"""PyVista 3D インタラクティブビューアモジュール． シーンのメッシュ・LED・センサを PyVista で可視化する． 照度ベイク結果 (irradiance) があればメッシュを照度で着色する． """ from __future__ import annotations import logging from pathlib import Path from typing import TYPE_CHECKING import numpy as np from sm_tias_lightsim.geometry.loader import load_stl from sm_tias_lightsim.geometry.transforms import scale_vertices from sm_tias_lightsim.scene.schema import ( AreaLight, DirectionalLight, PointLight, SceneConfig, ) if TYPE_CHECKING: import pyvista as pv _logger = logging.getLogger(__name__) # YAML 座標 (mm) → m 変換係数 _MM_TO_M = 0.001 # 方向ベクトルの長さがこれ以下なら縮退とみなしてスキップする _DIR_NORM_EPSILON = 1e-9 # 光源・センサを示す球の半径（m 単位） _MARKER_SPHERE_RADIUS = 0.005 # AreaLight の放射方向矢印のスケール（m 単位） _AREA_LIGHT_ARROW_SCALE = 0.02 # DirectionalLight の矢印をシーン対角線長に対して拡大する比率 _DIRECTIONAL_ARROW_SCALE_RATIO = 0.3 # センサの視線矢印をシーン対角線長に対してクランプする比率 _SENSOR_ARROW_SCALE_RATIO = 0.2 def _build_pyvista_polydata(vertices: np.ndarray, faces: np.ndarray) -> pv.PolyData: """頂点・面配列から PyVista PolyData を構築する． PyVista の faces 形式は各行が [n_vertices, v0, v1, v2, ...] の 1D フラット配列． Args: vertices: 頂点配列 (N_v, 3)，m 単位． faces: 三角形面配列 (N_f, 3)，頂点インデックス． Returns: PyVista PolyData オブジェクト． """ import pyvista as pv n_faces = len(faces) # PyVista 形式: [3, v0, v1, v2, 3, v0, v1, v2, ...] pv_faces = np.hstack([np.full((n_faces, 1), 3, dtype=np.int64), faces]).flatten() return pv.PolyData(vertices.astype(np.float32), pv_faces) def _get_scene_bbox_center_and_diag( scene_config: SceneConfig, project_root: Path ) -> tuple[np.ndarray, float]: """シーン全メッシュのバウンディングボックス中心と対角線長を返す． DirectionalLight の矢印位置を決めるために使う． メッシュが空なら原点と 1.0 を返す． Args: scene_config: SceneConfig． project_root: STL 相対パスの基点ディレクトリ． Returns: (center (3,), diagonal_length) のタプル． """ all_vertices: list[np.ndarray] = [] for mesh_cfg in scene_config.geometry.meshes: try: raw_path = Path(mesh_cfg.path) stl_path = raw_path if raw_path.is_absolute() else project_root / mesh_cfg.path loaded = load_stl(stl_path, mesh_cfg.unit) scaled = scale_vertices(loaded, target_unit="m") all_vertices.append(scaled.vertices) except Exception as exc: _logger.warning("バウンディングボックス計算でメッシュを読み込めませんでした: %s", exc) if not all_vertices: return np.zeros(3), 1.0 combined = np.vstack(all_vertices) mins = combined.min(axis=0) maxs = combined.max(axis=0) center = (mins + maxs) / 2.0 diagonal = float(np.linalg.norm(maxs - mins)) return center, max(diagonal, 1e-6) def show_scene( scene_config: SceneConfig, project_root: Path, irradiance: dict[str, np.ndarray] | None = None, *, off_screen: bool = False, screenshot: Path | None = None, ) -> None: """PyVista でシーンとベイク結果を表示する． メッシュ・LED・センサ・座標軸を含む 3D インタラクティブビューアを開く． irradiance が指定されていれば，メッシュを照度で着色する（viridis カラーマップ）． off_screen=True のときは GUI ウィンドウを開かず，screenshot が指定されていれば保存する． screenshot=None かつ off_screen=True のときは何も出力しない（no-op）． Args: scene_config: 検証済み SceneConfig． project_root: STL 相対パスの基点ディレクトリ． irradiance: {mesh_id: irradiance_per_face (N_f,)} の辞書．None なら着色なし． off_screen: True のとき GUI ウィンドウを開かない（screenshot 専用）． screenshot: 保存先 PNG パス．指定時は off_screen で screenshot を保存する． """ import pyvista as pv # screenshot 指定があれば off_screen を強制する if screenshot is not None: off_screen = True plotter = pv.Plotter(off_screen=off_screen) # ---- メッシュ追加 ---- for mesh_cfg in scene_config.geometry.meshes: try: raw_path = Path(mesh_cfg.path) stl_path = raw_path if raw_path.is_absolute() else project_root / mesh_cfg.path loaded = load_stl(stl_path, mesh_cfg.unit) scaled = scale_vertices(loaded, target_unit="m") except Exception as exc: _logger.warning("メッシュ '%s' を読み込めませんでした: %s", mesh_cfg.id, exc) continue polydata = _build_pyvista_polydata(scaled.vertices, scaled.faces) if irradiance is not None and mesh_cfg.id in irradiance: irr = irradiance[mesh_cfg.id] polydata.cell_data["irradiance"] = irr.astype(np.float32) plotter.add_mesh( polydata, scalars="irradiance", cmap="viridis", show_scalar_bar=True, scalar_bar_args={"title": "Irradiance (W/m²)"}, label=mesh_cfg.id, ) else: plotter.add_mesh(polydata, color="lightgray", opacity=0.5, label=mesh_cfg.id) # ---- シーン全体のバウンディングボックス（DirectionalLight 用）---- bbox_center, bbox_diag = _get_scene_bbox_center_and_diag(scene_config, project_root) # ---- LED / 光源表示 ---- for light in scene_config.lights: if isinstance(light, PointLight): pos_m = [c * _MM_TO_M for c in light.position] sphere = pv.Sphere(radius=_MARKER_SPHERE_RADIUS, center=pos_m) plotter.add_mesh(sphere, color="yellow", label=f"LED:{light.id}") elif isinstance(light, AreaLight): center_m = [c * _MM_TO_M for c in light.center] size_m = [light.size[0] * _MM_TO_M, light.size[1] * _MM_TO_M] dir_vec = np.array(light.direction, dtype=np.float64) dir_norm = np.linalg.norm(dir_vec) if dir_norm > _DIR_NORM_EPSILON: dir_vec = dir_vec / dir_norm plane = pv.Plane( center=center_m, direction=dir_vec.tolist(), i_size=size_m[0], j_size=size_m[1], ) plotter.add_mesh(plane, color="orange", opacity=0.7, label=f"AreaLight:{light.id}") arrow = pv.Arrow( start=center_m, direction=dir_vec.tolist(), scale=_AREA_LIGHT_ARROW_SCALE, ) plotter.add_mesh(arrow, color="orange", label=f"AreaLight:{light.id}:dir") elif isinstance(light, DirectionalLight): # バウンディングボックス中心から矢印 1 本で進行方向を示す dir_vec = np.array(light.direction, dtype=np.float64) dir_norm = np.linalg.norm(dir_vec) if dir_norm < _DIR_NORM_EPSILON: continue dir_vec = dir_vec / dir_norm arrow_scale = bbox_diag * _DIRECTIONAL_ARROW_SCALE_RATIO arrow = pv.Arrow( start=bbox_center.tolist(), direction=dir_vec.tolist(), scale=arrow_scale, ) plotter.add_mesh(arrow, color="lightyellow", label=f"DirLight:{light.id}") # ---- センサ表示 ---- sensor_pos_m = [c * _MM_TO_M for c in scene_config.sensor.position] sensor_target_m = [c * _MM_TO_M for c in scene_config.sensor.target] sensor_sphere = pv.Sphere(radius=_MARKER_SPHERE_RADIUS, center=sensor_pos_m) plotter.add_mesh(sensor_sphere, color="blue", label="sensor") sensor_pos_arr = np.array(sensor_pos_m) sensor_target_arr = np.array(sensor_target_m) view_dir = sensor_target_arr - sensor_pos_arr view_len = np.linalg.norm(view_dir) if view_len > _DIR_NORM_EPSILON: view_dir_n = view_dir / view_len sensor_arrow = pv.Arrow( start=sensor_pos_m, direction=view_dir_n.tolist(), scale=min(float(view_len), bbox_diag * _SENSOR_ARROW_SCALE_RATIO), ) plotter.add_mesh(sensor_arrow, color="blue", label="sensor:view") # ---- 座標軸と境界表示 ---- plotter.add_axes() plotter.show_bounds(grid="back", location="outer") # ---- 表示 / 保存 ---- if screenshot is not None: plotter.show(screenshot=str(screenshot)) elif not off_screen: plotter.show() # off_screen=True かつ screenshot=None の場合は no-op