//
//  コンピュータグラフィックス特論II
//  視点操作のサンプルプログラム
//

// GLUTヘッダファイルのインクルード
#include <GL/glut.h>


// グローバル変数

// ウィンドウのサイズ
int  win_width, win_height;

// 背景オブジェクトの位置
const int  num_trees = 100;
float  tree_pos[ num_trees ][2];

// マウスのドラッグのための変数
int  drag_mouse_r = 0; // 右ボタンがドラッグ中かどうかのフラグ（1:ドラッグ中, 0:非ドラッグ中）
int  drag_mouse_l = 0; // 左ボタンがドラッグ中かどうかのフラグ（1:ドラッグ中, 0:非ドラッグ中）
int  last_mouse_x, last_mouse_y; // 最後に記録されたマウスカーソルの座標


// 視点操作パラメタ
float  view_center_x;  // 注視点の位置
float  view_center_y;  // 注視点の位置
float  view_center_z;  // 注視点の位置
float  view_yaw;	   // 視点の方位角
float  view_pitch;	 // 視点の仰角
float  view_distance;  // 視点と注視点の距離


// 視点操作モード
enum  ViewControlModeEnum
{
	VIEW_DOLLY_PARAM,		 // Dollyモード（媒介変数）
	VIEW_DOLLY_DIRECT,		// Dollyモード（直接更新）
	VIEW_SCROLL_PARAM,		// Scrollモード（媒介変数）
	VIEW_SCROLL_DIRECT,	   // Scrollモード（直接更新）
	VIEW_WALKTHROUGH_PARAM,   // Walkthroughモード（媒介変数）
	VIEW_WALKTHROUGH_DIRECT,  // Walkthroughモード（直接更新）
	NUM_VIEW_CONTROL_MODES	// 視点操作モードの種類数
};

// 視点操作モードの名前
const char *   mode_name[] = { "Dolly Mode (Parameter)", "Dolly Mode (Direct)", "Scroll Mode (Parameter)", "Scroll Mode (Direct)", "Walkthrough Mode (Parameter)", "Walkthrough Mode (Direct)" };

// 現在の視点操作モード
ViewControlModeEnum  mode = VIEW_DOLLY_PARAM;



//
//  視点操作のための処理
//


//
//  視点の初期化
// （最初の初期化時と視点モードが切り替えられたときに呼ばれる）
//
void  InitView()
{
	// 視点パラメタを初期化
	if ( mode == VIEW_DOLLY_PARAM )
	{
		view_center_x = 0.0f;
		view_center_y = 0.0f;
		view_center_z = 0.0f;
		view_yaw = -30.0f;
		view_pitch = -30.0f;
		view_distance = 15.0f;
	}
	if ( mode == VIEW_SCROLL_PARAM )
	{
		view_center_x = 0.0f;
		view_center_y = 0.0f;
		view_center_z = 0.0f;
		view_yaw = 0.0f;
		view_pitch = -30.0f;
		view_distance = 15.0f;
	}
	if ( mode == VIEW_WALKTHROUGH_PARAM )
	{
		view_center_x = 0.0f;
		view_center_y = 0.5f;
		view_center_z = 0.0f;
		view_yaw = 0.0f;
		view_pitch = 0.0f;
		view_distance = 0.0f;
	}

	// 変換行列を初期化
	if ( mode == VIEW_DOLLY_DIRECT )
	{
		glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
		glLoadIdentity();
		glTranslatef( 0.0, 0.0, -15.0 );
		glRotatef( 30.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
		glRotatef( 30.0, 0.0, 1.0, 0.0 );

		view_center_x = 0.0f;
		view_center_y = 0.0f;
		view_center_z = 0.0f;
	}
	if ( mode == VIEW_SCROLL_DIRECT )
	{
		glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
		glLoadIdentity();
		glTranslatef( 0.0, 0.0, -15.0 );
		glRotatef( 30.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
		glRotatef( 0.0, 0.0, 1.0, 0.0 );

		view_center_x = 0.0f;
		view_center_y = 0.0f;
		view_center_z = 0.0f;
	}
	if ( mode == VIEW_WALKTHROUGH_DIRECT )
	{
		glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
		glLoadIdentity();
		glTranslatef( 0.0, -0.5, 0.0 );
		glRotatef( 0.0, 1.0, 0.0, 0.0 );
		glRotatef( 0.0, 0.0, 1.0, 0.0 );
	}
}


//
//  視点パラメタに応じて変換行列（カメラ座標系からワールド座標系への変換行列）を更新
// （画面描画時のコールバック関数 DisplayCallback() から呼ばれる）
//
void  UpdateViewMatrix()
{
	// 視点パラメタを使った操作時のみ変換行列を更新
 	if ( ( mode == VIEW_DOLLY_PARAM ) || ( mode == VIEW_SCROLL_PARAM ) || ( mode == VIEW_WALKTHROUGH_PARAM ) )
	{
		glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
		glLoadIdentity();
		glTranslatef( 0.0,  0.0, - view_distance );
		glRotatef( - view_pitch, 1.0, 0.0, 0.0 );
		glRotatef( - view_yaw, 0.0, 1.0, 0.0 );
		glTranslatef( - view_center_x, - view_center_y, - view_center_z );
	}
}


//
//  マウス操作に応じて視点パラメタ or 変換行列を更新
// （マウスドラッグ時のコールバック関数 MouseDragCallback() から呼ばれる）
//
void  UpdateView( int delta_mouse_right_x, int delta_mouse_right_y, int delta_mouse_left_x, int delta_mouse_left_y )
{
	// 視点パラメタを更新（Dollyモード・媒介変数）
	if ( mode == VIEW_DOLLY_PARAM )
	{
		// 横方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を水平方向に回転
		if ( delta_mouse_right_x != 0 )
		{
			view_yaw -= delta_mouse_right_x * 1.0;

			// パラメタの値が所定の範囲を超えないように修正
			if ( view_yaw < 0.0 )
				view_yaw += 360.0;
			else if ( view_yaw > 360.0 )
				view_yaw -= 360.0;
		}

		// 縦方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を上下方向に回転
		if ( delta_mouse_right_y != 0 )
		{
			view_pitch -= delta_mouse_right_y * 1.0;

			// パラメタの値が所定の範囲を超えないように修正
			if ( view_pitch < -90.0 )
				view_pitch = -90.0;
			else if ( view_pitch > -2.0 )
				view_pitch = -2.0;
		}
		
		// 縦方向の左ボタンドラッグに応じて、視点と注視点の距離を変更
		if ( delta_mouse_left_y != 0 )
		{
			view_distance += delta_mouse_left_y * 0.2;

			// パラメタの値が所定の範囲を超えないように修正
			if ( view_distance < 5.0 )
				view_distance = 5.0;
		}
	}

	// 視点パラメタを更新（Scrollモード・媒介変数）
	if ( mode == VIEW_SCROLL_PARAM )
	{
		// 縦方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を上下方向に回転
		if ( delta_mouse_right_y != 0 )
		{
			// ※レポート課題
		}

		// 左ボタンドラッグに応じて、視点を前後左右に移動（ワールド座標系を基準とした前後左右）
		if ( ( delta_mouse_left_x != 0 ) || ( delta_mouse_left_y != 0 ) )
		{
			// ※レポート課題
		}
	}

	// 視点パラメタを更新（Walkthroughモード・媒介変数）
	if ( mode == VIEW_WALKTHROUGH_PARAM )
	{
		// 横方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を水平方向に回転
		if ( delta_mouse_right_x != 0 )
		{
			// ※レポート課題
		}

		// 左ボタンドラッグに応じて、視点を前後左右に移動（カメラの向きを基準とした前後左右）
		if ( ( delta_mouse_left_x != 0 ) || ( delta_mouse_left_y != 0 ) )
		{
			// ※レポート課題
		}
	}

	// 変換行列を更新（Dollyモード・直接更新）
	if ( mode == VIEW_DOLLY_DIRECT )
	{
		// 横方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を水平方向に回転
		if ( delta_mouse_right_x != 0 )
		{
			// 視点の水平方向の回転量を計算
			float  delta_yaw = delta_mouse_right_x * 1.0;

			// 現在の変換行列の右側に、今回の回転変換をかける
			glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
			glRotatef( delta_yaw, 0.0, 1.0, 0.0 );
		}

		// 縦方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を上下方向に回転
		if ( delta_mouse_right_y != 0 )
		{
			// 視点の上下方向の回転量を計算
			float  delta_pitch = delta_mouse_right_y * 1.0;

			// 現在の変換行列を取得
			float  m[ 16 ];
			float  tx, ty, tz;
			glGetFloatv( GL_MODELVIEW_MATRIX, m );

			// 現在の変換行列の平行移動成分を記録
			tx = m[ 12 ];
			ty = m[ 13 ];
			tz = m[ 14 ];

			// 現在の変換行列の平行移動成分を０にする
			m[ 12 ] = 0.0f;
			m[ 13 ] = 0.0f;
			m[ 14 ] = 0.0f;

			// 変換行列を初期化
			glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
			glLoadIdentity();

			// カメラの平行移動行列を設定
			glTranslatef( tx, ty, tz );

			// 右側に、今回の回転変換をかける
			glRotatef( delta_pitch, 1.0, 0.0, 0.0 );

			// さらに、右側に、もとの変換行列から平行移動成分をとり除いたものをかける
			glMultMatrixf( m );
		}

		// 縦方向の左ボタンドラッグに応じて、視点と注視点の距離を変更
		if ( delta_mouse_left_y )
		{
			// 視点と注視点の距離の変化量を計算
			float  delta_dist = delta_mouse_left_y * 1.0;

			// 現在の変換行列（カメラの向き）を取得
			float  m[ 16 ];
			glGetFloatv( GL_MODELVIEW_MATRIX, m );

			// 変換行列を初期化して、カメラ移動分の平行移動行列を設定
			glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
			glLoadIdentity();
			glTranslatef( 0.0,  0.0, - delta_dist );

			// 右からこれまでの変換行列をかける
			glMultMatrixf( m );
		}
	}

	// 視点パラメタを更新（Scrollモード・直接更新）
	if ( mode == VIEW_SCROLL_DIRECT )
	{
		// 縦方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を上下方向に回転
		if ( delta_mouse_right_y != 0 )
		{
			// ※レポート課題
		}

		// 左ボタンドラッグに応じて、視点を前後左右に移動（ワールド座標系を基準として前後左右に移動）
		if ( ( delta_mouse_left_x != 0 ) || ( delta_mouse_left_y != 0 ) )
		{
			// ※レポート課題
		}
	}

	// 変換行列を更新（Walkthroughモード・直接更新）
	if ( mode == VIEW_WALKTHROUGH_DIRECT )
	{
		// 横方向の右ボタンドラッグに応じて、視点を水平方向に回転
		if ( delta_mouse_right_x != 0 )
		{
			// ※レポート課題
		}

		// 左ボタンドラッグに応じて、視点を前後左右に移動（カメラの向きを基準として前後左右に移動）
		if ( ( delta_mouse_left_x != 0 ) || ( delta_mouse_left_y != 0 ) )
		{
			// ※レポート課題
		}
	}
}



//
//  以下、プログラムのメイン処理
//


//
//  木を描画
//
void  RenderTree()
{
	static GLUquadricObj *  quad_obj = NULL;
	if ( quad_obj == NULL )
		quad_obj = gluNewQuadric();

	glPushMatrix();
		glRotatef( -90.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f );
		glColor3f( 0.8, 0.7, 0.0 );
		gluCylinder( quad_obj, 0.25f, 0.25f, 1.0f, 16, 1 );
	glPopMatrix();

	glPushMatrix();
		glTranslatef( 0.0f, 0.5f, 0.0f );
		glRotatef( -90.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f );
		glColor3f( 0.3, 0.7, 0.3 );
		gluCylinder( quad_obj, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 16, 1 );
	glPopMatrix();

	glPushMatrix();
		glTranslatef( 0.0f, 1.0f, 0.0f );
		glRotatef( -90.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f );
		glColor3f( 0.3, 0.7, 0.3 );
		gluCylinder( quad_obj, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 16, 1 );
	glPopMatrix();
}


//
//  格子模様の床を描画
//
void  DrawFloor( int tile_size, int num_x, int num_z, float r0, float g0, float b0, float r1, float g1, float b1 )
{
	int  x, z;
	float  ox, oz;

	glBegin( GL_QUADS );
	glNormal3d( 0.0, 1.0, 0.0 );

	ox = - ( num_x * tile_size ) / 2;
	for ( x=0; x<num_x; x++ )
	{
		oz = - ( num_z * tile_size ) / 2;
		for ( z=0; z<num_z; z++ )
		{
			if ( ( (x + z) % 2 ) == 0 )
				glColor3f( r0, g0, b0 );
			else
				glColor3f( r1, g1, b1 );

			glTexCoord2d( 0.0f, 0.0f );
			glVertex3d( ox, 0.0, oz );
			glTexCoord2d( 0.0f, 1.0f );
			glVertex3d( ox, 0.0, oz + tile_size );
			glTexCoord2d( 1.0f, 1.0f );
			glVertex3d( ox + tile_size, 0.0, oz + tile_size );
			glTexCoord2d( 1.0f, 0.0f );
			glVertex3d( ox + tile_size, 0.0, oz );

			oz += tile_size;
		}
		ox += tile_size;
	}
	glEnd();
}


//
//  文字情報（現在のモード名）を描画
//
void  DrawTextInformation()
{
	// 表示するメッセージ
	int   i;
	const char *  message = mode_name[ mode ];

	// 射影行列を初期化（初期化の前に現在の行列を退避）
	glMatrixMode( GL_PROJECTION );
	glPushMatrix();
	glLoadIdentity();
	gluOrtho2D( 0.0, win_width, win_height, 0.0 );

	// モデルビュー行列を初期化（初期化の前に現在の行列を退避）
	glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
	glPushMatrix();
	glLoadIdentity();

	// Ｚバッファ・ライティングはオフにする
	glDisable( GL_DEPTH_TEST );
	glDisable( GL_LIGHTING );

	// メッセージの描画
	glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
	glRasterPos2i( 16, 16 + 18 );
	for ( i=0; message[i]!='\0'; i++ )
		glutBitmapCharacter( GLUT_BITMAP_HELVETICA_18, message[i] );

	// 設定を全て復元
	glEnable( GL_DEPTH_TEST );
	glEnable( GL_LIGHTING );
	glMatrixMode( GL_PROJECTION );
	glPopMatrix();
	glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
	glPopMatrix();
}


//
//  画面描画時に呼ばれるコールバック関数
//
void  DisplayCallback()
{
	// 画面をクリア（ピクセルデータとＺバッファの両方をクリア）
	glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
	
	// 視点パラメタに応じて変換行列（カメラ座標系からワールド座標系への変換行列）を更新
	UpdateViewMatrix();

	// 光源位置を設定（モデルビュー行列の変更にあわせて再設定）
	float  light0_position[] = { 10.0, 10.0, 10.0, 1.0 };
	glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_position );

	// 格子模様の床を描画
	DrawFloor( 1.0f, 50, 50, 1.0, 1.0, 1.0, 0.8, 0.8, 0.8 );

	// 背景の木を描画
	int  i;
	for ( i=0; i<num_trees; i++ )
	{
		glPushMatrix();
		glTranslatef( tree_pos[ i ][ 0 ], 0.0f, tree_pos[ i ][ 1 ] );
		RenderTree();
		glPopMatrix();
	}

	// 注視点にオブジェクト（球）を描画
	if ( ( mode != VIEW_WALKTHROUGH_PARAM ) && ( mode != VIEW_WALKTHROUGH_DIRECT ) )
	{
		glPushMatrix();
		glTranslatef( view_center_x, view_center_y + 0.5f, view_center_z );
		glColor3f( 1.0, 0.0, 0.0 );
		glutSolidSphere( 0.5f, 24, 12 );
		glPopMatrix();
	}

	// 文字情報（現在のモード名）を描画
	DrawTextInformation();

	// バックバッファに描画した画面をフロントバッファに表示
	glutSwapBuffers();
}


//
//  ウィンドウサイズ変更時に呼ばれるコールバック関数
//
void  ReshapeCallback( int w, int h )
{
	// ウィンドウ内の描画を行う範囲を設定（ここではウィンドウ全体に描画）
	glViewport(0, 0, w, h);
	
	// カメラ座標系→スクリーン座標系への変換行列を設定
	glMatrixMode( GL_PROJECTION );
	glLoadIdentity();
	gluPerspective( 45, (double)w/h, 1, 500 );

	// ウィンドウのサイズを記録（テキスト描画処理のため）
	win_width = w;
	win_height = h;
}


//
// マウスクリック時に呼ばれるコールバック関数
//
void  MouseClickCallback( int button, int state, int mx, int my )
{
	// 右ボタンが押されたらドラッグ開始
	if ( ( button == GLUT_RIGHT_BUTTON ) && ( state == GLUT_DOWN ) )
		drag_mouse_r = 1;
	// 右ボタンが離されたらドラッグ終了
	else if ( ( button == GLUT_RIGHT_BUTTON ) && ( state == GLUT_UP ) )
		drag_mouse_r = 0;

	// 左ボタンが押されたらドラッグ開始
	if ( ( button == GLUT_LEFT_BUTTON ) && ( state == GLUT_DOWN ) )
		drag_mouse_l = 1;
	// 左ボタンが離されたらドラッグ終了
	else if ( ( button == GLUT_LEFT_BUTTON ) && ( state == GLUT_UP ) )
		drag_mouse_l = 0;

	// 現在のマウス座標を記録
	last_mouse_x = mx;
	last_mouse_y = my;
}


//
// マウスドラッグ時に呼ばれるコールバック関数
//
void  MouseDragCallback( int mx, int my )
{
	// マウスのドラッグ距離を計算
	int  delta_mouse_right_x = 0, delta_mouse_right_y = 0, delta_mouse_left_x = 0, delta_mouse_left_y = 0;
	if ( drag_mouse_r )
	{
		delta_mouse_right_x = mx - last_mouse_x;
		delta_mouse_right_y = my - last_mouse_y;
	}
	if ( drag_mouse_l )
	{
		delta_mouse_left_x = mx - last_mouse_x;
		delta_mouse_left_y = my - last_mouse_y;
	}

	// マウス操作に応じて視点パラメタ or 変換行列を更新
	UpdateView( delta_mouse_right_x, delta_mouse_right_y, delta_mouse_left_x, delta_mouse_left_y );

	// 今回のマウス座標を記録
	last_mouse_x = mx;
	last_mouse_y = my;

	// 再描画の指示を出す（この後で再描画のコールバック関数が呼ばれる）
	glutPostRedisplay();
}


//
//  キーボードのキーが押されたときに呼ばれるコールバック関数
//
void  KeyboardCallback( unsigned char key, int mx, int my )
{
	// Mキーで視点操作モードを順番に切り替え
	if ( key == 'm' )
	{
		// 次の視点操作モードに切り替え
		mode = (ViewControlModeEnum)( ( mode + 1 ) % NUM_VIEW_CONTROL_MODES );

		// 視点の初期化
		InitView();
	}

	// 再描画の指示を出す（この後で再描画のコールバック関数が呼ばれる）
	glutPostRedisplay();
}


//
//  環境初期化関数
//
void  InitEnvironment()
{
	// 光源を作成する
	float  light0_position[] = { 10.0, 10.0, 10.0, 1.0 };
	float  light0_diffuse[] = { 0.8, 0.8, 0.8, 1.0 };
	float  light0_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
	float  light0_ambient[] = { 0.1, 0.1, 0.1, 1.0 };
	glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_position );
	glLightfv( GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light0_diffuse );
	glLightfv( GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light0_specular );
	glLightfv( GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light0_ambient );
	glEnable( GL_LIGHT0 );

	// 光源計算を有効にする
	glEnable( GL_LIGHTING );

	// 物体の色情報を有効にする
	glEnable( GL_COLOR_MATERIAL );

	// Ｚテストを有効にする
	glEnable( GL_DEPTH_TEST );

	// 背面除去を有効にする
	glCullFace( GL_BACK );
	glEnable( GL_CULL_FACE );

	// 背景色を設定
	glClearColor( 0.5, 0.5, 0.8, 0.0 );

	// 背景に配置するツリーの位置をランダムに初期化
	for ( int i=0; i<num_trees; i++ )
	{
		for ( int j=0; j<2; j++ )
			tree_pos[ i ][ j ] = ( rand() % 1000 - 500 ) * 0.04f;
	}
}


//
//  メイン関数（プログラムはここから開始）
//
int  main( int argc, char ** argv )
{
	// GLUTの初期化
	glutInit( &argc, argv );
	glutInitDisplayMode( GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA );
	glutInitWindowSize( 640, 640 );
	glutInitWindowPosition( 0, 0 );
	glutCreateWindow("View Control");
	
	// コールバック関数の登録
	glutDisplayFunc( DisplayCallback );
	glutReshapeFunc( ReshapeCallback );
	glutMouseFunc( MouseClickCallback );
	glutMotionFunc( MouseDragCallback );
	glutKeyboardFunc( KeyboardCallback );

	// 環境初期化
	InitEnvironment();

	// 視点の初期化
	InitView();

	// GLUTのメインループに処理を移す
	glutMainLoop();
	return 0;
}