Merge: Functional api
[nit.git] / lib / geometry / points_and_lines.nit
index 303aae1..22d2c51 100644 (file)
 # See the License for the specific language governing permissions and
 # limitations under the License.
 
-# Provides interfaces and classes to represent basic geometry needs.
-module points_and_lines
+# Interfaces and classes to represent basic geometry needs.
+module points_and_lines is serialize
 
-# An abstract 2d point, strongly linked to its implementation `Point`
+import serialization
+
+# Abstract 2d point, strongly linked to its implementation `Point`
 interface IPoint[N: Numeric]
-       # horizontal coordinate
+
+       # Horizontal coordinate
        fun x: N is abstract
-       # vertical coordinate
+
+       # Vertical coordinate
        fun y: N is abstract
 
        redef fun to_s do return "({x}, {y})"
+
+       # Distance with `other`
+       #
+       # ~~~
+       # var p0 = new Point[Float](0.0, 0.0)
+       # var p1 = new Point[Float](2.0, 3.0)
+       # assert p0.dist(p1).is_approx(3.6, 0.01)
+       # ~~~
+       #
+       # If `self` or `other` are in 3D, the distance takes into account the 3 axes.
+       # For a 2D point, the Z coordinate is considered to be 0.
+       #
+       # ~~~
+       # var p2 = new Point3d[Float](0.0, 0.0, 0.0)
+       # var p3 = new Point3d[Float](2.0, 3.0, 4.0)
+       # var p4 = new Point[Float](2.0, 3.0)
+       # assert p2.dist(p3).is_approx(5.385, 0.01)
+       # assert p2.dist(p4).is_approx(3.606, 0.01)
+       # ~~~
+       fun dist(other: Point[Numeric]): N
+       do
+               return x.value_of(dist2(other).to_f.sqrt)
+       end
+
+       # Square of the distance with `other`
+       #
+       # May be used as an approximation to compare distance between two points.
+       #
+       # ~~~
+       # var p0 = new Point[Float](0.0, 0.0)
+       # var p1 = new Point[Float](2.0, 3.0)
+       # assert p0.dist2(p1) == 13.0
+       # ~~~
+       #
+       # If `self` or `other` are in 3D, the distance takes into account the 3 axes.
+       # For a 2D point, the Z coordinate is considered to be 0.
+       #
+       # ~~~
+       # var p2 = new Point3d[Float](0.0, 0.0, 0.0)
+       # var p3 = new Point3d[Float](2.0, 3.0, 4.0)
+       # var p4 = new Point[Float](2.0, 3.0)
+       # assert p2.dist2(p3).is_approx(29.0, 0.01)
+       # assert p2.dist2(p4).is_approx(13.0, 0.01)
+       # assert p4.dist2(p2).is_approx(13.0, 0.01)
+       # ~~~
+       fun dist2(other: Point[Numeric]): N
+       do return x.value_of(other.dist2_with_2d(self))
+
+       private fun dist2_with_2d(other: IPoint[Numeric]): Numeric
+       do return dist2_xy(other)
+
+       private fun dist2_with_3d(other: IPoint3d[Numeric]): Numeric
+       do return dist2_xy(other).add(other.z.mul(other.z))
+
+       # Square of the distance with `other` on the X and Y axes
+       private fun dist2_xy(other: IPoint[N]): N
+       do
+               var dx = other.x.sub(x)
+               var dy = other.y.sub(y)
+               var s = (dx.mul(dx)).add(dy.mul(dy))
+               return x.value_of(s)
+       end
+
+       # Linear interpolation between `self` and `other` at `p` out of `1.0`
+       #
+       # ~~~
+       # var p0 = new Point[Float](0.0, 0.0)
+       # var p1 = new Point[Float](2.0, 3.0)
+       # assert p0.lerp(p1, 0.0) == p0
+       # assert p0.lerp(p1, 1.0) == p1
+       # assert p0.lerp(p1, 0.5) == new Point[Float](1.0, 1.5)
+       # ~~~
+       #
+       # TODO 3D implementation.
+       fun lerp(other: Point[Numeric], p: Float): Point[N]
+       do
+               var xx = x.to_f + (other.x.to_f - x.to_f).to_f * p
+               var yy = y.to_f + (other.y.to_f - y.to_f).to_f * p
+               return new Point[N](x.value_of(xx), y.value_of(yy))
+       end
+
+       redef fun ==(o) do return o isa IPoint[Numeric] and o.x == x and o.y == y
 end
 
-# A 2d point and an implementation of `IPoint`
+# 2D point with `x` and `z`
 class Point[N: Numeric]
        super IPoint[N]
 
-       redef var x: N
-       redef var y: N
+       redef var x: N = 0.0 is writable, optional
+       redef var y: N = 0.0 is writable, optional
 end
 
-# An abstract 3d point, strongly linked to its implementation `Point3d`
+# Abstract 3d point, strongly linked to its implementation `Point3d`
 interface IPoint3d[N: Numeric]
        super IPoint[N]
 
-       # depth coordinate
+       # Depth coordinate
        fun z: N is abstract
 
        redef fun to_s do return "({x}, {y}, {z})"
+
+       redef fun dist2(other)
+       do return x.value_of(other.dist2_with_3d(self))
+
+       redef fun dist2_with_2d(other)
+       do return dist2_xy(other).add(z.mul(z))
+
+       redef fun dist2_with_3d(other)
+       do
+               var dz = other.z.sub(z)
+               var s = dist2_xy(other).add(dz.mul(dz))
+               return x.value_of(s)
+       end
+
+       # Get a new `Point3d[Float]` at an offset of `x, y, z` from `self`
+       #
+       # ~~~
+       # var origin = new Point3d[Float](1.0, 1.0, 1.0)
+       # assert origin.offset(1.0, 2.0, 3.0).to_s == "(2.0, 3.0, 4.0)"
+       # ~~~
+       fun offset(x, y, z: Numeric): Point3d[Float]
+       do return new Point3d[Float](self.x.to_f+x.to_f,
+                                    self.y.to_f+y.to_f,
+                                    self.z.to_f+z.to_f)
 end
 
-# A 3d point and an implementation of `IPoint3d`
+# 3D point with `x`, `y` and `z`
 class Point3d[N: Numeric]
        super IPoint3d[N]
        super Point[N]
 
-       redef var z: N
+       redef var z: N = 0.0 is writable, optional
 end
 
-# An abstract 2d line segment
+# Abstract 2D line segment between two ordered points
 interface ILine[N: Numeric]
        # The type of points that ends the segment
        type P: IPoint[N]
 
-       # The point that is the left-end of the segment
+       # Point at the left-end of the segment
        fun point_left: P is abstract
 
-       # The point that is the right-end of the segment
+       # Point at the right-end of the segment
        fun point_right: P is abstract
 
        redef fun to_s do return "{point_left}--{point_right}"
 end
 
-# A 2d line segment
+# 2D line segment between two ordered points
 class Line[N: Numeric]
        super ILine[N]
 
-       redef var point_left: P
-       redef var point_right: P
+       redef var point_left
+       redef var point_right
 
        init
        do
@@ -83,17 +193,16 @@ class Line[N: Numeric]
                        point_right = a
                end
        end
-
 end
 
-# An abstract 3d line segment
+# Abstract 3D line segment between two ordered points
 interface ILine3d[N: Numeric]
        super ILine[N]
 
        redef type P: IPoint3d[N]
 end
 
-# A 3d line segment
+# 3D line segment between two ordered points
 class Line3d[N: Numeric]
        super Line[N]
        super ILine3d[N]