/* Auteur: Nicolas JANEY                      */
/* nicolas.janey@univ-fcomte.fr               */
/* Fevrier 2019                               */
/* Calcul d'une surface parametrique          */
/* bicubique avec affichage de ses normales   */

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <GL/glut.h>
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>

#include "ModuleCouleurs.h"
#include "ModuleManipulateur.h"
#include "ModuleMenus.h"
#include "ModuleReshape.h"
#include "ModuleFleche.h"

struct coord_3D {
  GLfloat x = 0.0F;
  GLfloat y = 0.0F;
  GLfloat z = 0.0F;
  GLfloat w = 1.0F; };

typedef struct coord_3D coord_3D;
typedef float matrice[4][4];
typedef float vecteur[4];

static GLfloat pts[16][4] = { 
  {-3.0F,-3.0F,-1.0F, 1.0F },{-1.0F,-3.0F, 1.0F, 1.0F },
  { 1.0F,-3.0F, 2.0F, 1.0F },{ 3.0F,-3.0F,-1.0F, 1.0F },
  {-3.0F,-1.0F, 3.0F, 1.0F },{-1.0F,-1.0F, 2.0F, 1.0F },
  { 1.0F,-1.0F,-1.0F, 1.0F },{ 3.0F,-1.0F, 1.0F, 1.0F },
  {-3.0F, 1.0F,-1.0F, 1.0F },{-1.0F, 1.0F,-1.0F, 1.0F },
  { 1.0F, 1.0F, 1.0F, 1.0F },{ 3.0F, 1.0F,-1.0F, 1.0F },
  {-3.0F, 3.0F,-2.0F, 1.0F },{-1.0F, 3.0F, 1.0F, 1.0F },
  { 1.0F, 3.0F, 3.0F, 1.0F },{ 3.0F, 3.0F, 1.0F, 1.0F }};

static coord_3D *points =(coord_3D *) pts ;
static int aff = 0 ;
static int pt = 0 ;
static int maille = 10 ;
static int tg = 1 ;
static int s = 5 ;
static int t = 5 ;

static matrice nrubs =
  { -0.1666666F, 0.5F,      -0.5F,      0.1666666F,
     0.5F      ,-1.0F,       0.5F,      0.0F,
    -0.5F      , 0.0F,       0.5F,      0.0F,
     0.1666666F, 0.6666666F, 0.1666666F,0.0F } ;
static matrice cr = 
  { -0.5F, 1.5F,-1.5F, 0.5F,
     1.0F,-2.5F, 2.0F,-0.5F,
    -0.5F, 0.0F, 0.5F, 0.0F,
     0.0F, 1.0F, 0.0F, 0.0F } ;
static matrice bezier = 
  { -1.0F, 3.0F,-3.0F, 1.0F,
     3.0F,-6.0F, 3.0F, 0.0F,
    -3.0F, 3.0F, 0.0F, 0.0F,
     1.0F, 0.0F, 0.0F, 0.0F } ;

void point(coord_3D *p,coord_3D *n,coord_3D *t) {
  glTexCoord2f(t->x,t->y);
  glNormal3f(n->x,n->y,n->z); 
  glVertex3f(p->x,p->y,p->z); 
}

/*                 ATTENTION                  */
/* Les produits matrice-vecteur,              */
/* matrice-matrice, la transposition          */
/* et le produit vectoriel implantes          */
/* ci-dessous necessitent                     */
/* que les parametres resultats               */
/* soient des tableaux et structures          */
/* differents des parametres d'entree         */

void vectoriel(coord_3D *v1,coord_3D *v2,coord_3D *v) {
  v->x = v1->y*v2->z - v1->z*v2->y;
  v->y = v1->z*v2->x - v1->x*v2->z;
  v->z = v1->x*v2->y - v1->y*v2->x;
}  

void normalize(coord_3D *n) {
  float d =(float) sqrt(n->x*n->x+n->y*n->y+n->z*n->z); 
  if ( d != 0.0F) {
    n->x /= d;
    n->y /= d;
    n->z /= d;}
}

void transposition(matrice m,matrice t) {
  for ( int i = 0 ; i < 4 ; i++ )
    for ( int j = 0 ; j < 4 ; j++ ) 
      t[i][j] = m[j][i];
}

void produitMatriceMatrice(matrice m1,matrice m2,matrice m) {
  for ( int i = 0 ; i < 4 ; i++ )
    for ( int j = 0 ; j < 4 ; j++ ) {
      m[i][j] = 0 ; 
      for ( int k = 0 ; k < 4 ; k++ ) 
        m[i][j] += m1[i][k]*m2[k][j]; }
}

void produitMatriceVecteur(matrice m,vecteur v,vecteur r) {
  for ( int i = 0 ; i < 4 ; i++ ) {
    r[i] = 0 ; 
    for ( int j = 0 ; j < 4 ; j++ ) 
      r[i] += m[i][j]*v[j]; }
}

void produitVecteurMatrice(vecteur v,matrice m,vecteur r) {
  for ( int i = 0 ; i < 4 ; i++ ) {
    r[i] = 0 ; 
    for ( int j = 0 ; j < 4 ; j++ ) 
      r[i] += v[j]*m[j][i]; }
}

float produitVecteurVecteur(vecteur v1,vecteur v2) {
  float r = 0 ; 
  for ( int i = 0 ; i < 4 ; i++ ) 
    r += v1[i]*v2[i];
  return(r) ;
}

void bicubiquePatch(int n,matrice m,matrice mprime,coord_3D *p) {
  int i,j;
  coord_3D **pts =(coord_3D **) malloc(n*sizeof(coord_3D *));
  coord_3D **nms =(coord_3D **) malloc(n*sizeof(coord_3D *));
  coord_3D **tex =(coord_3D **) malloc(n*sizeof(coord_3D *));
  for ( i = 0 ; i < n ; i++ ) {
    tex[i] =(coord_3D *) malloc(n*sizeof(coord_3D));
    pts[i] =(coord_3D *) malloc(n*sizeof(coord_3D));
    nms[i] =(coord_3D *) malloc(n*sizeof(coord_3D)); }
  matrice tx,a,aa ;
  matrice ty,b,bb ;
  matrice tz,c,cc ;
  for ( i = 0 ; i < 4 ; i++ )
    for ( j = 0 ; j < 4 ; j++ ) {
      a[i][j] = p[i*4+j].x ;
      b[i][j] = p[i*4+j].y ;
      c[i][j] = p[i*4+j].z ; }
  matrice trans ;
  transposition(mprime,trans) ;
  produitMatriceMatrice(m,a,aa) ;
  produitMatriceMatrice(m,b,bb) ;
  produitMatriceMatrice(m,c,cc) ;
  produitMatriceMatrice(aa,trans,tx) ;
  produitMatriceMatrice(bb,trans,ty) ;
  produitMatriceMatrice(cc,trans,tz) ;
  for ( i = 0 ; i < n ; i++ ) {
    for ( int j = 0 ; j < n ; j++ ) {
      float s =(float) i/(float) (n-1) ;
      float t =(float) j/(float) (n-1) ;
      vecteur S = { s*s*s,s*s,s,1.0F } ; 
      vecteur T = { t*t*t,t*t,t,1.0F } ; 
      vecteur dS = { 3*s*s,2*s,1.0F,0.0F } ; 
      vecteur dT = { 3*t*t,2*t,1.0F,0.0F } ; 
      vecteur d ;
      coord_3D ds,dt;
      produitVecteurMatrice(S,tx,d) ;
      float x = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(dS,tx,d) ;
      ds.x = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(S,tx,d) ;
      dt.x = produitVecteurVecteur(d,dT) ;
      produitVecteurMatrice(S,ty,d) ;
      float y = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(dS,ty,d) ;
      ds.y = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(S,ty,d) ;
      dt.y = produitVecteurVecteur(d,dT) ;
      produitVecteurMatrice(S,tz,d) ;
      float z = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(dS,tz,d) ;
      ds.z = produitVecteurVecteur(d,T) ;
      produitVecteurMatrice(S,tz,d) ;
      dt.z = produitVecteurVecteur(d,dT) ;
      normalize(&dt);
      normalize(&ds);
      vectoriel(&dt,&ds,&nms[i][j]);
      tex[i][j].x = s;
      tex[i][j].y = t;
      pts[i][j].x = x;
      pts[i][j].y = y;
      pts[i][j].z = z; } }
  glBegin(GL_QUADS); 
  for ( i = 0 ; i < n-1 ; i++ )
    for ( int j = 0 ; j < n-1 ; j++ ) {
      point(&pts[i][j],&nms[i][j],&tex[i][j]);
      point(&pts[i+1][j],&nms[i+1][j],&tex[i+1][j]);
      point(&pts[i+1][j+1],&nms[i+1][j+1],&tex[i+1][j+1]);
      point(&pts[i][j+1],&nms[i][j+1],&tex[i][j+1]); }
  glEnd(); 
  glEnable(GL_LIGHT1);
  glEnable(GL_LIGHT2);
  glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,couleurRougeFonce());
  if ( tg )
    for ( i = 0 ; i < n ; i++ )
      for ( int j = 0 ; j < n ; j++ ) {
        glPushMatrix();
        glTranslatef(pts[i][j].x,pts[i][j].y,pts[i][j].z);
        flecheEnVolume(nms[i][j].x,nms[i][j].y,nms[i][j].z,0.04F,0.3F,0.01F) ;
        glPopMatrix(); }
    else {
    glPushMatrix();
    glTranslatef(pts[s][t].x,pts[s][t].y,pts[s][t].z);
    flecheEnVolume(nms[s][t].x,nms[t][t].y,nms[s][t].z,0.04F,0.3F,0.01F) ;
    glPopMatrix(); }
  glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,couleurGrisClair());
  glDisable(GL_LIGHT1);
  glDisable(GL_LIGHT2);
  for ( i = 0 ; i < n ; i++ ) {
    free(tex[i]);
    free(pts[i]);
    free(nms[i]); }
  free(tex);
  free(pts);
  free(nms);
}

void display(void) { 
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT); 
  glPushMatrix();
  manipulateurSouris();
  manipulateurClavier();
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glPointSize(5.0); 
  glBegin(GL_POINTS); 
  for ( int i = 0 ; i < 16 ; i++ ) {
    if ( i != pt )
      glColor4fv(couleurJaune()); 
      else
      glColor4fv(couleurVert()); 
    glVertex3fv(&pts[i][0]); }
  glEnd(); 
  glColor4fv(couleurCyan()); 
  glEnable(GL_LIGHTING);
  glPointSize(1.0); 
  switch ( aff ) {
    case 0 : bicubiquePatch(maille,bezier,bezier,points);
             break ;
    case 1 : bicubiquePatch(maille,bezier,cr,points);
             break ;
    case 2 : bicubiquePatch(maille,cr,bezier,points);
             break ;
    case 3 : bicubiquePatch(maille,cr,cr,points);
             break ;
    case 4 : bicubiquePatch(maille,nrubs,nrubs,points);
             break ;
    case 5 : bicubiquePatch(maille,nrubs,cr,points);
             break ;
    case 6 : bicubiquePatch(maille,cr,nrubs,points);
             break ; }
  glDisable(GL_LIGHTING);
  glDisable(GL_DEPTH_TEST);
  glPopMatrix();
  glFlush();
  glutSwapBuffers();
} 

void init(void) { 
  glClearColor(0.0,0.0,0.0,1.0); 
  glShadeModel(GL_SMOOTH); 
  glDepthFunc(GL_LESS);
  GLfloat shinines[] = { 50.0 };
  GLfloat l_pos0[] = { 1.0,1.0,1.0,0.0 };
  GLfloat l_pos1[] = { -1.0,0.0,1.0,0.0 };
  GLfloat l_pos2[] = { -1.0,0.0,1.0,0.0 };
  glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,couleurGrisClair());
  glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,couleurBlanc());
  glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,shinines);
  glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,l_pos0);
  glLightfv(GL_LIGHT1,GL_POSITION,l_pos1);
  glLightfv(GL_LIGHT1,GL_POSITION,l_pos2);
  glLightfv(GL_LIGHT1,GL_DIFFUSE,couleurBlanc());
  glLightfv(GL_LIGHT2,GL_DIFFUSE,couleurBlanc());
  glEnable(GL_LIGHT0);
  glEnable(GL_NORMALIZE);
} 
  
void key(unsigned char key,int x,int y) {
  if ( keyManipulateur(key,x,y) )
    glutPostRedisplay();
    else
    switch ( key ) {
      case 32     : tg = (tg+1)%2;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 45     : maille-- ;
                    if ( maille < 5 )
                      maille = 5 ;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 43     : maille++ ;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 's'    : s = (s+1)%maille ;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 'S'    : s-- ;
                    if ( s  < 0 )
                      s = 0;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 't'    : t = (t+1)%maille ;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 'T'    : t-- ;
                    if ( t  < 0 )
                      t = 0;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 0x0D   : aff =(aff+1)%8 ;
                    glutPostRedisplay();
                    break;
      case 'p'    :
      case 'P'    : pt = (pt+1)%16 ;
                    glutPostRedisplay();
                    break; }
}

void special(int k, int x, int y) {
  switch (k) {
    case GLUT_KEY_LEFT      : points[pt].x -= 0.1F;
                              glutPostRedisplay();
                              break;
    case GLUT_KEY_RIGHT     : points[pt].x += 0.1F;
                              glutPostRedisplay();
                              break;
    case GLUT_KEY_UP        : points[pt].y += 0.1F;
                              glutPostRedisplay();
                              break;
    case GLUT_KEY_DOWN      : points[pt].y -= 0.1F;
                              glutPostRedisplay();
                              break;
    case GLUT_KEY_PAGE_UP   : points[pt].z += 0.1F ;
                              glutPostRedisplay();
                              break;
    case GLUT_KEY_PAGE_DOWN : points[pt].z += 0.1F ;
                              glutPostRedisplay();
                              break; }
}

void select1(int selection) {
  switch (selection) {
    case 1  : tg = 1;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 2  : tg = 0;
              glutPostRedisplay();
              break; }
}

void select2(int selection) {
  switch (selection) {
    case 0  :
    case 1  :
    case 2  :
    case 3  :
    case 4  :
    case 5  :
    case 6  : aff = selection ;
              glutPostRedisplay();
              break; }
}

void select3(int selection) {
  switch (selection) {
    case 10 : maille = 5;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 11 : maille = 10;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 12 : maille = 25;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 13 : maille = 50;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 14 : maille = 100;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 6  : maille++;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 7  : maille--;
              if ( maille < 3 )
                maille = 3;
              glutPostRedisplay();
              break; }
}

void select(int selection) {
  switch (selection) {
    case 1  : pt = (pt+1)%4;
              glutPostRedisplay();
              break;
    case 0  : exit(0); }
}

void creationMenu(void) {
  int menu1 = glutCreateMenu(select1);
  glutAddMenuEntry("Toutes",1);
  glutAddMenuEntry("Une",2);
  int menu2 = glutCreateMenu(select2);
  glutAddMenuEntry("Bezier x Bezier",0);
  glutAddMenuEntry("Bezier x Catmull Rom",1);
  glutAddMenuEntry("Catmull Rom x Bezier",2);
  glutAddMenuEntry("Catmull Rom x Catmull Rom",3);
  glutAddMenuEntry("NRUBS x NRUBS",4);
  glutAddMenuEntry("NRUBS x Catmull Rom",5);
  glutAddMenuEntry("Catmull Rom x NRUBS",6);
  int menu3 = glutCreateMenu(select3);
  glutAddMenuEntry("5",10);
  glutAddMenuEntry("10",11);
  glutAddMenuEntry("25",12);
  glutAddMenuEntry("50",13);
  glutAddMenuEntry("100",14);
  glutAddMenuEntry("Augmenter",6);
  glutAddMenuEntry("Reduire",7);
  glutCreateMenu(select);
  glutAddSubMenu("Affichage",menu2);
  glutAddSubMenu("Discretisation",menu3);
  glutAddSubMenu("Normales",menu1);
  glutAddMenuEntry("Changer point",1);
  glutAddMenuEntry("Quitter",0);
  glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
}

int main(int argc,char **argv) {
  glutInit(&argc,argv);
  glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA|GLUT_DEPTH|GLUT_DOUBLE);
  glutInitWindowSize(300,300); 
  glutInitWindowPosition(50,50); 
  glutCreateWindow("Surface bicubique avec normales"); 
  init(); 
  creationMenu();
  setParametresOrthoBasique(-5.0,5.0,-5.0,5.0,-500.0,500.0);
  setManipulateurDistance(1.0F);
  glutReshapeFunc(reshapeOrthoBasique);
  glutKeyboardFunc(key);
  glutSpecialFunc(special);
  glutMotionFunc(motionBasique);
  glutMouseFunc(sourisBasique);
  glutDisplayFunc(display);
  glutMainLoop();
  return(0);
}