// ■立体の演算
//
//  【図形A,Bの演算】
//
//     演算の種類  　　表記　　描く部分(Aの表面)  描く部分(Bの表面)
//    -------------------------------------------------------------
//      和（合体）　　A ∪ B    Bの外部(!in(B))     Aの外部(!in(A))
//      積（共通）　　A ∩ B    Bの内部( in(B))     Aの内部( in(A))
//      差（カット）　A − B    Bの外部(!in(B))     Aの内部( in(A))
//
//    描く部分がA, B 共通にある場合、視点に近いほうを描く。
//

#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);
}
//----------------------------------------------------------------
// 図形演算では図形内部かどうかを判定する必要があるので以下の２関数追加
bool In(Ball B, Point P){//球の内部かどうかの判定
  double L=len(sub(P,B.o));
  //if(abs(L-B.r)<0.0001) return true;
  if(L<=B.r) return true;
  else return false;
}
double hitIn(Ball B, Ray VR,Point *P, Point *N)	{//差表示用
	double ds=mlt(VR.d,sub(VR.o,B.o));
	double d2=ds*ds-mlt(sub(VR.o,B.o),sub(VR.o,B.o))+B.r*B.r;
	if(d2<0) return 1E+8F;
	double t= -ds + sqrt(d2);
	*P=add(VR.o,mlt(t , VR.d)); *N=unit(sub(*P, B.o));
	return t; 
}
void orFig(){  //和(Ba2 ∪ Ba1)
	init2D(500,400); origin(250,200);
	Ball  Ba1 = setBall(setPoint(0,0,60),40);        //球体の定義
	Ball  Ba2 = setBall(setPoint(0,0,0),70);        //球体の定義
	Point L0 = setPoint(0,400,1000);                 //照明光
	Point 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 P1 = setPoint(), N1 = setPoint();
        Point P2 = setPoint(), N2 = setPoint();
        Point P3 = setPoint(), N3 = setPoint();
		double s = 1;
        double f1 = hit(Ba1,VR, &P1, &N1), f2 = hit(Ba2, VR, &P2, &N2);
        Point L1 = unit(sub(P1 , L0)), L2 = unit(sub(P2,L0));
        int C = 0xFFFFFF;
        if (f1 < 1E8 && f2 < 1E8){  // 両球体と交わる場合,手前を表示
             if (len(sub(P1,V0)) < len(sub(P2,V0))){
				 if (!In(Ba2, P1)) C = shading(V, L1, N1, 0xFF);
			 }
             else if (!In(Ba1,P2)){
				 Ray LR = setRay(L0, L2);
                 if (hit(Ba1, LR, &P3, &N3) < 1E8) s = 0;
                 C = shading(V, L2, N2, 0xFFFF, s);
			 }
		}
        else if (f1 < 1E8 && !In(Ba2, P1)) C = shading(V, L1, N1, 0xFF);
		else if (f2 < 1E8 && !In(Ba1, P2)){
			Ray LR = setRay(L0, L2);
			if (hit(Ba1, LR, &P3, &N3) < 1E8) s = 0;
			C = shading(V, L2, N2, 0xFFFF, s);
		}
        drawPoint(x, y, C);
	}
}
void andFig(){// 積(Ba2 ∩ Ba1)
	init2D(500,400); origin(250,200);
	Ball  Ba1 = setBall(setPoint(0,0,60),40);        //球体の定義
	Ball  Ba2 = setBall(setPoint(0,0,0),70);        //球体の定義
	Point L0 = setPoint(0,400,1000);                 //照明光
	Point 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 P1=setPoint(), N1=setPoint();
		Point P2=setPoint(), N2=setPoint();
		Point P3=setPoint(), N3=setPoint();
		double f1=hit(Ba1, VR, &P1, &N1), f2=hit(Ba2, VR, &P2, &N2);
		Point  L1=unit(sub(P1, L0)), L2=unit(sub(P2, L0));
		int C=0xFFFFFF;
		if(f1<1E4 && In(Ba2, P1)) C=shading(V,L1,N1,0xFF);
		if(f2<1E4 && In(Ba1, P2)) C=shading(V,L2,N2,0xFFFF);
		drawPoint(x,y,C);
	}
}
void difFig(){// 差(Ba2 - Ba1)
	init2D(500,400); origin(250,200);
	Ball  Ba1 = setBall(setPoint(0,0,60),40);        //球体の定義
	Ball  Ba2 = setBall(setPoint(0,0,0),70);        //球体の定義
	Point L0 = setPoint(0,400,1000);                 //照明光
	Point V0 = setPoint(500,500,600);                //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 P1=setPoint(), N1=setPoint();
		Point P2=setPoint(), N2=setPoint();
		Point P3=setPoint(), N3=setPoint();
		double f1=hitIn(Ba1, VR,&P1,&N1);
		double f2=hit(Ba2, VR,&P2,&N2);
		int C=0xFFFFFF;
		Point L1=unit(sub(P1,L0));Point L2=unit(sub(P2,L0));
		double s=1;
		if(f2<1E8 && !In(Ba1, P2)){
			if(f1<1E8 && In(Ba2, P1)){
				if(len(sub(P1, V0))<len(sub(P2, V0))) C=shading(V,L1,minus(N1),0xFFFF);
				else{
					Ray    LR=setRay(L0,L1);
					if(hit(Ba2, LR, &P3, &N3)<1E8) s=0;
					C=shading(V,L2,N2,0xFF,s);
				}
			}
			else C=shading(V,L2,N2,0xFFFF);
		}
		else if(f1<1E8 && In(Ba2, P1)) C=shading(V,L1,minus(N1), 0xFF);
		drawPoint(x,y,C);
	}
}
//-----------------------------------------------------------------------------------------
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("図形演算"));
	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("和(A ∪ B)"));//ボタン生成
	bt2  =createButton(hw,lp,(HMENU) BT_2,520,45,TEXT("積(A ∩ B)"));
	bt3  =createButton(hw,lp,(HMENU) BT_3,520,85,TEXT("差(A − B"));
}
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 procOR(HWND hw){//和
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); orFig();	InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procAND(HWND hw){//積
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); andFig(); InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procDIF(HWND hw){//差
	diffuse= getValue(editA),specular= getValue(editB),ambient= getValue(editC);
	clearBitmap(); difFig(); InvalidateRect(hw, NULL, TRUE);
}
void procCommand(HWND hw, WPARAM wp, LPARAM lp){
	switch(LOWORD(wp)){
	case BT_1: procOR(hw) ; return;//和
	case BT_2: procAND(hw); return;//積
	case BT_3: procDIF(hw); return;//差
	}
}
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);
}