Быстрая библиотека векторной алгебры
Данная библиотека реализует основные структуры данных и их алгоритмы для векторной алгебры как для двухмерной, так и для трёхмерной. Написана на cython, поэтому быстрая. Легко установить и легко использовать.
Установка
Установить/переустановить последнюю версию можно, выполнив команду:
pip install easyvec --upgrade
2d библиотека
Представлены следующие классы, описывающие основные структуры 2d векторной алгебры:
2d структура | easyvec-класс |
---|---|
Вектор/точка | Vec2 |
Матрица 2х2 | Mat2 |
Прямоугольник AABB | Rect |
Полигон/полилиния | PolyLine |
А также ряд дополнительных функций и алгоритмов для их работы с отрезками, лучами, линиями и другими примитивами
Vec2
Вектор/точка Поля объекта
Пример импорта и создания
from easyvec import Vec2
v1 = Vec2(1,2)
v2 = Vec2.from_list([1,2])
v3 = Vec2.from_list([0,-100,1,2,100], start_ind=2)
v4 = Vec2.from_dict({'x':1, 'y': 2})
v5 = Vec2.from_dict({'x':1, 'y': 2, 'some': 'data'})
v6 = Vec2(100,200) / 100
v7 = Vec2(100,200) - (99,198)
v8 = Vec2(0,1) + 1
# все эти вектора одинаковы и равны Vec2(1,2)
Доступ к полям объекта:
v1 = Vec2(1,2)
print(v1) # (1.00, 2.00)
print(repr(v1)) # Vec2(1.0, 2.0)
print(v1.x) # 1.0
print(v1.y) # 2.0
print(v1[0]) # 1.0
print(v1[1]) # 2.0
print(v1['x']) # 1.0
print(v1['y']) # 2.0
print(v1.as_np()) # [1. 2.]
print(v1.as_tuple()) # (1.0, 2.0)
print(v1.to_dict()) # {'x': 1.0, 'y': 2.0}
x, y = v1
print(x, y) # 1.0 2.0
for a in v1:
print(a) # 1.0
# 2.0
def foo(x, y):
print(x, y)
foo(*v1) # 1.0 2.0
foo(**v1) # 1.0 2.0
Вектора можно сладывать/умножать/вычитать/делить/сравнивать/и т.п. друг с другом, со списками/кортежами/numpy-массивами и обычными числами:
v1 = Vec2(1,2)
v2 = -v1*10 + 20
print(v2 == (10,0)) # True
v1 += 3
print(v1 != [4,5]) # False
Что касается специфических векторных операций:
v1 = Vec2(1,2)
v2 = Vec2(3,4)
print(v1.dot(v2)) # 11.0 - скалярное произведение
print(v1*v2)) # 11.0 - тоже скалярное произведение
print(v1.cross(v2)) # -2.0 - векторное произведение
print(v1 & v2) # -2.0 - тоже векторное произведение
print(v1.norm()) # (0.45, 0.89) - единичный вектор
print(v1.norm().len()) # 1.0 - длина единичного вектора
print(v1.rotate(3.14/2)) # (-2.00, 1.00) - поворот вектора на 90 градусов
print(v1.rotate(90, degrees=True)) # (-2.00, 1.00) - поворот вектора на 90 градусов тоже
print(v1.angle_to(v2, degrees=True)) # -10.30... угол между векторами
Mat2
Матрица 2х2 Класс представляющий матрицу 2х2. Служит для афинных преобразований векторов Vec2
Поля объекта соответствуют положениям элементов:
Примеры импорта и создания матрицы
from easyvec import Mat2
m1 = Mat2(1,2,3,4)
m2 = Mat2((1,2),(3,4))
m3 = Mat2(Vec2(1,2), Vec2(3,4))
m4 = Mat2(Vec2(1,2),(3,4))
m5 = Mat2(-1,-2,-3,-4) + 2 * Mat2(1,2,3,4)
m6 = Mat2([[1.0, 2.0], [3.0, 4.0]])
# все эти матрицы одинаковы и равны Mat2([[1.0, 2.0], [3.0, 4.0]])
Доступ к полям объекта:
mat = Mat2(1,2,3,4)
print(mat) # [[1.00, 2.00], [3.00, 4.00]]
print(repr(mat)) # Mat2([[1.0, 2.0], [3.0, 4.0]])
print(mat.m11, mat.m12, mat.m21, mat.m22) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(mat['m11'], mat['m12'], mat['m21'], mat['m22']) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(mat[0][1], mat[0][1], mat[1][0], mat[1][1]) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(mat[0,1], mat[0,1], mat[1,0], mat[1,1]) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(mat.T) # [[1.00, 3.00], [2.00, 4.00]] - транспонированная матрица
print(mat.det()) # определитель матрицы
print(mat._1 * mat == Mat2.eye()) # True - обратная матрица помноженная на исходную равняется единичной
Специфический конструктор для матрицы поворота:
from easyvec import Mat2, Vec2
m = Mat2.from_angle(90, degrees=True)
v = Vec2(1,2)
# Применяем преобразование к вектору (поворачиваем его на 90 градусов против часовой стрелки)
print(m * v) # (2.00, -1.00)
print(m * (1,2)) # (2.00, -1.00)
Rect
Прямоугольник со сторонами, параллельными осям координат Содержит 4 поля с float числами: x1, y1, x2, y2. Причем точка (x1, y1) - нижняя-левая, (x2, y2) - верхняя правая
Примеры импорта и создания:
from easyvec import Rect, Vec2
r1 = Rect(1, 2, 3, 4)
r2 = Rect([1, 2], [3, 4])
r3 = Rect([1,2,3,4])
r4 = Rect(Vec2(1,2), Vec2(3,4))
r5 = Rect.from_dict({'x1': 1, 'y1': 2, 'x2': 3, 'x3': 4})
# все эти прямоугольники одинаковы и равны Rect(1.00, 2.00, 3.00, 4.00)
Также имеет специальный конструктор:
# Создает прямоугольник, описанный вокруг множества точек
r1 = Rect.bbox((1,2), (3,4), (1.5, 3))
r2 = Rect.bbox(Vec2(1,2), Vec2(3,4), Vec2(1.5, 3))
r3 = Rect.bbox([(1,4), Vec2(3,4), (1.5, 2)])
# все эти прямоугольники одинаковы и равны Rect(1.00, 2.00, 3.00, 4.00)
Доступ к полям объекта:
r = Rect(1,2,3,4)
print(r) # Rect(1.00, 2.00, 3.00, 4.00)
print(repr(r)) # Rect(1.00, 2.00, 3.00, 4.00)
print(r.x1, r.y1, r.x2, r.y2) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(r['x1'], r['y1'], r['x2'], r['y2']) # 1.0 2.0 3.0 4.0
print(r[0], r[1], r[2], r[3]) # 1.0 2.0 3.0 4.0
Поддерживает операции пересечения/объединения:
r1 = Rect(1,2,3,4)
r2 = Rect(2,3,4,5)
r3 = Rect(10,20,30,40)
print(r1.is_intersect_rect(r2)) # True - пересекаются ли прямоугольники
print(r1 * r2) # Rect(2.00, 3.00, 3.00, 4.00) - общий прямоугольник
print(r1 + r2) # Rect(1.00, 2.00, 4.00, 5.00) - описанный прямоугольник
print(r1.is_intersect_rect(r3)) # False
print(r1 * r3) # Rect(0.00, 0.00, 0.00, 0.00)
print((r1 * r3).is_null()) # True
print(r1 + r3) # ect(1.00, 2.00, 30.00, 40.00)
Также имеет несколько дополнительный методов:
r1 = Rect(1,2,3,4)
r2 = Rect(2,3,4,5)
print(r1.area()) # 4.0 Площадь
print(r1.perimeter()) # 8.0 Периметр
p1 = Vec2(0,0)
p2 = (2, 3)
print(r1.intersect(r2) ) # Rect(2.00, 3.00, 3.00, 4.00) пересечение двух прямоугольников
print(r1.intersect((p1,p2)) ) # (1.33, 2.00) пересечение c отрезком (p1,p2)
print(r1.intersect(p1,p2) ) # (1.33, 2.00) пересечение c отрезком (p1,p2)
print(r1.intersect((p1,p2))) # (1.33, 2.00) пересечение c отрезком (p1,p2)
print(r1.intersect(s=(p1,p2))) # (1.33, 2.00) пересечение c отрезком (p1,p2)
print(r1.intersect(r=(p1,p2)) ) # (1.33, 2.00) пересечение c лучом (p1,p2)
print(r1.intersect(line=(p1,p2)) ) # (1.33, 2.00) пересечение c линией (p1,p2)
PolyLine
Полигон/полилиния Содержит 3 поля:
- vecs -
list[Vec2]
- список из точек полигона - enclosed -
[bool]
- флаг, является ли полилиния замкнутой - bbox -
Rect
- описанный вокруг точек прямоугольник
Примеры импорта и создания:
from easyvec import PolyLine
pg1 = PolyLine([(1,2), (3,4), (2,5)])
pg2 = PolyLine([(1,2), (3,4), (2,5)], enclosed=True)
pg3 = PolyLine([Vec2(1,2), Vec2(3,4), Vec2(2,5)], copy_data=False)
pg4 = PolyLine.from_dict({'vecs': [{'x': 1, 'y': 2}, {'x':3, 'y':4}, {'x': 2, 'y': 5}], 'enclosed': False})
Имеет следующие полезные методы:
имя | что делает |
---|---|
copy() |
возвращает копию полигона |
clone() |
возвращает копию полигона |
to_dict |
возвращает представление полигона в виде словаря |
is_in(self, Vec2 point) |
проверяет, находится ли точка внутри полигона |
transform(self, Mat2 m) |
возвращает новый полигон точки которого являются произведением исходных точек с матрицей Mat2 m |
add_vec(self, Vec2 v) |
возвращает новый полигон точки которого являются смещением исходных точек на вектор v |
get_area(self, bint always_positive=True) |
возвращает площадь полигона |
get_center_mass(self) |
Получить координату ц.м. полигона (полигон считается с равномерной по полщади плотностью) |
get_Iz(self, Vec2 z_point) |
Получить момент инерции относительно оси, проходящей через z_point и направленной перпендикулярно плоскости xy (полигон считается с равномерной по полщади плотностью и массой = 1) |
is_selfintersect(self) |
Пересекает ли полигон сам себя |
intersect_line(self, Vec2 p1, Vec2 p2, bint sortreduce=True) |
Функция возвращает точки пересечения прямоугольника и линии. sortreduce - нужно ли сортировать точки по расстоянию от p1 |
intersect_ray(self, Vec2 p1, Vec2 p2, bint sortreduce=True) |
Функция возвращает точки пересечения прямоугольника и луча. sortreduce - нужно ли сортировать точки по расстоянию от p1 |
intersect_segment(self, Vec2 p1, Vec2 p2, bint sortreduce=True) |
Функция возвращает точки пересечения прямоугольника и отрезка. sortreduce - нужно ли сортировать точки по расстоянию от p1 |
Некоторые дополнительные функции
from easyvec.geometry import intersect, closest, normalize_angle2pi, angle_between
# у всех функций есть документация:
print(intersect.__doc__)
# Возвращает точку пересечения двух сущностей (или None, если они не перечекаются).
# В качестве сущностей могут быть бесконечные линии, лучи, отрезки, дуги.
# Сущности задаются двумя точками, через которые они проходят (кроме дуг, они задаются центром, радиусом, и двумя углами).
# К сожалению, пока нельзя найти пересечение двух дуг(
# Отрезки задаются кортежем (p1, p2) - двумя крайними точками отрезка. И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'segment', 's', 'segment1', 's1', 'segment2', 's2',
# также если аргументы не именованы, то они будут интерпретированы как точки для отрезков.
# Лучи задаются кортежем (p1, p2) - точкой, из которой испускается луч, и точкой, через которую он проходит.
# И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'ray', 'r', 'ray1', 'r1', 'ray2', 'r2'
# Бесконечные линии задаются кортежем (p1, p2) - двумя точками, через которые проходит линия.
# И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'line', 'l', 'line1', 'l1', 'line2', 'l2'
# Дуга задаются кортежем (ctnter, r, angle_from, angle_to) - центром окружности дуги, радиусом, начальным и конечным углом.
# И обозначить ее можно именованными аргументами:
# 'arc', 'a'
# Примеры использования:
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, p3, p4) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, s=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, segment=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, s2=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(s=(p1, p2), s2=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(s1=(p1, p2), s2=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(s=(p1, p2), segment=(p3, p4))# p_intersect есть пересечение двух отрезков (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, ray=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и луча (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, r=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и луча (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, ray2=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и луча (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(r1=(p1, p2), r2=(p3, p4)) # p_intersect есть перечечение двух лучей (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(r1=(p1, p2), ray2=(p3, p4)) # p_intersect есть перечечение двух лучей (p1, p2) и (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(s=(p1, p2), ray2=(p3, p4)) # p_intersect есть перечечение отрезка (p1, p2) и луча (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, line=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и линии (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, l=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и линии (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, l1=(p3, p4)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и линии (p3, p4)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, a=(p3, r, a1, a2)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и дуги (p3, r, a1, a2)
# >>> p_intersect = intersect(p1, p2, arc=(p3, r, a1, a2)) # p_intersect есть пересечение отрезка (p1, p2) и дуги (p3, r, a1, a2)
# и т.д.
# В качестве p1, p2, p3, p4 могут быть Vec2, кортежи, списки, массивы.... Всё, что поддерживает индексацию [0] и [1], возвращая при этом числа
print(closest.__doc__)
# Возвращает ближайшую точку на сущности к другой, заданной точке
# В качестве сущности могут быть бесконечные линии, лучи, отрезки.
# Сущности задаются двумя точками, через которые они проходят
# Отрезки задаются кортежем (p1, p2) - двумя крайними точками отрезка. И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'segment', 's', 'segment1', 's1', 'segment2', 's2',
# также если аргументы не именованы, то они будут интерпретированы как точки для отрезков.
# Лучи задаются кортежем (p1, p2) - точкой, из которой испускается луч, и точкой, через которую он проходит.
# И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'ray', 'r', 'ray1', 'r1', 'ray2', 'r2'
# Бесконечные линии задаются кортежем (p1, p2) - двумя точками, через которые проходит линия.
# И обозначить их можно именованными аргументами:
# 'line', 'l', 'line1', 'l1', 'line2', 'l2'
# Заданную точку можно обозанчить именованными аргументами:
# 'point', 'p'
# Примеры использования:
# >>> p_nearest = closest(p1, p2, p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит отрезку (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(p1, p2, p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит отрезку (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(p1, p2, point=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит отрезку (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(s=(p1, p2), p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит отрезку (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(segment=(p1, p2), p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит отрезку (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(r=(p1, p2), p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит лучу (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(ray=(p1, p2), p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит лучу (p1, p2)
# >>> p_nearest = closest(line=(p1, p2), p=p) # p_nearest есть ближайшая точка к точке "p", и которая принадлежит линии (p1, p2)
# и т.д.
# В качестве p1, p2, p могут быть Vec2, кортежи, списки, массивы.... Всё, что поддерживает индексацию [0] и [1], возвращая при этом числа
print(normalize_angle2pi.__doc__)
# Нормализвут угол. Приводит его к виду 0 <= angle <= 2*pi
print(angle_between.__doc__)
# Проверяет лежит ли луч, выходящий из начала координат под углом mid, внутри угла, образаванного двумя лучами,
# выходящими из начала координат под углами start и end. Область внутри угла образована вращением луча start до луча end против часовой стрелки