ShadowBael

Вчера выложил этот пост — он вышел обрезанным, половина куда-то делась. Публикую целиком, заодно дописал то, что не влезло.

Началось с ерунды. Каждое лето одно и то же: выходишь из метро в три часа, солнце в лицо, и весь ход стараешься идти по теневой стороне. В тени не протолкнуться. И я подумал: а если посчитать сколько всей улицы реально в тени?

Взял все дома внутри ТТК — 43 648 штук — с высотами, все деревья (21 476), и посчитал, где солнце в каждый час. Тень от дома — это его контур, растянутый по земле в сторону от солнца. Солнце ниже — тень длиннее. Потом сложил все улицы в одну линию и посмотрел, сколько её в тени.

15 июля вышло так: в восемь утра — 40 %, в полдень — 20 %, в четыре дня — 31 %, в шесть вечера — 49 %, в восемь — 80 %.

Тут всё логично: утром и вечером солнце низко, тень длинная и накрывает улицы. В полдень тень короткая и почти вся сидит во дворах. Поэтому в жару середина дня — худшее время, чтобы идти пешком.

А самое неочевидное — ширина улицы. На проспектах в полдень в тени всего 1,7 % длины: тень от домов не дотягивается до середины. В дворовых проездах — 25 %, на пешеходных дорожках — 19 %. Разница в 14 раз: стоишь на широкой улице под солнцем, а во дворе рядом — тень.

Зимой всё переворачивается. 15 января в полдень в тени 58 % улиц, а в девять утра — 98 %. За весь световой день 19 % улиц не видят солнца ни разу. И наоборот: целиком на солнце остаётся 1,1 % — каждый сотый метр. Так что зимой правильный вопрос не «где тень», а «где солнце».

Дальше было просто: дал каждому переулку вес по доле тени и пустил по нему поиск пути. Маршрут от Красной площади до Покровки в шесть вечера — полтора километра, и почти весь он в тени. В прошлый раз я написал, что это на 22 метра длиннее прямого: 22 метра — это один такой маршрут, а не правило. По городу в среднем крюк выходит около 10 %, а тени на пути становится 77 % вместо 51 %.

Из этого и собрался Shadow Moscow. Смысл простой: карта, на которой видно, где тень, и маршрут, который её обходит. Летом — в тень, зимой — на солнце, где теплее. Любая дата вперёд, любой час, дома в 3D, кафе по дороге, GPX и ссылка на маршрут. Бесплатно и без регистрации.

Гонял его по своим обычным дорогам: крюк небольшой, а солнца на голову меньше.

А у вас во дворе есть место, где летом вообще нет солнца? Скиньте адрес — посчитаю.

Следующий пост будет уже про зиму. Уже сейчас чувствуется нехватка солнца.

Разбирался с простым вопросом: можно ли пройти по городу так, чтобы всё время быть в тени. Оказалось, задача решается — но не «на глазок», и по дороге я собрал коллекцию грабель, о которых в туториалах не пишут. Ниже — механика, цифры и честный список того, где расчёт врёт.

Зачем. Летом разница между теневой и солнечной стороной улицы — это несколько градусов и разница в самочувствии. Зимой всё наоборот: солнце на вес. Карта этого не показывает: на любом снимке видно дома, но не видно, куда они бросают тень в 18:40. И считать надо не площадь тени, а длину улиц, по которым реально ходят.

Что на входе. OpenStreetMap внутри ТТК: 43 648 зданий и 21 476 деревьев, у каждого — высота (где её нет, берётся этажность × 3 м, у деревьев — 10 м и диаметр кроны). Плюс дорожный граф: 331 тысяча рёбер, каждое — участок улицы с длиной и классом.

Как считается тень. SunCalc даёт высоту и азимут солнца на любую дату и час. Тень дома — это его контур, сдвинутый по азимуту на h / tan(α) и протянутый вдоль смещения: сумма многоугольника основания и отрезка, то есть операция Минковского. Никакой трассировки лучей — для плоского основания это точное построение и оно в тысячи раз быстрее.

Дальше начинается боль. Объединять 65 тысяч полигонов в один слот надо через JTS: turf давал самопересечения и дыры. JTS с PrecisionModel(1e6) и snap-rounding справляется, но иногда отдаёт артефактные дырки — их приходится вырезать.

Грабли № 1: 11 слотов из 247 вышли файлами по 42 байта. На самопересекающихся полигонах GEOS падает с TopologyException, а ogr2ogr при этом возвращает код 0 — то есть «успех» с пустым результатом. Заметил только когда стал проверять размер файла. Лечение — три ступени: обычный union, потом union с MakeValid, и в крайнем случае копия исходных полигонов; плюс правило «меньше 1 КБ — битый, пересобрать».

Грабли № 2: тени накладываются. Полигоны лежат по отдельности, и там, где их пять, получается не «тень», а почти чёрное пятно. Замерил растеризацией: в утренние слоты 87 % площади накрыты два и более раза, максимум 37 слоёв, в среднем 4,3; в полдень — 9 %. Утро и вечер выглядели темнее, чем есть. Лечение — dissolve: объединение всех теней слота в одну геометрию. Площадь тени не изменилась ни на 0,1 процентного пункта, данные 6,2 ГБ стали 1,9 ГБ, тайлы 2,73 ГБ — 0,70 ГБ.

Как из тени получается маршрут. Каждому ребру графа — доля тени на каждый час и дату, между часами интерполяция. Стоимость ребра = длина × (1 − 0,7 × «сколько тени»), дальше обычный A*. На 150 тестовых маршрутах доля теневых метров выросла с 51 % до 77 % при удлинении пути на 9,5 %. То есть примерно 4 % лишней длины за каждые 10 процентных пунктов тени.

Грабли № 3: производительность и версии данных. Одна дата — 43 МБ JSON, полсекунды парсинга на первый запрос. Перепаковал в бинарный формат (Float32Array): 16,4 МБ и 8 мс. Но бинарник привязан к числу рёбер графа: локально 331 851 ребро, на сервере 331 009 — файл молча игнорируется, и маршруты считаются вообще без теней. Карта тени показывает, а маршрут их не учитывает. Такую ошибку не видно по «упало / не упало», только по цифрам в ответе.

Где врёт: 1) высоты в OSM местами выдуманы; 2) рельеф не учитывается, а Москва не плоская; 3) тень одного дома на другой дом не падает, только на землю — плотные дворы выглядят светлее, чем есть; 4) стена считается нулевой толщины; 5) облака не учитываются вовсе: в пасмурный день все эти красивые полигоны — про геометрию, а не про реальность. Это про порядок величин, а не про ваш двор до сантиметра.

Что вышло по Москве (считал по длине улиц, а не по площади). Полдень 15 июля — 17 % в тени, 18:00 — 49 %, 20:00 — 80 %. Полдень 15 января — 58 % в тени, 9 утра — 98 %. За весь световой день 19 % улиц не видят солнца ни разу, целиком на солнце — 1,1 % пути, каждый сотый метр. И разброс важнее средних: в январский полдень магистрали в тени на 32 %, а пешеходные зоны — на 63 %.

Главный вывод: вопрос не «где тень», а «где тень в тот момент, когда я там окажусь». Поэтому считаю не «сейчас», а на конкретную минуту: сдвигаешь время — и тень под ногами уже другая.

Вопрос к залу: есть ли у вас во дворе зимой солнце? И наоборот — какой угол центра летом безнадёжен? Хочу сверить расчёт с тем, что люди видят из окна: по городу цифры сходятся, а по отдельным дворам проверить нечем.

UPD. Пост вышел сырым: при публикации движок отдал только первый абзац, картинки не прикрепились, да и залил я его не с того аккаунта. Кто минусовал за пустоту — вы были правы, извините за мусор в ленте. Полный текст теперь на месте, кадры карты добавил.