Aislo/B04_PreProcess/logic/B04_PreProcess_UI_MapGl_Frame.ts

/* =============================================================================
 * B04_PreProcess_UI_MapGl_Frame.ts
 * GL 바탕이 TM 주인 화면을 따라가는 셈(PLAN 589-2) — B04 하단 지도 · B05 평면 노선 편집 · 배수유역도.
 *   카메라 = 위성 그림 행렬(589-1 `imageScreenMatrix`)과 같은 길을 화면 가운데에서 1차로 맞춘 웹 메르카토르
 *   가운데 · 줌 · 돌림(MapLibre 세계 512 px · 돌림 = 동쪽이 화면에서 도는 각의 반대).
 *   TM 겹 → 경위도 = 고를 칸 `toNorm` 되돌림(고정 기울기 되풀이 · 격자가 거의 1차라 몇 번에 1 mm 안).
 *   순수 셈 — 화면 · fetch 없음.
 * ========================================================================== */

import type { VWorldMeta } from "../B04_PreProcess_Api_Fetch";
import type { Normalizer, PreparedLayer } from "../B04_PreProcess_UI_MapRender";
import { imageScreenMatrix, normOfLonLat } from "./B04_PreProcess_UI_MapRender_Prepare";

export interface GlCamera {
  center: [number, number];
  zoom: number;
  bearing: number;
  /**
   * 지도 칸 CSS 행렬 `[a, b, c, d]`(칸 가운데 축) — MapLibre 는 닮음꼴(확대 · 돌림)만 그리므로 남는 늘림
   * (웹 메르카토르 px 가로세로가 땅과 0.4 % 다름 · 1 − M/N)을 칸에 줌. 늘이기만(고윳값 ≥ 1) — 칸 둘레 여유로 빈틈 없음.
   */
  css: [number, number, number, number];
}

const IMAGE = 2 ** 20;
const latOfMercator = (m: number): number => (Math.atan(Math.exp(m)) * 360) / Math.PI - 90;
const mercatorOf = (lat: number): number => Math.log(Math.tan(Math.PI / 4 + (lat * Math.PI) / 360));

/** 지금 화면(정규화 → 화면 px · 돌림 포함)에 맞는 GL 카메라 — 못 셈이면 null. */
export function glCameraOf(
  meta: VWorldMeta,
  normalizer: Normalizer,
  toScreen: (nx: number, ny: number) => [number, number],
  width: number,
  height: number,
): GlCamera | null {
  // 가상 그림(한 변 IMAGE px) — 행렬 셈의 미분 간격(0.5 px)이 상자 백만 분의 일이 되게
  const [a, b, c, d, e, f] = imageScreenMatrix(
    meta,
    normalizer,
    IMAGE,
    IMAGE,
    toScreen,
    width / 2,
    height / 2,
  );
  const det = a * d - b * c;
  const lonRange = meta.lon_max - meta.lon_min;
  const mTop = mercatorOf(meta.lat_max);
  const mSpan = mTop - mercatorOf(meta.lat_min);
  if (!Number.isFinite(det) || Math.abs(det) < 1e-18 || !lonRange || !mSpan) return null;
  const ex = width / 2 - e;
  const ey = height / 2 - f;
  const u = (d * ex - c * ey) / det / IMAGE;
  const v = (a * ey - b * ex) / det / IMAGE;
  // 화면 px / 세계 px(줌 0 = 512) — 열 = 세계 동 · 남
  const ku = (lonRange / IMAGE / 360) * 512;
  const kv = (mSpan / IMAGE / (2 * Math.PI)) * 512;
  const m = [a / ku, b / ku, c / kv, d / kv];
  // 극 분해 — 돌림 R · 대칭 늘림 P(작은 늘림 = 1 이 되게 줌을 고름)
  const turn = Math.atan2(m[1] - m[2], m[0] + m[3]);
  const cos = Math.cos(turn);
  const sin = Math.sin(turn);
  // P = Rᵀ M
  const p = [
    cos * m[0] + sin * m[1],
    -sin * m[0] + cos * m[1],
    cos * m[2] + sin * m[3],
    -sin * m[2] + cos * m[3],
  ];
  const trace = (p[0] + p[3]) / 2;
  const least = trace - Math.hypot((p[0] - p[3]) / 2, (p[1] + p[2]) / 2);
  if (!(least > 0)) return null;
  // 칸 행렬 T = M Rᵀ / 작은 늘림 = R P Rᵀ / 작은 늘림
  const css: [number, number, number, number] = [
    (m[0] * cos - m[2] * sin) / least,
    (m[1] * cos - m[3] * sin) / least,
    (m[0] * sin + m[2] * cos) / least,
    (m[1] * sin + m[3] * cos) / least,
  ];
  return {
    center: [meta.lon_min + u * lonRange, latOfMercator(mTop - v * mSpan)],
    zoom: Math.log2(least),
    bearing: -(turn * 180) / Math.PI,
    css,
  };
}

/** 정규화(TM 자리) → 경위도 — `normOfLonLat` 되돌림. 상자 기울기로 되풀이(1차에 가까워 다섯 번이면 넉넉). */
export function lonLatOfNormFn(
  normalizer: Normalizer,
): (nx: number, ny: number) => [number, number] {
  const { lonMin, latMin, lonRange, latRange } = normalizer;
  const latMax = latMin + latRange;
  // 상자 기울기(정규화 1 당 경위도) — 같은 네모 식이면 곧바로 맞음
  const [x00, y00] = normOfLonLat(normalizer, lonMin, latMax);
  const [x10, y10] = normOfLonLat(normalizer, lonMin + lonRange, latMax);
  const [x01, y01] = normOfLonLat(normalizer, lonMin, latMin);
  const ja = (x10 - x00) / lonRange;
  const jb = (y10 - y00) / lonRange;
  const jc = (x01 - x00) / -latRange;
  const jd = (y01 - y00) / -latRange;
  const det = ja * jd - jb * jc || 1;
  return (nx, ny) => {
    let lon = lonMin + nx * lonRange;
    let lat = latMax - ny * latRange;
    for (let step = 0; step < 5; step += 1) {
      const [x, y] = normOfLonLat(normalizer, lon, lat);
      const dx = nx - x;
      const dy = ny - y;
      lon += (jd * dx - jc * dy) / det;
      lat += (ja * dy - jb * dx) / det;
      if (Math.abs(dx) + Math.abs(dy) < 1e-12) break;
    }
    return [lon, lat];
  };
}

type LonLat = [number, number];
type Box = readonly [minX: number, minY: number, maxX: number, maxY: number];

/** 선분 [p, q] 를 상자에 자름(리앙-바스키) — 밖이면 null. */
function clipSegment(
  px: number,
  py: number,
  qx: number,
  qy: number,
  box: Box,
): [number, number, number, number] | null {
  let t0 = 0;
  let t1 = 1;
  const dx = qx - px;
  const dy = qy - py;
  const edges: [number, number][] = [
    [-dx, px - box[0]],
    [dx, box[2] - px],
    [-dy, py - box[1]],
    [dy, box[3] - py],
  ];
  for (const [p, q] of edges) {
    if (p === 0) {
      if (q < 0) return null;
      continue;
    }
    const r = q / p;
    if (p < 0) t0 = Math.max(t0, r);
    else t1 = Math.min(t1, r);
    if (t0 > t1) return null;
  }
  return [px + t0 * dx, py + t0 * dy, px + t1 * dx, py + t1 * dy];
}

/** 정규화 점렬 → 상자 안 조각들(상자 없으면 통째). */
function runsOf(coords: ArrayLike<number>, closed: boolean, box?: Box): number[][] {
  const n = coords.length / 2;
  const points: number[] = Array.from(coords);
  if (closed && n > 2) points.push(coords[0], coords[1]);
  if (!box) return [points];
  const runs: number[][] = [];
  let run: number[] = [];
  for (let i = 0; i + 3 < points.length; i += 2) {
    const cut = clipSegment(points[i], points[i + 1], points[i + 2], points[i + 3], box);
    if (!cut) {
      if (run.length >= 4) runs.push(run);
      run = [];
      continue;
    }
    const [ax, ay, bx, by] = cut;
    const last = run.length;
    if (!last || run[last - 2] !== ax || run[last - 1] !== ay) {
      if (last >= 4) runs.push(run);
      run = [ax, ay];
    }
    run.push(bx, by);
  }
  if (run.length >= 4) runs.push(run);
  return runs;
}

/**
 * 준비한 겹(정규화 · TM 자리) → GL 경위도 GeoJSON. 선 = LineString(닫힌 것은 첫 점 다시) · 점 = MultiPoint ·
 * 성질 `level` = 표고(없으면 뺌). `box`(정규화) = 그 안만(B05 LAS 등고선이 있는 데까지 · 0-9 ⑮).
 */
export function preparedToGeoJson(
  layer: PreparedLayer,
  toLonLat: (nx: number, ny: number) => LonLat,
  box?: Box,
): { type: "FeatureCollection"; features: unknown[] } {
  const features: unknown[] = [];
  for (const feature of layer.features) {
    const properties = feature.labelValue === null ? {} : { level: feature.labelValue };
    for (const part of feature.parts) {
      if (feature.kind === "point") {
        const coordinates: LonLat[] = [];
        for (let i = 0; i + 1 < part.coords.length; i += 2) {
          const x = part.coords[i];
          const y = part.coords[i + 1];
          if (box && (x < box[0] || x > box[2] || y < box[1] || y > box[3])) continue;
          coordinates.push(toLonLat(x, y));
        }
        if (coordinates.length)
          features.push({
            type: "Feature",
            properties,
            geometry: { type: "MultiPoint", coordinates },
          });
        continue;
      }
      for (const run of runsOf(part.coords, part.closed, box)) {
        if (run.length < 4) continue;
        const coordinates: LonLat[] = [];
        for (let i = 0; i < run.length; i += 2) coordinates.push(toLonLat(run[i], run[i + 1]));
        features.push({
          type: "Feature",
          properties,
          geometry: { type: "LineString", coordinates },
        });
      }
    }
  }
  return { type: "FeatureCollection", features };
}

/** 점이 고리 안인가(짝홀). */
function inside(x: number, y: number, ring: ReadonlyArray<readonly [number, number]>): boolean {
  let hit = false;
  for (let i = 0, j = ring.length - 1; i < ring.length; j = i++) {
    const [xi, yi] = ring[i];
    const [xj, yj] = ring[j];
    if (yi > y !== yj > y && x < ((xj - xi) * (y - yi)) / (yj - yi) + xi) hit = !hit;
  }
  return hit;
}

/**
 * 고리 목록(조각 · 구멍 섞임 · 캔버스 `evenodd`) → GeoJSON 다각형들 — 몇 겹 안에 드나(짝 = 바깥 · 홀 = 구멍)로
 * 구멍을 제 바깥에 붙임. 같은 칠 = 캔버스 짝홀 채움.
 */
export function ringsToPolygons(
  rings: ReadonlyArray<ReadonlyArray<readonly [number, number]>>,
): LonLat[][][] {
  const usable = rings.filter((ring) => ring.length >= 3);
  const depth = usable.map((ring, i) =>
    usable.reduce(
      (count, other, j) => count + (i !== j && inside(ring[0][0], ring[0][1], other) ? 1 : 0),
      0,
    ),
  );
  const polygons: LonLat[][][] = [];
  const owner = new Map<number, number>();
  usable.forEach((ring, i) => {
    if (depth[i] % 2) return;
    owner.set(i, polygons.length);
    polygons.push([ring.map(([x, y]) => [x, y] as LonLat)]);
  });
  usable.forEach((ring, i) => {
    if (!(depth[i] % 2)) return;
    // 제 바깥 = 저를 품은 고리 중 한 겹 얕은 것
    const parent = usable.findIndex(
      (other, j) => depth[j] === depth[i] - 1 && inside(ring[0][0], ring[0][1], other),
    );
    const at = owner.get(parent);
    if (at !== undefined) polygons[at].push(ring.map(([x, y]) => [x, y] as LonLat));
  });
  return polygons;
}