1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
//! 点图元模块：定义三维坐标点 [`Point`] 及其向量式运算。
//!
//! `Point` 是全部几何图元的坐标载体，坐标以模型空间的实数单位表示，不做量纲换算；
//! 仅涉及平面几何的方法（如 [`Point::angle_to`]、[`Point::subtract`]）只使用 `x`/`y`，
//! 结果落在 XY 平面内，`z` 视方法而定保留或归零。
use crate::math::Vector2;
use std::fmt;
use serde::{Serialize, Deserialize};
/// 三维坐标点，同时用于表示位置与位移向量。
///
/// 坐标单位为模型空间单位，角度单位为弧度；类型为 `Copy`，所有运算方法均返回新值，不修改 `self`。
#[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
pub struct Point {
/// X 坐标，模型空间单位。
pub x: f64,
/// Y 坐标，模型空间单位。
pub y: f64,
/// Z 坐标，模型空间单位；二维构造出的点恒为 `0.0`。
pub z: f64,
}
impl Point {
/// 以给定的三个坐标构造点。
///
/// - `x`：X 坐标。
/// - `y`：Y 坐标。
/// - `z`：Z 坐标，平面几何可传 `0.0`。
#[inline]
pub fn new(x: f64, y: f64, z: f64) -> Self {
Self {
x,
y,
z,
}
}
/// 以给定的平面坐标构造点，Z 坐标固定为 `0.0`。
///
/// - `x`：X 坐标。
/// - `y`：Y 坐标。
#[inline]
pub fn new2d(x: f64, y: f64) -> Self {
Self::new(x, y, 0.0)
}
/// 返回坐标原点 `(0.0, 0.0, 0.0)`。
#[inline]
pub fn origin() -> Self {
Self::new(0.0, 0.0, 0.0)
}
/// 由二维向量构造点，Z 坐标置为 `0.0`。
///
/// - `v`：源向量，借用读取，不发生所有权转移。
#[inline]
pub fn from_vector(v: &Vector2) -> Self {
Self::new(v.x, v.y, 0.0)
}
/// 返回 X 坐标。
#[inline]
pub fn x(&self) -> f64 {
self.x
}
/// 返回 Y 坐标。
#[inline]
pub fn y(&self) -> f64 {
self.y
}
/// 返回 Z 坐标。
#[inline]
pub fn z(&self) -> f64 {
self.z
}
/// 返回两点之间的三维欧氏距离，包含 Z 方向分量。
///
/// - `other`：目标点。
#[inline]
pub fn distance_to(&self, other: &Self) -> f64 {
((self.x - other.x).powi(2) + (self.y - other.y).powi(2) + (self.z - other.z).powi(2)).sqrt()
}
/// 丢弃 Z 坐标，返回由 `x`/`y` 组成的二维向量。
#[inline]
pub fn to_vector2(&self) -> Vector2 {
Vector2::new(self.x, self.y)
}
/// 返回把该点当作向量时的三维模长 `sqrt(x² + y² + z²)`。
#[inline]
pub fn magnitude(&self) -> f64 {
(self.x.powi(2) + self.y.powi(2) + self.z.powi(2)).sqrt()
}
/// 返回两点（向量）的三维点积。
///
/// - `other`：参与点积的另一个点。
#[inline]
pub fn dot(&self, other: &Self) -> f64 {
self.x * other.x + self.y * other.y + self.z * other.z
}
/// 返回二维叉积 `x * other.y - y * other.x`，即 Z 分量。
///
/// 结果为正表示 `other` 在该点逆时针方向，可用作共线/转向判断；Z 坐标不参与计算。
///
/// - `other`：参与叉积的另一个点。
#[inline]
pub fn cross(&self, other: &Self) -> f64 {
self.x * other.y - self.y * other.x
}
/// 返回 `self - other` 的二维向量差，Z 分量被丢弃。
///
/// - `other`：被减去的点。
#[inline]
pub fn subtract(&self, other: &Self) -> Vector2 {
Vector2::new(self.x - other.x, self.y - other.y)
}
/// 返回平移后的新点，Z 坐标保持不变。
///
/// - `v`：平移向量，仅作用于 `x`/`y`。
#[inline]
pub fn add_vector(&self, v: &Vector2) -> Point {
Point::new(self.x + v.x, self.y + v.y, self.z)
}
/// 返回以原点为中心缩放后的新点，三个坐标同时乘以 `s`。
///
/// - `s`：缩放系数，负数会得到关于原点的对称点。
#[inline]
pub fn scale(&self, s: f64) -> Point {
Point::new(self.x * s, self.y * s, self.z * s)
}
/// 返回两点连线的中点，三个坐标分量分别取平均。
///
/// - `other`：另一个端点。
#[inline]
pub fn midpoint(&self, other: &Point) -> Point {
Point::new(
(self.x + other.x) / 2.0,
(self.y + other.y) / 2.0,
(self.z + other.z) / 2.0,
)
}
/// 返回从该点指向 `other` 的方位角，单位为弧度，取值范围 `(-π, π]`。
///
/// 以 X 轴正方向为 0、逆时针为正；仅使用 `x`/`y`，Z 坐标不影响结果。
///
/// - `other`：目标点，与该点重合时返回 `atan2(0.0, 0.0)` 即 `0.0`。
#[inline]
pub fn angle_to(&self, other: &Point) -> f64 {
(other.y - self.y).atan2(other.x - self.x)
}
}
impl std::ops::Add for Point {
type Output = Point;
fn add(self, other: Point) -> Point {
Point::new(self.x + other.x, self.y + other.y, self.z)
}
}
impl std::ops::Sub for Point {
type Output = Point;
fn sub(self, other: Point) -> Point {
Point::new(self.x - other.x, self.y - other.y, self.z)
}
}
impl std::ops::Mul<f64> for Point {
type Output = Point;
fn mul(self, scalar: f64) -> Point {
Point::new(self.x * scalar, self.y * scalar, self.z)
}
}
impl std::ops::Neg for Point {
type Output = Point;
fn neg(self) -> Point {
Point::new(-self.x, -self.y, -self.z)
}
}
impl fmt::Display for Point {
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
write!(f, "Point({:.6}, {:.6}, {:.6})", self.x, self.y, self.z)
}
}
impl std::ops::Div<f64> for Point {
type Output = Self;
fn div(self, scalar: f64) -> Self {
if scalar.abs() < 1e-10 {
self
} else {
Point::new(self.x / scalar, self.y / scalar, self.z / scalar)
}
}
}