], b)
def test_tol_ver(self):
"""Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
schnittpunkt zwischen gegebener vertikalen und zu kurzen horizontalen
"""
seks = [((0.2, 0), (9.8, 0)), ((0, 0), (0, 10)), ((10, 0), (10, 10))]
b = find_all_intersections(seks, 0.5)
self.assertEqual( len(b), 2)
self.assertEqual( [(6,0),(8,0)], b)
def test_tol_diag(self):
"""Testet die Anzahl der Schnittpunkte bei gegebener Toleranz
Horizontale mit Diagonalen
"""
seks = [((0, 0), (5, 0)), ((0, -5), (10, 5))]
b = find_all_intersections(seks, 0.5)
self.assertEqual( len(b), 1)
self.assertEqual( [(6,0),(8,0)], b)
def test_shapely(self):
# Beispiel
segments = [
((0, 0), (4, 4)), # Diagonal /
((0, 4), (4, 0)), # Diagonal \
((2, -1), (2, 5)), # Vertikal
((-1, 2), (5, 2)) # Horizontal
]
result = find_all_intersections(segments)
print(result)
class TestShapely(unittest.TestCase):
def test_shapely(self):
#Test mit Strecken horizontal, vertikal, diagonal, Schnittpunkt u. Annaeherung
segments = [
((0, 0), (5, 0)), # Horizontale
((0, 0), (0, 5)), # Vertikale mit Schnitt Horizontal in 0,0
((0.25, 2), (5, 2)), # Horizontale mit 0.25 Abstand zu vertikaler
((0.25, 4), (4, 3)) # Diagonale \ mit 0.25 Abstand zu vertikaler und 1 zu horizontaler
]
result = find_touch_cut_close(segments, 0.5)
self.assertEqual(len(result),3)
def test_shapely_ext(self):
#Test mit Strecken horizontal, vertikal, diagonal, Schnittpunkt u. Annaeherung
segments = [
((0, 0), (5, 0)), # Horizontale
((0, 0), (0, 5)), # Vertikale mit Schnitt Horizontal in 0,0
((0.25, 2), (5, 2)), # Horizontale mit 0.25 Abstand zu vertikaler
((0.25, 4), (4, 3)), # Diagonale \ mit 0.25 Abstand zu vertikaler und 1 zu horizontaler
((5.10, -1), (5.1, 3)) # Vertikale mit 0,25 Abstand zu erster u zweiter Horizontalen
]
result = find_touch_cut_close_ext(segments, 0.5)
self.assertEqual(len(result),3)
if __name__ == '__main__':
unittest.main()