//■レイトレーシング法による立体表示
//  なお、画面例では、myWin.hのWHITE_BRUSHをLTGRAY_BRUSH（明るい灰色）に変えています。
//      wndClass.hbrBackground	= (HBRUSH)GetStockObject(LTGRAY_BRUSH);
//
#include "myWin.h"
#include "my3Dmat.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "locale.h"

#define LWIDTH 4 //線幅
#define AWIDTH 2 //軸の線幅
// ラベル
#define LB_1 1001 // 方位角
#define LB_2 1002 // 仰角
#define LB_3 1003 // 距離
// エディットボックス
#define ED_1 2001 // 方位角 
#define ED_2 2002 // 仰角
#define ED_3 2003 // 距離
// ボタン
#define BT_1 3001 // ボタン１
#define BT_2 3002 // ボタン２
#define BT_3 3003 // ボタン３
// カラー分離
#define RED(C)   ( C      & 0xFF)
#define GREEN(C) ((C>>8)  & 0xFF)
#define BLUE(C)  ((C>>16) & 0xFF)


static HWND bt1, bt2, bt3; // 実行指定用ボタン
static HWND editA, editB, editC;//変換用係数を指定するエディットボックス
static HDC hbuf; static HBITMAP hBM;//ビットマップ描画用
// 立体表示用
Point org, v0;//原点、視点位置
TMatrix t, it;//変換マトリックス
double dv;//Z方向にずらす量
double size_x, size_y;//表示画面サイズ
double diffuse; //拡散反射係数
double specular;//鏡面反射係数
double ambient; //環境光
void clearBitmap(){//ビットマップクリア
	SelectObject(hbuf,GetStockObject(NULL_PEN));
	PatBlt(hbuf,0,0,2000,1000,WHITENESS);
}
void setView(double a,double e, double d){ // 角度による方向設定
	Point P1=setPoint(0,0,1);
	TMatrix PP=perspect(d), RX=rot_x(e-90), RZ=rot_z(-90-a);
	t=mlt(mlt(perspect(d),rot_x(e-90)),rot_z(-90-a));
	v0=mlt(mlt(rot_z(90+a),rot_x(90-e)),mlt(P1,d));
}
void setview(Point p){//視点位置による方向設定
	Point P1=setPoint(0,0,1); dv=len(p);
	Point wa=unit(p); v0=p;
	if((wa.X==0) &&(wa.Y==0)){ t=perspect(dv);return;}
    double wd=sqrt(wa.X*wa.X+wa.Y*wa.Y);
    t=mlt(mlt(perspect(dv),rot_x(-wd,wa.Z)),rot_z(-wa.X/wd,-wa.Y/wd));
	it=mlt(rot_z(wa.X/wd,-wa.Y/wd),rot_x(wd,wa.Z));
}
Point screen(Point p){//スクリーン座標系への変換
	Point a=mlt(t,p);
	double s=(t.mat[3][0]*p.X+t.mat[3][1]*p.Y+t.mat[3][2]*p.Z+t.mat[3][3]);
	return setPoint(org.X+a.X/s,org.Y-a.Y/s,a.Z);
}
Point world(Point p){ //View座標をWorld座標に変換
	double sz=-p.Z/dv;
	return mlt(it,(setPoint((p.X-org.X)*sz,(-p.Y+org.Y)*sz,p.Z+dv)));
}
void init2D(int x, int y){//描画初期設定
	size_x=x; size_y=y;
	org.X=size_x/2-0.5;	org.Y=size_y/2-1.5; org.Z=0;
	setView(30,30,1000);
}
void origin(int x, int y){
	org = setPoint(x+0.5F , y-0.5F,0);
}
//---------------------------------------------------------------------
//■Ray Tracing法による立体描画
//  以下の係数を用いる
//　　diffuse：拡散反射係数, specular: 鏡面反射係数, ambient: 環境光
//
int shading(Point V, Point L, Point N, int CU){
    double kd=diffuse, ks=specular, ke=ambient, D1, D2;
	Point RV=sub(L,mlt(2,mlt(mlt(L,N),N)));             //反射方向ベクトル
	D1=(mlt(minus(N),L))/(len(N)*len(L)); if(D1<0)D1=0; // 拡散および環境光
	D1=kd*D1+ke; D2=ks*(mlt(minus(RV),V))/(len(RV)*len(V));
	if( D2 < 0)D2 = 0;
	int R=(int)(D1*(double)(RED  (CU))+D2*255);if(R>255)R=255;
	int G=(int)(D1*(double)(GREEN(CU))+D2*255);if(G>255)G=255;
	int B=(int)(D1*(double)(BLUE (CU))+D2*255);if(B>255)B=255;
    return RGB(R,G,B);
}
int mix(int C1,double d1, int C2,double d2){// C1とC2をd1:d2で混ぜる
	int R=(int)(d1*(double)(RED  (C1))+d2*(double)(RED  (C2)));if(R>255)R=255;
	int G=(int)(d1*(double)(GREEN(C1))+d2*(double)(GREEN(C2)));if(G>255)G=255;
	int B=(int)(d1*(double)(BLUE (C1))+d2*(double)(BLUE (C2)));if(B>255)B=255;
	return RGB(R,G,B);
}
int shading(Point V, Point L, Point N, int CU, double s){
	double kd=diffuse, ks=specular, ke=ambient, D1, D2;
	Point RV=sub(L,mlt(mlt(mlt(2,L),N),N));            //反射方向ベクトル
	D1=mlt(minus(N),L)/(len(N)*len(L));if(D1<0)D1=0;// 拡散および環境光
	D1=kd*s*D1+ke; 
	D2=s*ks*mlt(minus(RV),V)/(len(RV)*len(V)); if(D2<0)D2=0;// 反射
	int R=(int)(D1*(double)(RED(CU)  )+D2*255);if(R>255)R=255;
	int G=(int)(D1*(double)(GREEN(CU))+D2*255);if(G>255)G=255;
	int B=(int)(D1*(double)(BLUE(CU) )+D2*255);if(B>255)B=255;
	return RGB(R,G,B);
}
void drawPoint(double x,double y, int C){//点を描く
	SetPixel(hbuf,(int)(x+0.5), (int)(y+0.5),C);
}
void drawBall(){
	init2D(500,400); origin(250,200);Point L0, V0;
	Ball  Ba = setBall(setPoint(0,0,70),70);        //球体の定義
	L0 = setPoint(0,400,1000);						//照明光
	V0 = setPoint(500,500,500);						//視点
	setview(V0);
	for(int x=0;x<size_x;x++) for(int y=0; y<size_y;y++){
		Point V  = unit(sub(world(setPoint(x, y,-dv)),V0));  // 視線ベクトル
		Ray   VR = setRay(V0,V);					// 視線
		Point P=setPoint(), N=setPoint();
		if(hit(Ba, VR,&P,&N)<1E8)					// 球体と交わる場合
				drawPoint(x,y,shading(V,unit(sub(P, L0)),N,0xFF));//ボールは赤を基調にする
	}
}
void drawBallAndFloor(){
	init2D(500,400); origin(250,200);Point L0, V0;
	Ball  Ba = setBall(setPoint(0,0,70),70);        //球体,床の定義　　
	Poly Wp=setPoly(setPoint( 200, 200,-50),setPoint(-200, 200,-50),
				    setPoint(-200,-200,-50),setPoint( 200,-200,-50));
	Wall Wa=setWall(Wp); int Cb= 0xFF, Cw=0xFFFFFF;//ボールを赤色に、床を白色にする
	L0 = setPoint(0,400,1000);                      //照明光
	V0 = setPoint(500,500,500);                     //視点
	setview(V0);
	for(int x=0;x<size_x;x++) for(int y=0; y<size_y;y++){
		Point V  = unit(sub(world(setPoint(x, y,-dv)),V0));  // 視線ベクトル
		Ray   VR = setRay(V0,V);					// 視線
		double s  = 1;								// 日向のとき1,日陰のとき0;
		Point P=setPoint(), N=setPoint(), D=setPoint();
		int Cs =0x00; // Csを黒にしているが,これを変えると背景色が変わる。
		if(hit(Ba, VR, &P, &N)<1E8)					// 球体と交わる場合
			Cs = shading(V,unit(sub(P, L0)),N,Cb,1);//　unit(sub(P, L0)):照明光の方向
		else if(hit(Wa, VR,&P,&N)<1E8) {			// 床と交わる場合
			Point  L  = unit(sub(P,L0));			// 照明光の方向　　　　　　　　
			Ray    LR = setRay(L0, L);				// 照明光線
			if(hit(Ba, LR, &P, &D)<1E8) s=0;		// 照明光が球体と交わる場合
			Cs = shading(V,L,N,Cw,s);
		}
		drawPoint(x,y,Cs);
	}
}
void drawBallWithBGR(){// BGR : backgroundReflection
	init2D(500,400); origin(250,200);Point L0, V0;
	Ball Ba = setBall(setPoint(0,0,70),70);            //球体,床の定義
	Poly Wp=setPoly(setPoint( 200, 200,-50), setPoint(-200, 200,-50),
		setPoint(-200,-200,-50),setPoint( 200,-200,-50));
	Wall Wa=setWall(Wp);
	int Cb= 0xFF, Cw=0xFFFFFF;//ボールを赤色に、床を白色にする
	double kr=0.3;                                      //反射率　　
	L0 = setPoint(0,400,1000);                          //照明光
	V0 = setPoint(500,500,500);                         //視点
	setview(V0);
	for(int x=0;x<size_x;x++) for(int y=0; y<size_y;y++){
		Point V  = unit(sub(world(setPoint(x, y,-dv)),V0));  // 視線ベクトル
		Ray   VR = setRay(V0,V);						// 視線
		double s  = 1;									// 日向のとき1,日陰のとき0;
		Point Ps=setPoint(),Pr=setPoint(), N=setPoint(), D=setPoint();
		int Cs = 0x00, Cr=0x00;	 //　Cs, Crを黒にしているがここを変えると背景色や影色が変わる
		if(hit(Ba, VR, &Ps, &N)<1E8){					// 球体と交わる場合
			Cs = shading(V,unit(sub(Ps,L0)),N,Cb,1);	//unit(sub(Ps,L0)): 照明光
			Ray RR=setRay(Ps, sub(V, mlt(2,mlt(mlt(V,N),N)))); //反射視線
			if(hit(Wa, RR,&Pr,&N)<1E8) {				//視線が床と交わるかどうかの判定
				Point Lr=unit(sub(Pr,L0));				//照明光の方向ベクトル
				Ray   LR=setRay(L0,Lr);					//照明光線
				if(hit(Ba, LR,&Pr, &D)<1E8) s=0;		//照明光が床に当たるかどうかの判定
				Cr=shading(RR.d,Lr,N,Cw,s);
			}
		}
		else if(hit(Wa, VR,&Ps, &N)<1E8){				//視線が床と交わるかどうかの判定
			Point L=unit(sub(Ps,L0));					//照明光の方向ベクトル
			Ray   LR=setRay(L0,L);						//照明光線
			if(hit(Ba, LR, &Ps, &D)<1E8) s=0;			//照明光が床に当たるかどうかの判定
			Cr=shading(V,L,N,Cw,s);
		}
		drawPoint(x,y,mix(Cs,1,Cr,kr));
	}
}
//-----------------------------------------------------------------------------------------
void createLabel(HWND hw, LPARAM lp, HMENU hm, int X, int Y,TCHAR *str){//ラベル生成
	CreateWindow(TEXT("STATIC"),str,
		WS_CHILD|WS_VISIBLE|SS_RIGHT, X,Y,100,20,hw,hm,
		hInstance, NULL);
}
HWND createEdit(HWND hw, LPARAM lp,HMENU hm, int X, int Y, TCHAR *str){//エディットボックス生成
	return CreateWindow(TEXT("EDIT"),str, 
		WS_CHILD|WS_VISIBLE|WS_BORDER|ES_RIGHT, 
		X,Y,50,20,hw,hm,hInstance, NULL);
}
HWND createButton(HWND hw, LPARAM lp,HMENU hm, int X, int Y, TCHAR str[]){//ボタン生成
	return CreateWindow(TEXT("BUTTON"),str,
		WS_CHILD|WS_VISIBLE|WS_BORDER|BS_PUSHBUTTON, 
		X,Y,140,30,hw,hm,hInstance, NULL);
}
void createBitmap(HWND hw){
	HDC hdc=GetDC(hw); hBM=CreateCompatibleBitmap(hdc,500,700);
	hbuf=CreateCompatibleDC(hdc);SelectObject(hbuf,hBM);
	ReleaseDC(hw, hdc);
}
void windowSize(HWND hw, int width,int height){
	RECT r;	GetWindowRect(hw, &r);
	MoveWindow(hw, r.left, r.top, width, height,TRUE);
}
void initBitMap(HWND hw){// ビットマップ作成とメモリデバイスコンテキスト作成
	createBitmap(hw); clearBitmap();
	windowSize(hw,700,450);
}
void procCreate(HWND hw, WPARAM wp, LPARAM lp){
	initBitMap(hw);
	SetWindowText(hw,TEXT("立体表示(Ray Tracing method)"));
	createLabel(hw,lp,(HMENU) LB_1,510,245,TEXT("拡散反射係数"));//ラベル生成
	createLabel(hw,lp,(HMENU) LB_2,510,285,TEXT("鏡面反射係数"));
	createLabel(hw,lp,(HMENU) LB_3,510,320,TEXT("環境光係数"));
	editA=createEdit(hw,lp,(HMENU) ED_1,620,245,TEXT("0.7"));//エディットボックス生成
	editB=createEdit(hw,lp,(HMENU) ED_2,620,285,TEXT("0.2"));
	editC=createEdit(hw,lp,(HMENU) ED_3,620,320,TEXT("0.3"));
	bt1  =createButton(hw,lp,(HMENU) BT_1,520, 5,TEXT("球"));//ボタン生成
	bt2  =createButton(hw,lp,(HMENU) BT_2,520,45,TEXT("球と床"));
	bt3  =createButton(hw,lp,(HMENU) BT_3,520,85,TEXT("映込み"));
}
double getValue(HWND editBox){//エディットボックスの値を取り出す。
	TCHAR str[128];char ansi[256];double X;
	GetWindowText(editBox,str,127);//文字列を取り出し
	WideCharToMultiByte(CP_ACP, 0, str,-1,ansi,255,NULL,NULL);//char配列に変換
	sscanf(ansi,"%lf",&X); //浮動小数点変換
	return X;
}
void procPaint(HWND hw, WPARAM wp, LPARAM lp){//ビットマップを画面に表示
	PAINTSTRUCT ps; HDC hdc=BeginPaint(hw, &ps);
	BitBlt(hdc,10,10,490,390,hbuf,0,0,SRCCOPY);
	EndPaint(hw,&ps);
}
// diffuse: 拡散反射係数, specular: 鏡面反射係数, ambient: 環境光
void procBall(HWND hw){//球のみ
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); drawBall()       ; InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procBallAndFloor(HWND hw){//球と床
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); drawBallAndFloor(); InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procBallWithBGR(HWND hw){//映り込みのある球
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); drawBallWithBGR() ; InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procCommand(HWND hw, WPARAM wp, LPARAM lp){
	switch(LOWORD(wp)){
	case BT_1: procBall(hw)        ;return;//球
	case BT_2: procBallAndFloor(hw);return;//球と床
	case BT_3: procBallWithBGR(hw) ;return;//映り込みのある球
	}
}
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hw, UINT msg, WPARAM wp, LPARAM lp){
	switch(msg){
	case WM_DESTROY : PostQuitMessage(0)    ; return 0;
	case WM_CREATE  : procCreate (hw, wp, lp); return 0;
	case WM_PAINT   : procPaint  (hw, wp, lp); return 0;
	case WM_COMMAND : procCommand(hw, wp, lp);
	}
	return DefWindowProc(hw, msg, wp, lp);
}