fix: Kleine Schleifen bleiben rund (Issue #8)

Der fertige Strich entsteht jetzt aus den ungefilterten Eingabepunkten mit
einer symmetrischen 3-Punkt-Glättung (ohne Verzögerung); der 1€-Filter
dient nur der Anzeige während des Schreibens. Der Filter arbeitet mit der
Geschwindigkeit in der Ebene statt je Achse und reagiert schneller. Ecken
werden nur zwischen Abschnitten ab 0,6 mm getrennt. Ein „o“ mit 0,8 mm
Radius behielt bisher im Mittel 6,1 mm/10 statt 8 und bekam zwei Zacken,
jetzt 7,8 ohne Zacken.

Co-Authored-By: Claude Opus 5.5 <noreply@anthropic.com>

src/filter.rs

@@ -10,10 +10,13 @@ use std::f32::consts::PI;
 
 /// Standard-Minimal-Grenzfrequenz in Hz (reduziert Jitter bei niedrigen Geschwindigkeiten)
 pub const DEFAULT_FC_MIN: f32 = 4.5;
-/// Standard-Geschwindigkeitskoeffizient (reduziert Latenz bei schnellen Bewegungen)
-pub const DEFAULT_BETA: f32 = 0.05;
-/// Standard-Grenzfrequenz für die Ableitung in Hz
-pub const DEFAULT_D_CUTOFF: f32 = 1.0;
+/// Standard-Geschwindigkeitskoeffizient (Hz je Seiteneinheit/s): Bei 400 Einheiten/s
+/// (4 cm/s, zügige Handschrift) liegt die Grenzfrequenz bei rund 65 Hz, kleine Schleifen
+/// werden kaum noch verkleinert
+pub const DEFAULT_BETA: f32 = 0.15;
+/// Standard-Grenzfrequenz für die Geschwindigkeitsschätzung in Hz (reagiert nach wenigen
+/// Millisekunden auf schnellere Bewegung)
+pub const DEFAULT_D_CUTOFF: f32 = 8.0;
 
 /// Berechnet den Glättungsfaktor alpha = 1 / (1 + tau / dt) = 2*pi*fc*dt / (2*pi*fc*dt + 1).
 ///
@@ -157,13 +160,18 @@ pub struct FilteredPoint {
 }
 
 /// Adaptiver 1€-Filter für 2D-Position (x, y) und Stylus-Druck p ∈ [0.0, 1.0].
+///
+/// Die Position wird mit der Geschwindigkeit in der Ebene gefiltert (nicht je Achse):
+/// Auf einer Kreisbahn ist eine Achse an den Umkehrpunkten in Ruhe, eine Filterung je
+/// Achse würde dort stark glätten und Schleifen zusammenziehen.
 #[derive(Debug, Clone)]
 pub struct OneEuroFilter {
     pub fc_min: f32,
     pub beta: f32,
     pub d_cutoff: f32,
-    x_filter: OneEuroFilter1D,
-    y_filter: OneEuroFilter1D,
+    pos_prev: Option<glam::Vec2>,
+    speed_prev: f32,
+    t_prev: Option<f64>,
     p_filter: OneEuroFilter1D,
     last_output: Option<(f32, f32, f32)>,
 }
@@ -175,8 +183,9 @@ impl OneEuroFilter {
             fc_min,
             beta,
             d_cutoff,
-            x_filter: OneEuroFilter1D::new(fc_min, beta, d_cutoff),
-            y_filter: OneEuroFilter1D::new(fc_min, beta, d_cutoff),
+            pos_prev: None,
+            speed_prev: 0.0,
+            t_prev: None,
             p_filter: OneEuroFilter1D::new(fc_min, beta, d_cutoff),
             last_output: None,
         }
@@ -184,8 +193,9 @@ impl OneEuroFilter {
 
     /// Setzt den Filter vollständig zurück (z. B. bei neuem Stroke).
     pub fn reset(&mut self) {
-        self.x_filter.reset();
-        self.y_filter.reset();
+        self.pos_prev = None;
+        self.speed_prev = 0.0;
+        self.t_prev = None;
         self.p_filter.reset();
         self.last_output = None;
     }
@@ -202,8 +212,8 @@ impl OneEuroFilter {
         // Druck immer auf [0.0, 1.0] klemmen
         let p_in = pressure.clamp(0.0, 1.0);
 
-        let x_out = self.x_filter.filter(x, t);
-        let y_out = self.y_filter.filter(y, t);
+        let pos = self.filter_position(glam::Vec2::new(x, y), t);
+        let (x_out, y_out) = (pos.x, pos.y);
         let p_out = self.p_filter.filter(p_in, t).clamp(0.0, 1.0);
 
         let out = (x_out, y_out, p_out);
@@ -211,6 +221,51 @@ impl OneEuroFilter {
         out
     }
 
+    /// 1€-Filter der Position mit der Geschwindigkeit in der Ebene.
+    fn filter_position(&mut self, x: glam::Vec2, t: f64) -> glam::Vec2 {
+        let (Some(prev), Some(prev_t)) = (self.pos_prev, self.t_prev) else {
+            self.pos_prev = Some(x);
+            self.speed_prev = 0.0;
+            self.t_prev = Some(t);
+            return x;
+        };
+        let raw_dt = t - prev_t;
+        // Lange Pause: neu beginnen statt über die Pause hinweg zu glätten
+        if raw_dt > 1.0 {
+            self.pos_prev = Some(x);
+            self.speed_prev = 0.0;
+            self.t_prev = Some(t);
+            return x;
+        }
+        let dt = if raw_dt <= 0.0 || !raw_dt.is_finite() {
+            1e-4_f32
+        } else {
+            raw_dt as f32
+        };
+        self.t_prev = Some(t);
+
+        let mut speed = (x - prev).length() / dt;
+        if !speed.is_finite() {
+            speed = 0.0;
+        }
+        let a_d = smoothing_factor(dt, self.d_cutoff);
+        let speed_hat = a_d * speed + (1.0 - a_d) * self.speed_prev;
+
+        let fc = (self.fc_min + self.beta * speed_hat).max(self.fc_min);
+        let a = smoothing_factor(dt, fc);
+        let mut out = prev + (x - prev) * a;
+        if !out.is_finite() {
+            out = prev;
+        }
+        self.pos_prev = Some(out);
+        self.speed_prev = if speed_hat.is_finite() {
+            speed_hat
+        } else {
+            0.0
+        };
+        out
+    }
+
     /// Filtert einen 2D-Punkt `pos` und Druck `pressure` zum Zeitstempel `t`.
     pub fn filter_point(&mut self, pos: glam::Vec2, pressure: f32, t: f64) -> (glam::Vec2, f32) {
         let (x, y, p) = self.filter(pos.x, pos.y, pressure, t);
@@ -279,6 +334,25 @@ mod tests {
         );
     }
 
+    #[test]
+    fn test_small_loops_do_not_shrink() {
+        // Kreis mit 0,8 mm Radius in 0,1 s: die Filterung in der Ebene folgt ihm
+        let mut filter = OneEuroFilter::default();
+        let (r, period, hz) = (8.0_f32, 0.1_f64, 200.0);
+        let mut radii = Vec::new();
+        for i in 0..=(period * hz) as usize * 2 {
+            let t = i as f64 / hz;
+            let a = std::f32::consts::TAU * (t / period) as f32;
+            let p = glam::Vec2::new(500.0 + r * a.sin(), 500.0 - r * a.cos());
+            let (out, _) = filter.filter_point(p, 0.5, t);
+            if t > period {
+                radii.push((out - glam::Vec2::new(500.0, 500.0)).length());
+            }
+        }
+        let mean = radii.iter().sum::<f32>() / radii.len() as f32;
+        assert!(mean > r * 0.9, "Schleife geschrumpft: {mean}");
+    }
+
     #[test]
     fn test_high_frequency_jitter() {
         let mut filter = OneEuroFilter::default();
@@ -286,7 +360,8 @@ mod tests {
         let base_x = 100.0_f32;
         let base_y = 50.0_f32;
         let base_p = 0.5_f32;
-        let jitter_amplitude = 2.0_f32;
+        // Realistisches Digitizer-Rauschen (±0,05 mm) bei ruhendem Stift
+        let jitter_amplitude = 0.5_f32;
 
         let num_samples = 120;
         let dt = 1.0 / 120.0; // 120 Hz Abtastrate
@@ -331,9 +406,10 @@ mod tests {
             .sum::<f32>()
             / count;
 
-        // Der 1€-Filter muss das hochfrequente Jitter massiv dämpfen
+        // Der 1€-Filter muss das hochfrequente Jitter deutlich dämpfen (der fertige Strich
+        // wird zusätzlich symmetrisch geglättet)
         assert!(
-            filtered_variance < raw_variance * 0.05,
+            filtered_variance < raw_variance * 0.2,
             "Gefilterte Varianz ({filtered_variance}) muss deutlich kleiner sein als Raw-Varianz ({raw_variance})"
         );
     }