Aislo/B05_Profile/B05_Profile_Engine_RouteInitial_Merge.py

"""추천 초기노선 같은 쪽 곡선 합치기 · 직접 잼(PLAN 406 · 요구 251-2).

`B05_Profile_Engine_RouteInitial_Pool._trace` 가 큰 R 판 뒤 · 측점 맞춤 앞에서 부름. 노선 추천
후보만 — 손 편집 · 옛 노선 · 예상노선 추적(전처리 초기값) · 공용 선 짜기 짝은 안 거침.

합치기(`merge_same_side`) = 같은 쪽으로 도는 이웃 꺾임점 둘 → 바깥 두 직선 교점 하나(큰 단곡선 ·
사이 직선 없어짐) · 되풀이. 반대 방향(S자) 이웃은 안 합침(사이 직선 남김). 접선 규칙은 그대로
(앞뒤 직선 절반 · 398-4 안 함). 고르는 차례 = 지금 선에서 덜 벗어나는 합치기부터.

거리 한도(이탈 m) 없음 — 「원래 선」이 없어 한도가 대신하던 것을 직접 잰다(`Guard`):
  · 탐색 복도(`CORRIDOR_M`) 안 · 계류 버퍼 안 나란히(`along`) 안 늘어남 · 최소 R(별표2) 이상.
  · 옮긴 조각이 같은 자리 옛 조각보다 지반 기울기 상한을 더 넘지 않음(`GRADE_NOISE`) · 토공
    가늠이 `EARTH_TOL` 넘게 늘지 않음 · 비중 계산이면 예상노선 이격도(`keeping_offset`).
  · 합친 곡선은 MC 가 측점 사이 어디에 떨어져도 IP 를 밀어 측점에 놓은 꼴이 잼을 지나야 함
    (`PLACE_OFFSETS_M` · 측점 맞춤이 합친 곡선을 늘 측점에 · 합치기 풀기 없음).
  · 합치기는 노선 전체 잣대(`route_metrics`)도 — 넘은 곳 수 · 기울기 넘은 곳 안 늘어남 · 최대
    기울기 `GRADE_TOL_PCT` · 절성토 `TOTAL_EARTH_TOL` 안(합치기 전 선 기준 · 되풀이해도 누적 안 됨).
큰 R(`..._Radius.widen`) · 측점 맞춤(`..._Station`)도 같은 `Guard` 로 잰다(거리 한도 대신).
"""

from __future__ import annotations

import copy
import math
from collections.abc import Callable
from typing import Any

import numpy as np
import shapely
from shapely.geometry import LineString

from B05_Profile.B05_Profile_Engine_RouteInitial_Metrics import SAMPLE_M, STATION_M, _resample
from B05_Profile.B05_Profile_Engine_RouteInitial_Radius import _flat
from B05_Profile.B05_Profile_Engine_RouteInitial_Search import (
    CORRIDOR_M,
    ROAD_WIDTH_M,
    STREAM_CROSS_COS,
    SearchGrid,
)
from B05_Profile.B05_Profile_Engine_RouteInitial_Station import _corner, _Reference
from common_util.common_util_route_polyline import (
    PlannedPolyline,
    _inner_angle_deg,
    _line_intersection,
    _turn_sign,
    build_planned_polyline,
)

Xy = tuple[float, float]
Route = tuple[Any, dict[str, Any]]

# 옮긴 조각 토공 가늠(탐색 몫 · 옆경사 단면)이 옛 조각보다 늘어도 되는 몫 · 바닥(㎥ · 짧은 조각)
EARTH_TOL = 0.05
EARTH_FLOOR_M3 = 5.0
# 옮긴 조각 지반 기울기가 상한을 더 넘어도 「안 늘어남」으로 볼 잴 잡음(비율 · 0.2 %p)
GRADE_NOISE = 0.002
# 합치기 노선 전체 잣대 — 최대 기울기(%p) · 절성토 늘어도 되는 몫
GRADE_TOL_PCT = 0.5
TOTAL_EARTH_TOL = 0.02
# R 후보 수(자리 R ~ 최소 R 사이 · 큰 것부터)
RADIUS_STEPS = 12
# 합친 곡선 MC 가 앞 측점에서 이만큼(m) 뒤일 때 — 앞 측점으로 당기거나(−t) 뒤 측점으로 미는(20 − t)
# 놓기 하나는 직접 잼을 지나야 함(측점 맞춤이 IP 를 들어오는 접선 따라 밂 · 합치기 풀기 없음)
PLACE_OFFSETS_M = (0.0, 5.0, 10.0, 15.0)
# 잰 조각 기억 수 — 측점 맞춤 단계 · 되돌림이 같은 조각을 자주 다시 잼
SEEN_LIMIT = 200_000


def _mid(a: Xy, b: Xy) -> Xy:
    return ((a[0] + b[0]) / 2, (a[1] + b[1]) / 2)


class Guard:
    """거리 한도 대신 직접 잼 — 옮긴 조각이 같은 자리 옛 조각보다 나빠지지 않나(탐색 격자 잣대)."""

    def __init__(self, grid: SearchGrid, limit: float) -> None:
        self.grid, self.limit = grid, limit
        stream = np.where(np.isfinite(grid.d_stream), grid.d_stream, 1e9)
        # 겹쳐 놓은 칸 값(잼마다 보간기를 새로 안 짬)
        expected = np.minimum(grid.d_expected, CORRIDOR_M)
        self.fields = np.stack(
            [grid.z, grid.grad_x, grid.grad_y, grid.away_x, grid.away_y, stream, expected]
        )
        # 예상노선 이격도 잼(비중 계산 · 예상 몫 있을 때 — 그 갈래 잣대 · `keeping_offset`)
        self.offset = False
        self.seen: dict[bytes, tuple[float, float, float, bool]] = {}  # 같은 조각 다시 안 잼

    def _sample(self, xy: np.ndarray) -> np.ndarray:
        """칸 값 [7, n] — 쌍선형(격자 밖은 가장자리 칸)."""
        grid, fields = self.grid, self.fields
        rows_n, cols_n = fields.shape[1:]
        r = np.clip((xy[:, 1] - grid.ys[0]) / grid.cell, 0.0, rows_n - 1.0)
        c = np.clip((xy[:, 0] - grid.xs[0]) / grid.cell, 0.0, cols_n - 1.0)
        r0 = np.minimum(r.astype(int), rows_n - 2)
        c0 = np.minimum(c.astype(int), cols_n - 2)
        fr, fc = r - r0, c - c0
        return (
            fields[:, r0, c0] * (1 - fr) * (1 - fc)
            + fields[:, r0 + 1, c0] * fr * (1 - fc)
            + fields[:, r0, c0 + 1] * (1 - fr) * fc
            + fields[:, r0 + 1, c0 + 1] * fr * fc
        )

    def keeping_offset(self) -> Guard:
        """예상노선 이격도 안 늘게 재는 판(잰 조각 기억은 함께 씀)."""
        twin = copy.copy(self)
        twin.offset = True
        return twin

    def _look(self, points: list[Xy]) -> tuple[float, float, float, bool, float]:
        """(기울기 넘은 만큼 · 토공 가늠 ㎥ · 계류 버퍼 안 나란히 m · 복도 안 · 예상노선 이격 ㎡) —
        탐색 몫과 같은 셈(`SearchGrid.objectives` 이격 · 토공 · 계류 몫) · 기울기는 20 m 사이 고른
        지반(비교값 잣대)."""
        key = np.round(np.asarray(points, dtype=float), 3).tobytes()
        if key in self.seen:
            return self.seen[key]
        if len(self.seen) >= SEEN_LIMIT:
            self.seen.clear()
        grid = self.grid
        xy, chain = _resample(points, SAMPLE_M)
        if len(xy) < 2:
            return 0.0, 0.0, 0.0, True, 0.0
        z = self._sample(xy)[0]
        span = min(int(round(STATION_M / SAMPLE_M)), len(z) - 1)
        run = np.maximum(chain[span:] - chain[:-span], 1e-9)
        excess = max(0.0, float((np.abs(z[span:] - z[:-span]) / run).max()) - self.limit)
        cols = np.rint((xy[:, 0] - grid.xs[0]) / grid.cell).astype(int)
        rows = np.rint((xy[:, 1] - grid.ys[0]) / grid.cell).astype(int)
        rows_n, cols_n = grid.corridor.shape
        inside = bool(
            ((cols >= 0) & (cols < cols_n) & (rows >= 0) & (rows < rows_n)).all()
            and grid.corridor[rows, cols].all()
        )
        step = np.diff(xy, axis=0)
        length = np.maximum(np.hypot(step[:, 0], step[:, 1]), 1e-9)
        _, gx, gy, ax, ay, stream, offset = self._sample(0.5 * (xy[1:] + xy[:-1]))
        over = np.maximum(0.0, np.abs(np.diff(z)) / length - self.limit)
        cross = np.abs(-gx * step[:, 1] + gy * step[:, 0]) / length
        earth = ROAD_WIDTH_M**2 * cross / 4.0 + ROAD_WIDTH_M * over * 10.0
        size = np.hypot(ax, ay)
        across = np.abs(ax * step[:, 0] + ay * step[:, 1]) >= STREAM_CROSS_COS * length * size
        along = (stream < grid.stream_offset_m) & ~across & (size > 1e-6)
        found = (
            excess,
            float((earth * length).sum()),
            float(length[along].sum()),
            inside,
            float((offset * length).sum()),
        )
        self.seen[key] = found
        return found

    def judge(
        self, local: list[Xy], reference: list[Xy]
    ) -> tuple[bool, tuple[bool, float, float, float]]:
        """(지나나, 자리 고르기 잣대) — 지남 = 복도 안 · 계류 나란히 · 기울기 넘음 안 늘어남 · 토공
        `EARTH_TOL` 안(`offset` 이면 예상노선 이격도 같은 폭). 잣대(작을수록 좋음) = 복도 밖 ·
        늘어난 계류 나란히(m) · 더 넘은 기울기 · 늘어난 토공 가늠(㎥)."""
        excess, earth, along, inside, offset = self._look(local)
        old_excess, old_earth, old_along, _, old_offset = self._look(reference)
        passed = (
            inside
            and excess <= old_excess + GRADE_NOISE
            and along <= old_along + 1e-6
            and earth <= old_earth * (1 + EARTH_TOL) + EARTH_FLOOR_M3
            and (not self.offset or offset <= old_offset * (1 + EARTH_TOL) + EARTH_FLOOR_M3)
        )
        cost = (
            not inside,
            round(max(0.0, along - old_along), 3),
            round(max(0.0, excess - old_excess), 4),
            earth - old_earth,
        )
        return passed, cost

    def ok(self, local: list[Xy], reference: list[Xy]) -> bool:
        return self.judge(local, reference)[0]

    @staticmethod
    def piece(before: Xy, apex: Xy, after: Xy, radius: float) -> list[Xy] | None:
        """곡선 하나가 쓰는 조각 — 앞 직선 가운데 → 원호 → 뒤 직선 가운데(직선 절반 규칙)."""
        corner = _corner(before, apex, after, radius)
        if corner is None:
            return None
        return [_mid(before, apex), *corner.arc, _mid(apex, after)]

    def curve_ok(self, before: Xy, apex: Xy, after: Xy, radius: float, reference: list[Xy]) -> bool:
        local = self.piece(before, apex, after, radius)
        return local is not None and self.ok(local, reference)


def _join(a: Xy, p: Xy, q: Xy, b: Xy) -> Xy | None:
    """같은 쪽으로 도는 이웃 꺾임 p · q → 바깥 두 직선(a-p · q-b) 교점 · S자 · 뒤집힘이면 None."""
    side = _turn_sign(a, p, q)
    if side == 0 or side != _turn_sign(p, q, b):
        return None
    cross = _line_intersection(a, p, q, b)
    if cross is None:
        return None
    ahead = (cross[0] - a[0]) * (p[0] - a[0]) + (cross[1] - a[1]) * (p[1] - a[1]) > 0 and (
        b[0] - cross[0]
    ) * (b[0] - q[0]) + (b[1] - cross[1]) * (b[1] - q[1]) > 0
    return (round(cross[0], 4), round(cross[1], 4)) if ahead else None


def _radius(
    guard: Guard, before: Xy, apex: Xy, after: Xy, min_radius_m: float, reference: _Reference
) -> tuple[float, list[Xy]] | None:
    """접선 자리 안 · 직접 잼을 지나는 가장 큰 R(최소 R 이상)과 그 조각 · 없으면 None.

    MC 가 측점 사이 어디에 떨어져도 교점을 들어오는 접선 따라 밀어 놓을 수 있어야 함
    (`PLACE_OFFSETS_M` · 측점 맞춤이 MC 를 늘 측점에)."""
    u = (
        (apex[0] - before[0]) / math.dist(before, apex),
        (apex[1] - before[1]) / math.dist(before, apex),
    )
    half_tan = math.tan(math.radians(180.0 - _inner_angle_deg(before, apex, after)) / 2)
    if half_tan <= 1e-9:
        return None
    room = min(math.dist(before, apex), math.dist(apex, after)) / 2 / half_tan
    if room < min_radius_m:
        return None
    steps = np.geomspace(room, min_radius_m, RADIUS_STEPS)
    for radius in sorted({max(float(math.floor(r)), min_radius_m) for r in steps}, reverse=True):
        local = guard.piece(before, apex, after, radius)
        if local is None or not guard.ok(local, reference.window(local)):
            continue
        seen: dict[float, bool] = {0.0: True}

        def placed(d: float) -> bool:
            if d not in seen:
                at = (apex[0] + u[0] * d, apex[1] + u[1] * d)
                moved = guard.piece(before, at, after, radius)
                seen[d] = moved is not None and guard.ok(moved, reference.window(moved))
            return seen[d]

        if all(placed(-t) or placed(STATION_M - t) for t in PLACE_OFFSETS_M):
            return radius, local
    return None


def _earth(metrics: dict[str, Any]) -> float:
    return metrics["cut_m3"] + metrics["fill_m3"]


def _worse(new: dict[str, Any], base: dict[str, Any]) -> bool:
    """노선 전체 잣대가 합치기 전보다 나빠짐(허용 폭 밖)."""
    over, was = new["over_limit"], base["over_limit"]
    return (
        over["total"] > was["total"]
        or over["grade"] > was["grade"]
        or new["max_grade_pct"] > base["max_grade_pct"] + GRADE_TOL_PCT
        or _earth(new) > _earth(base) * (1 + TOTAL_EARTH_TOL)
    )


def merge_same_side(
    route: Route,
    guard: Guard,
    min_radius_m: float,
    measure: Callable[[PlannedPolyline], dict[str, Any]],
) -> Route:
    """같은 쪽 이웃 꺾임 합치기를 되풀이한 선과 잰 값 · 합칠 것 없으면 받은 그대로."""
    outline, base = route
    if len(outline.curves) < 2:
        return route
    points, flags, radii = _flat(outline)
    points = [(round(x, 4), round(y, 4)) for x, y in points]
    current = route
    blocked: set[tuple[Xy, ...]] = set()
    while True:
        reference = _Reference(current[0].vertices)
        found: list[tuple[float, int, Xy, float]] = []
        for k in range(1, len(points) - 2):
            key = tuple(points[k - 1 : k + 3])
            if key in blocked:
                continue
            a, p, q, b = key
            cross = _join(a, p, q, b)
            fitted = None if cross is None else _radius(guard, a, cross, b, min_radius_m, reference)
            if fitted is None:
                blocked.add(key)
                continue
            radius, local = fitted
            gap = float(
                shapely.hausdorff_distance(
                    LineString(local), LineString(reference.window(local)), densify=0.1
                )
            )
            found.append((gap, k, cross, radius))
        merged = None
        for _, k, cross, radius in sorted(found):
            trial_points = points[:k] + [cross] + points[k + 2 :]
            trial_flags = flags[:k] + [True] + flags[k + 2 :]
            trial_radii = radii[:k] + [radius] + radii[k + 2 :]
            line = build_planned_polyline(
                trial_points,
                min_radius_m=min_radius_m,
                simplify=False,
                curve_flags=trial_flags,
                radii=trial_radii,
            )
            metrics = measure(line)
            if _worse(metrics, base):
                blocked.add(tuple(points[k - 1 : k + 3]))
                continue
            merged = (trial_points, trial_flags, trial_radii, (line, metrics))
            break
        if merged is None:
            return current
        points, flags, radii, current = merged