gta6/tools/extract/leonida/street.py

"""Die Straße als Mulde: Loch in der Bodenplatte, Fahrbahn darunter, Bordstein dazwischen.

Warum die Fahrbahn nach unten und nicht der Gehweg nach oben (Entwurf, Abschnitt "Die Mulde"):
Läge der Gehweg 15 cm hoch, hätte er überall dort eine Kante ins Nichts, wo kein Haus
anschließt - an jedem Park, jeder Baulücke, jedem Strandzugang. So bleibt die ganze Welt auf
y = 0, und der Bordstein ist genau das, was er in Wirklichkeit ist: die Wand zwischen Gehweg
und Fahrbahn.
"""
from __future__ import annotations

from dataclasses import dataclass, field

from shapely.geometry import LineString, MultiPolygon, Polygon
from shapely.ops import unary_union

from .roads import Graph
from .section import SECTION, WALK_MAX, carriageway_area, junction_area, ribbon, to_multipolygon

# Die Tiefe steht hier als dokumentierter Wert; gebaut wird sie im Browser (geometry.js).
DEPTH = 0.15
# Kürzere Bordsteinstücke sind Rechenreste an Kreuzungsecken, keine Kante, die jemand sieht.
KERB_MIN = 2.0
# Ab hier ist ein Reststück eine Fläche (Parkplatz, Vorplatz, Rampe) und keine Zacke.
LOT_MIN = 200.0


@dataclass
class Street:
    carriageway: object
    kerb: list = field(default_factory=list)
    sidewalk: object = None
    lots: list = field(default_factory=list)


def build_street(graph: Graph, corridor, bridges) -> Street:
    """Fahrbahn, Bordsteinlinien, Gehweg und Restflächen aus Graph und gemessenem Korridor."""
    carriage = carriageway_area(graph)
    sidewalk = _sidewalk(_walk_source(graph), carriage, corridor)
    return Street(
        carriageway=carriage,
        kerb=_kerb_lines(carriage, _kerbless_zone(graph, 0.2), bridges),
        sidewalk=sidewalk,
        lots=_lots(carriage, corridor, sidewalk),
    )


def _walk_source(graph: Graph):
    """Die Fahrbahnteile, an denen ein Gehweg entstehen darf.

    Alle Kanten mit Bordstein, dazu an jeder Kreuzung der Kreuzungsanteil nur der Armstummel mit
    Bordstein, mit derselben Eckrundung wie junction_area() (Befund 7 der Fixwelle). Fixrunde 5
    hatte die Rundung noch ganz weggelassen: Die volle, auf ALLE Arme angewandte Rundung brachte
    in Fixrunde 4 zu viel Gasse mit, weil sie die einspringende Ecke zwischen zwei benachbarten
    Gassenstummeln zu einer Nische auffüllte. Der eigentliche Fehler war aber, Gassenarme
    überhaupt in die zu rundende Fläche aufzunehmen - nicht die Rundung selbst. Ohne sie blieb
    stattdessen an jeder gewöhnlichen Kreuzung (mehrere Arme mit Bordstein, keine Gasse
    beteiligt) eine Lücke zwischen der ungerundeten Gehwegquelle und der gerundeten Fahrbahn:
    0,26-2,2 m² je Ecke bei 690 Kreuzungen, weil `carriage` (carriageway_area(), gerundet mit
    FILLET=6) und `walk_source` (ungerundet) an der Kreuzungsecke verschieden geformt waren und
    eine reine Dilatation um WALK_MAX=3 eine Reflexecke nicht nachzeichnet.

    junction_area(kerb_only=True) rundet jetzt nur den Kreuzungsanteil der bordsteintragenden
    Arme: Eine Gasse liefert dabei keinen Arm in die zu schließende Fläche und kann deshalb auch
    keine Nische mit einem Nachbararm bilden, gewöhnliche Kreuzungsecken bekommen aber dieselbe
    Rundung wie die Fahrbahn und schließen die Lücke.
    """
    teile = [band for k, edge in enumerate(graph.edges)
             if SECTION[edge.klass].kerb and (band := ribbon(graph, k)) is not None]
    teile += [area for node in range(len(graph.nodes)) if graph.degree(node) >= 3
              and (area := junction_area(graph, node, kerb_only=True)) is not None and not area.is_empty]
    return unary_union(teile) if teile else None


def _kerbless_zone(graph: Graph, extra: float):
    """Der Korridor aller Klassen ohne Bordstein, aus den vollen Mittellinien, um `extra` über die
    halbe Fahrbahnbreite hinaus gepuffert.

    Nur noch einmal gebraucht: Der Bordstein hört hier auf (_kerb_lines()) - eine Gasse hat laut
    SECTION weder Bordstein noch Gehweg, und die Fuge dafür ist 0,2 m über die eigene
    Fahrbahnbreite hinaus.

    Bis Fixrunde 4 schnitt dieselbe Zone auch den Kreuzungsanteil der Gehwegquelle zu; seit
    Fixrunde 5 nimmt _walk_source() stattdessen von vornherein nur die Arme mit Bordstein
    (junction_area(kerb_only=True), Befund 7 der Fixwelle) und braucht deshalb keinen
    nachträglichen Abzug mehr.
    """
    zonen = [LineString(edge.points).buffer(SECTION[edge.klass].carriageway / 2 + extra,
                                            cap_style="flat", join_style="mitre", mitre_limit=1.5)
             for edge in graph.edges
             if not SECTION[edge.klass].kerb and len(edge.points) >= 2]
    return unary_union(zonen) if zonen else None


def _sidewalk(walk_source, carriage, corridor):
    """Der Streifen zwischen Fahrbahnkante und Korridorrand.

    Wächst aus walk_source (nur die Fahrbahnteile mit Bordstein) statt aus der ganzen Fahrbahn:
    Weil am Korridor beschnitten wird, bleibt bei 12 m Korridor und 7 m Fahrbahn genau der
    2,5-m-Gehweg der Wohnstraße übrig, bei 18 m und 12 m genau die 3,0 m der Hauptstraße - und
    weil der Puffer erst gar nicht aus einer Gasse heraus wächst, kann er auch keinen fremden
    Gehweg verschlucken, der zufällig nah an einer liegt. `.difference(carriage)` schneidet die
    tatsächliche Fahrbahn heraus (auch die einer benachbarten Gasse), nicht nur die Quelle.

    Normalisiert wie carriageway_area() auf MultiPolygon (Task 6, Fixrunde 4): Ein einseitiger
    Gehweg oder ein leeres Ergebnis kämen sonst als einfaches Polygon bzw. als leere Geometrie
    zurück; an einer Berührstelle kann intersection()/difference() sogar eine GeometryCollection
    mit zusätzlichen entarteten Linien liefern, an der MultiPolygon([result]) mit TypeError
    abstürzt (der Mechanismus ist in test_section.py mit einer erzwungenen GeometryCollection
    reproduziert). to_multipolygon() fängt alle drei Fälle einheitlich ab.
    """
    if walk_source is None or walk_source.is_empty:
        return MultiPolygon()
    result = walk_source.buffer(WALK_MAX, join_style="round").intersection(corridor).difference(carriage)
    return to_multipolygon(result)


def _kerb_lines(carriage, kerbless, bridges) -> list[LineString]:
    """Die Fahrbahnkante, ohne die Stücke an Gassen und auf Brücken."""
    ohne = [] if kerbless is None else [kerbless]
    ohne += [b.buffer(0.2) for b in bridges]
    rand = carriage.boundary
    if ohne:
        rand = rand.difference(unary_union(ohne))
    teile = getattr(rand, "geoms", [rand])
    return [g for g in teile if g.geom_type == "LineString" and g.length >= KERB_MIN]


def _lots(carriage, corridor, sidewalk) -> list[Polygon]:
    """Was weder Fahrbahn noch Gehweg ist: Parkplätze, Vorplätze, Rampen.

    Exakt gerechnet statt mit einem eigenen Puffer: Ein klassenunabhängiger 3-m-Abzug fräße an
    einer Gasse (kein Gehweg) und an einer Wohnstraße (2,5 m) mehr weg, als dort Gehweg ist, und
    ließe echte Pflasterflächen verschwinden.
    """
    rest = corridor.difference(carriage).difference(sidewalk)
    return [g for g in getattr(rest, "geoms", [rest])
            if g.geom_type == "Polygon" and g.area >= LOT_MIN]


def punch(polygons, carriage) -> list[Polygon]:
    """Die Fahrbahn aus Bodenplatte oder Belag herausschneiden."""
    out = []
    for poly in polygons:
        rest = poly.difference(carriage)
        out += [g for g in getattr(rest, "geoms", [rest])
                if g.geom_type == "Polygon" and g.area > 0.5]
    return out