Aislo/common_util/common_util_cross_berm.py

"""절토 사면의 **계단(소단) 포함 꼭짓점**을 만든다 — 파이썬·TS 짝 (계획서 3-9).

짝: `common_util/common_util_cross_berm.ts`. 두 파일은 같은 값을 내야 하며
`tmp/tests/test_cross_berm_mirror.py` 가 그것을 지킨다.

**왜 따로 뺐나** — 소단이 들어가면 절토선이 「하나의 경사」가 아니라 **계단**이 된다.
지금 코드는 암 경계 무릎을 **하나만** 전제하는데(경계를 한 번 지나면 끝), 사용자가 소단을
겹쳐 놓을 수 있으므로 경계를 **여러 번** 오갈 수 있다. 그래서 무릎을 미리 한 번 구하는 대신
**바깥으로 걸어가며 그때그때 경사를 고르는** 방식으로 바꿨다. 소단이 없으면 종전과 같은
값이 나온다(거울 시험이 그것도 지킨다).

**소단 기본값** — 폭 0.5m · 간격(사면길이) 3.0m · 안쪽 기울기 2°.
· 폭·간격은 별표2 범위(사면길이 2~3m마다 · 폭 50~100㎝) 안에서 **가장 적게 파는 조합**이다.
  기본값은 되돌리기 쉬운 쪽이어야 한다 — 더 넣는 것은 폼에서 한 번이지만 이미 판 것을
  되돌리면 전 측점을 다시 계산해야 한다. 실효 경사로도 그렇다(경사 1:1 기준):
  폭 0.5·간격 3 → 1:1.24 / 폭 1.0·간격 3 → 1:1.47 / 폭 1.0·간격 2 → **1:1.71**.
  넓고 촘촘하면 설계 1:1 이 실제로는 1:1.7 로 서서 다른 비탈이 된다.
· 안쪽 기울기 기본값은 **0°**다(2026-09-07 사용자 재확정 — 처음 2° 로 잡았다가 바꿨다).
  기울이는 것 자체는 실무이나 **법령·교본 근거가 없어** 기본으로 넣지 않고 폼에서 받는다.
  그래서 지식DB 에도 적지 않는다(사용자 지시).
"""

import math
from typing import Callable, NamedTuple

# 소단 기본값 — 근거는 위 모듈 설명.
BERM_DEFAULT_WIDTH_M = 0.5
BERM_DEFAULT_INTERVAL_M = 3.0
BERM_DEFAULT_SLOPE_DEG = 0.0

# 사면을 따라 걸어가는 보폭(m)과 최대 거리 — 무릎 탐색이 쓰던 값과 같다.
_STEP_M = 0.05
_MAX_REACH_M = 200.0


class BermSpec(NamedTuple):
    """소단 제원 — 폭(m) · 간격(사면길이 m) · 안쪽 기울기(도)."""

    width_m: float = BERM_DEFAULT_WIDTH_M
    interval_m: float = BERM_DEFAULT_INTERVAL_M
    slope_deg: float = BERM_DEFAULT_SLOPE_DEG


def cut_profile_points(
    start_dist: float,
    start_z: float,
    cut_ratio: float,
    soil_cut_ratio: float,
    rock_boundary_z: Callable[[float], float] | None,
    berm: BermSpec | None,
    max_reach_m: float = _MAX_REACH_M,
    multi_knee: bool = False,
) -> list[tuple[float, float]]:
    """절토 사면 꼭짓점 `[(거리, 표고), ...]` — 사면 시작에서 바깥으로.

    `rock_boundary_z` 가 None 이면 2단계 절토가 아니므로 경사는 `cut_ratio` 하나다.
    있으면 걸어가며 경계를 만나는 자리에서 암(`cut_ratio`) → 토사(`soil_cut_ratio`)로 **한 번**
    꺾는다.

    `multi_knee` 가 거짓이면 **한 번만** 꺾는다(기존 규칙 그대로). 참이면 경계를 오갈 때마다
    꺾는다.

    ⚠ **소단이 있으면 반드시 참이어야 한다.** 소단은 평탄한데 경계선은 지반을 따라 올라가므로,
    폭 0.5m 짜리 소단 하나만 지나도 설계선이 경계 **아래로 되돌아가는 일이 흔하다**(지반이
    1:1 이면 경계는 0.5m 오르고 소단은 2°=0.017m 만 오른다). 한 번만 꺾으면 그 구간을 **암인데
    토사 경사로** 그려 절토가 조용히 커진다 — 경고도 안 뜬다(2026-09-07 배분 창 지적으로 확인).

    반대로 소단이 없을 때 참으로 두면 **지금 측점들의 설계가 같이 바뀐다**(실측: 물결 경계에서
    0.0016m). 그래서 기본값은 거짓이고, 소단을 줄 때만 참으로 켠다.

    `berm` 이 있으면 사면길이가 `interval_m` 에 닿을 때마다 폭 `width_m` 의 평탄부를 넣는다.
    평탄부는 안쪽이 낮도록 `slope_deg` 만큼 기울어 있어 바깥으로 갈수록 조금 올라간다
    (물이 노면 쪽으로 흐르게 — 소단측구를 놓는 자리다).

    꼭짓점만 돌려준다 — 경사가 바뀌는 점과 소단 모서리뿐이라 사이는 직선이다.
    """
    points: list[tuple[float, float]] = [(start_dist, start_z)]
    dist, elevation = start_dist, start_z
    slant_since_berm = 0.0
    limit = start_dist + max_reach_m
    berm_rise = (
        math.tan(math.radians(berm.slope_deg)) * berm.width_m
        if berm is not None and berm.width_m > 0
        else 0.0
    )
    # 시작부터 경계 위면 처음부터 토사다(기존 `knee` 의 첫 판정과 같다).
    in_soil = rock_boundary_z is None or elevation >= rock_boundary_z(dist)
    ratio = soil_cut_ratio if (rock_boundary_z is not None and in_soil) else cut_ratio

    while dist < limit:
        rise = _STEP_M / ratio
        slant = math.hypot(_STEP_M, rise)

        # ① 소단 자리가 먼저 오나 — 남은 사면길이만큼만 올라가 정확히 맞춘다.
        if berm is not None and berm.interval_m > 0 and slant_since_berm + slant >= berm.interval_m:
            remain = max(berm.interval_m - slant_since_berm, 0.0)
            run = remain / math.hypot(1.0, 1.0 / ratio)
            dist += run
            elevation += run / ratio
            points.append((dist, elevation))  # 소단 안쪽 모서리
            dist += berm.width_m
            elevation += berm_rise
            points.append((dist, elevation))  # 소단 바깥 모서리
            slant_since_berm = 0.0
            continue

        next_dist = dist + _STEP_M
        next_z = elevation + rise

        # ② 경계를 지나는 자리(무릎) — 교차점을 보간해 정확히 찍고 경사를 바꾼다.
        #    `multi_knee` 가 거짓이면 암 → 토사 한 번만 본다(기존 규칙).
        if rock_boundary_z is not None and (multi_knee or not in_soil):
            diff_now = elevation - rock_boundary_z(dist)
            diff_next = next_z - rock_boundary_z(next_dist)
            crossed = (diff_next >= 0) if not in_soil else (diff_next < 0)
            if crossed:
                span = diff_next - diff_now
                share = (-diff_now) / span if abs(span) > 1e-12 else 0.0
                share = min(max(share, 0.0), 1.0)
                knee_dist = dist + _STEP_M * share
                knee_z = elevation + rise * share
                slant_since_berm += math.hypot(knee_dist - dist, knee_z - elevation)
                dist, elevation = knee_dist, knee_z
                points.append((dist, elevation))  # 무릎
                in_soil = not in_soil
                ratio = soil_cut_ratio if in_soil else cut_ratio
                continue

        dist, elevation = next_dist, next_z
        slant_since_berm += slant

    points.append((dist, elevation))
    return _dedupe(points)


def fill_profile_points(
    start_dist: float,
    start_z: float,
    fill_ratio: float,
    berm: BermSpec | None,
    max_reach_m: float = _MAX_REACH_M,
) -> list[tuple[float, float]]:
    """성토 사면 꼭짓점 `[(거리, 표고), ...]` — 사면 시작에서 바깥으로 **내려간다**.

    절토와 달리 경사가 하나뿐이라 무릎이 없다(암 경계는 절토만 본다). 소단은 같은 규칙 —
    사면길이가 `interval_m` 에 닿을 때마다 폭 `width_m` 의 평탄부를 넣고, 그 평탄부는
    안쪽이 낮도록 `slope_deg` 만큼 기울어 **바깥으로 갈수록 조금 올라간다**(물이 노면 쪽으로).
    """
    points: list[tuple[float, float]] = [(start_dist, start_z)]
    dist, elevation = start_dist, start_z
    slant_since_berm = 0.0
    limit = start_dist + max_reach_m
    berm_rise = (
        math.tan(math.radians(berm.slope_deg)) * berm.width_m
        if berm is not None and berm.width_m > 0
        else 0.0
    )
    ratio = max(fill_ratio, 1e-6)

    while dist < limit:
        drop = _STEP_M / ratio
        slant = math.hypot(_STEP_M, drop)
        if berm is not None and berm.interval_m > 0 and slant_since_berm + slant >= berm.interval_m:
            remain = max(berm.interval_m - slant_since_berm, 0.0)
            run = remain / math.hypot(1.0, 1.0 / ratio)
            dist += run
            elevation -= run / ratio
            points.append((dist, elevation))  # 소단 안쪽 모서리
            dist += berm.width_m
            elevation += berm_rise
            points.append((dist, elevation))  # 소단 바깥 모서리
            slant_since_berm = 0.0
            continue
        dist += _STEP_M
        elevation -= drop
        slant_since_berm += slant

    points.append((dist, elevation))
    return _dedupe(points)


def _dedupe(points: list[tuple[float, float]]) -> list[tuple[float, float]]:
    """같은 자리 꼭짓점을 지운다 — 보간이 0 나눗셈을 만나지 않게."""
    out: list[tuple[float, float]] = []
    for point in points:
        if out and abs(point[0] - out[-1][0]) < 1e-9 and abs(point[1] - out[-1][1]) < 1e-9:
            continue
        out.append(point)
    return out


def elevation_at(points: list[tuple[float, float]], dist: float) -> float:
    """꼭짓점 목록에서 거리 하나의 표고 — 사이는 직선 보간, 끝은 마지막 경사 연장."""
    if not points:
        return 0.0
    if dist <= points[0][0]:
        return points[0][1]
    for index in range(1, len(points)):
        x0, z0 = points[index - 1]
        x1, z1 = points[index]
        if dist > x1 + 1e-12:
            continue
        span = x1 - x0
        if span <= 1e-12:
            return z1
        return z0 + (z1 - z0) * ((dist - x0) / span)
    # 끝을 넘어가면 마지막 두 점의 기울기로 잇는다.
    x0, z0 = points[-2] if len(points) > 1 else points[-1]
    x1, z1 = points[-1]
    span = x1 - x0
    if span <= 1e-12:
        return z1
    return z1 + (z1 - z0) / span * (dist - x1)