PhysicsValidator.js•13.7 kB
// validators/PhysicsValidator.js
import { z } from 'zod';
import { ValidationError, PhysicsError } from '../utils/errors.js';
import { logger } from '../utils/logger.js';
import { CMBValidator } from './CMBValidator.js';
export class PhysicsValidator {
static getMaterialProperties() {
// fallbackデータを返す
return {
'Carbon': { densityRange: { min: 2.0, max: 2.3 } },
'Concrete': { densityRange: { min: 1.8, max: 2.5 } },
'Iron': { densityRange: { min: 7.6, max: 7.9 } },
'Lead': { densityRange: { min: 11.0, max: 11.4 } },
'Aluminum': { densityRange: { min: 2.6, max: 2.8 } },
'Copper': { densityRange: { min: 8.8, max: 9.0 } },
'Tungsten': { densityRange: { min: 18.5, max: 19.5 } },
'Air': { densityRange: { min: 0.001, max: 0.002 } },
'Water': { densityRange: { min: 0.95, max: 1.05 } },
'PyrexGlass': { densityRange: { min: 2.2, max: 2.3 } },
'AcrylicResin': { densityRange: { min: 1.1, max: 1.2 } },
'Polyethylene': { densityRange: { min: 0.92, max: 0.97 } },
'Soil': { densityRange: { min: 1.3, max: 2.0 } },
'VOID': { densityRange: { min: 0, max: 0 } }
};
}
static GEOMETRY_TYPES = {
'BOX': {
requiredParams: ['vertex', 'edge_1', 'edge_2', 'edge_3'],
description: '直方体（頂点＋3つの辺）'
},
'RPP': {
requiredParams: ['min', 'max'],
description: '軸平行直方体（最小・最大座標）'
},
'SPH': {
requiredParams: ['center', 'radius'],
description: '球体'
},
'RCC': {
requiredParams: ['bottom_center', 'height_vector', 'radius'],
description: '円柱'
},
'CMB': {
requiredParams: ['expression'],
description: '組み合わせ形状'
},
'TOR': {
requiredParams: ['center', 'normal', 'major_radius', 'minor_radius_horizontal', 'minor_radius_vertical'],
description: 'トーラス（ドーナツ形状）'
},
'ELL': {
requiredParams: ['center', 'radius_vector_1', 'radius_vector_2', 'radius_vector_3'],
description: '楕円体（3つの半径ベクトル）'
},
'REC': {
requiredParams: ['bottom_center', 'height_vector', 'radius_vector_1', 'radius_vector_2'],
description: '楕円円柱（2つの半径ベクトル）'
},
'TRC': {
requiredParams: ['bottom_center', 'height_vector', 'bottom_radius', 'top_radius'],
description: '円錐台（異なる上下半径）'
},
'WED': {
requiredParams: ['vertex', 'width_vector', 'height_vector', 'depth_vector'],
description: 'くさび形（頂点＋3方向ベクトル）'
}
};
static VectorSchema = z.string().refine(val => {
const parts = val.trim().split(/\s+/);
return parts.length === 3 && parts.every(x => !isNaN(Number(x)) && isFinite(Number(x)));
}, "3つの有限数値（空白区切り）で指定してください");
static PositiveNumberSchema = z.union([
z.number().positive(),
z.string().refine(val => {
const num = Number(val);
return !isNaN(num) && num > 0 && isFinite(num);
}, "正の数値を指定してください")
]).transform(val => Number(val));
static validateMaterialDensity(material, density) {
const materialProperties = this.getMaterialProperties();
const properties = materialProperties[material];
if (!properties) {
throw new ValidationError(
`未知の材料です: ${material}`,
'material',
material
);
}
if (material === 'VOID') {
if (density !== undefined && density !== 0) {
throw new PhysicsError(
'VOID材料の密度は0でなければなりません',
'VOID_DENSITY_ERROR'
);
}
return true;
}
if (density === undefined || density === null) {
throw new ValidationError(
`材料 ${material} には密度の指定が必要です`,
'density',
density
);
}
const numDensity = Number(density);
const { min, max } = properties.densityRange;
if (numDensity < min || numDensity > max) {
throw new PhysicsError(
`材料 ${material} の密度 ${numDensity} は物理的範囲 [${min}, ${max}] g/cm³ を外れています`,
'DENSITY_OUT_OF_RANGE'
);
}
return true;
}
static validateGeometry(type, params, context = null) {
const geometryDef = this.GEOMETRY_TYPES[type];
if (!geometryDef) {
throw new ValidationError(
`未サポートの形状タイプ: ${type}`,
'type',
type
);
}
// 必須パラメータのチェック
for (const param of geometryDef.requiredParams) {
if (!(param in params) || params[param] === undefined) {
throw new ValidationError(
`${type}型には${param}パラメータが必須です`,
param,
undefined
);
}
}
// 型別の詳細バリデーション
switch (type) {
case 'SPH':
this.validateSphere(params);
break;
case 'RCC':
this.validateCylinder(params);
break;
case 'RPP':
this.validateRectangularParallelepiped(params);
break;
case 'BOX':
this.validateBox(params);
break;
case 'CMB':
this.validateCombination(params, context);
break;
case 'TOR':
this.validateTorus(params);
break;
case 'ELL':
this.validateEllipsoid(params);
break;
case 'REC':
this.validateEllipticalCylinder(params);
break;
case 'TRC':
this.validateTruncatedCone(params);
break;
case 'WED':
this.validateWedge(params);
break;
}
return true;
}
static validateSphere(params) {
this.VectorSchema.parse(params.center);
const radius = this.PositiveNumberSchema.parse(params.radius);
if (radius > 1000) {
logger.warn('非常に大きな球体が定義されています', { radius });
}
}
static validateCylinder(params) {
this.VectorSchema.parse(params.bottom_center);
this.VectorSchema.parse(params.height_vector);
const radius = this.PositiveNumberSchema.parse(params.radius);
const [hx, hy, hz] = params.height_vector.split(/\s+/).map(Number);
const height = Math.sqrt(hx*hx + hy*hy + hz*hz);
if (height === 0) {
throw new PhysicsError(
'円柱の高さベクトルは零ベクトルにできません',
'ZERO_HEIGHT_VECTOR'
);
}
}
static validateRectangularParallelepiped(params) {
this.VectorSchema.parse(params.min);
this.VectorSchema.parse(params.max);
const [minX, minY, minZ] = params.min.split(/\s+/).map(Number);
const [maxX, maxY, maxZ] = params.max.split(/\s+/).map(Number);
if (minX >= maxX || minY >= maxY || minZ >= maxZ) {
throw new PhysicsError(
'RPPの最小座標は最大座標より小さくなければなりません',
'INVALID_RPP_BOUNDS'
);
}
}
static validateBox(params) {
this.VectorSchema.parse(params.vertex);
this.VectorSchema.parse(params.edge_1);
this.VectorSchema.parse(params.edge_2);
this.VectorSchema.parse(params.edge_3);
// エッジベクトルの長さチェック
const edges = [params.edge_1, params.edge_2, params.edge_3];
for (let i = 0; i < 3; i++) {
const [x, y, z] = edges[i].split(/\s+/).map(Number);
const length = Math.sqrt(x*x + y*y + z*z);
if (length === 0) {
throw new PhysicsError(
`BOXのエッジ${i+1}ベクトルは零ベクトルにできません`,
'ZERO_EDGE_VECTOR'
);
}
}
}
static validateCombination(params, context = null) {
if (!params.expression || typeof params.expression !== 'string' || params.expression.trim() === '') {
throw new ValidationError(
'CMB型にはexpressionパラメータが必要です',
'expression',
params.expression
);
}
// 新しいCMBValidatorを使用した詳細バリデーション
if (context && context.name && context.existingBodies) {
CMBValidator.validateExpression(params.expression, context.name, context.existingBodies);
} else {
// contextがない場合は基本チェックのみ
CMBValidator.validateBasicSyntax(params.expression);
}
}
static validateTorus(params) {
this.VectorSchema.parse(params.center);
this.VectorSchema.parse(params.normal);
const majorRadius = this.PositiveNumberSchema.parse(params.major_radius);
const minorRadiusH = this.PositiveNumberSchema.parse(params.minor_radius_horizontal);
const minorRadiusV = this.PositiveNumberSchema.parse(params.minor_radius_vertical);
// 法線ベクトルの長さチェック
const [nx, ny, nz] = params.normal.split(/\s+/).map(Number);
const normalLength = Math.sqrt(nx*nx + ny*ny + nz*nz);
if (normalLength === 0) {
throw new PhysicsError(
'TORの法線ベクトルは零ベクトルにできません',
'ZERO_NORMAL_VECTOR'
);
}
// 主半径と副半径の関係チェック
if (majorRadius <= Math.max(minorRadiusH, minorRadiusV)) {
throw new PhysicsError(
'TORの主半径は副半径より大きくなければなりません',
'INVALID_TORUS_RADII'
);
}
}
static validateEllipsoid(params) {
this.VectorSchema.parse(params.center);
this.VectorSchema.parse(params.radius_vector_1);
this.VectorSchema.parse(params.radius_vector_2);
this.VectorSchema.parse(params.radius_vector_3);
// 半径ベクトルの長さチェック
const vectors = [params.radius_vector_1, params.radius_vector_2, params.radius_vector_3];
for (let i = 0; i < 3; i++) {
const [x, y, z] = vectors[i].split(/\s+/).map(Number);
const length = Math.sqrt(x*x + y*y + z*z);
if (length === 0) {
throw new PhysicsError(
`ELLの半径ベクトル${i+1}は零ベクトルにできません`,
'ZERO_RADIUS_VECTOR'
);
}
}
}
static validateEllipticalCylinder(params) {
this.VectorSchema.parse(params.bottom_center);
this.VectorSchema.parse(params.height_vector);
this.VectorSchema.parse(params.radius_vector_1);
this.VectorSchema.parse(params.radius_vector_2);
// 高さベクトルの長さチェック
const [hx, hy, hz] = params.height_vector.split(/\s+/).map(Number);
const height = Math.sqrt(hx*hx + hy*hy + hz*hz);
if (height === 0) {
throw new PhysicsError(
'RECの高さベクトルは零ベクトルにできません',
'ZERO_HEIGHT_VECTOR'
);
}
// 半径ベクトルの長さチェック
const vectors = [params.radius_vector_1, params.radius_vector_2];
for (let i = 0; i < 2; i++) {
const [x, y, z] = vectors[i].split(/\s+/).map(Number);
const length = Math.sqrt(x*x + y*y + z*z);
if (length === 0) {
throw new PhysicsError(
`RECの半径ベクトル${i+1}は零ベクトルにできません`,
'ZERO_RADIUS_VECTOR'
);
}
}
}
static validateTruncatedCone(params) {
this.VectorSchema.parse(params.bottom_center);
this.VectorSchema.parse(params.height_vector);
const bottomRadius = this.PositiveNumberSchema.parse(params.bottom_radius);
const topRadius = this.PositiveNumberSchema.parse(params.top_radius);
// 高さベクトルの長さチェック
const [hx, hy, hz] = params.height_vector.split(/\s+/).map(Number);
const height = Math.sqrt(hx*hx + hy*hy + hz*hz);
if (height === 0) {
throw new PhysicsError(
'TRCの高さベクトルは零ベクトルにできません',
'ZERO_HEIGHT_VECTOR'
);
}
// 半径の物理的妃当性チェック
if (bottomRadius === topRadius) {
logger.warn('TRCの上下半径が同じです。RCCの使用を検討してください', {
bottomRadius, topRadius
});
}
}
static validateWedge(params) {
this.VectorSchema.parse(params.vertex);
this.VectorSchema.parse(params.width_vector);
this.VectorSchema.parse(params.height_vector);
this.VectorSchema.parse(params.depth_vector);
// ベクトルの長さチェック
const vectors = [
{ name: 'width_vector', value: params.width_vector },
{ name: 'height_vector', value: params.height_vector },
{ name: 'depth_vector', value: params.depth_vector }
];
for (const vector of vectors) {
const [x, y, z] = vector.value.split(/\s+/).map(Number);
const length = Math.sqrt(x*x + y*y + z*z);
if (length === 0) {
throw new PhysicsError(
`WEDの${vector.name}は零ベクトルにできません`,
'ZERO_VECTOR'
);
}
}
// ベクトルの線形独立性チェック（簡単なチェック）
const [wx, wy, wz] = params.width_vector.split(/\s+/).map(Number);
const [hx, hy, hz] = params.height_vector.split(/\s+/).map(Number);
const [dx, dy, dz] = params.depth_vector.split(/\s+/).map(Number);
// 外積で平行性をチェック
const cross1 = [
wy * hz - wz * hy,
wz * hx - wx * hz,
wx * hy - wy * hx
];
const crossLength = Math.sqrt(cross1[0]*cross1[0] + cross1[1]*cross1[1] + cross1[2]*cross1[2]);
if (crossLength < 1e-10) {
throw new PhysicsError(
'WEDのwidth_vectorとheight_vectorが平行です',
'PARALLEL_VECTORS'
);
}
}
}