KSG-Framework/Model3D.h

#pragma once

#include "Vec2.h"
#include "Array.h"
#include "Mat4.h"
#include "Zeichnung3D.h"

struct ID3D11Buffer;

namespace Framework
{
	struct Polygon2D; //! Model2D.h
	class Textur; //! Textur.h
	class Model2DData; //! Model2D.h
	class DXBuffer; //! DXBuffer.h
	class Render3D; //! Render3D.h
	class Model3DTextur; //! Model3D.h
	class Model3DList; //! Model3DList.h
	class Animation3D; //! Animation3D.h
	class Welt3D; //! Welt3D.h
	class DXBuffer;
	class Shader;
	class GraphicsApi;

	//! Repräsentiert einen Knochen eines 3D Models. Kann annimiert werden
	class Knochen
	{
	private:
		Vec3< float > pos;
		Vec3< float > winkel;
		Knochen* geschwister;
		Knochen* kinder;
		int id;

	public:
		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Knochen(int id);
		//! Destruktor
		DLLEXPORT ~Knochen();
		//! Setzt die Position des Knochens relativ zum Model Ursprung
		//! \param pos Die Position
		DLLEXPORT void setPosition(Vec3< float >& pos);
		//! Setzt die Drehung des Knochens relativ zum Model Ursprung
		//! \param winkel Ein Vektor der die Drehung um die verschiedenen Achsen als Komponenten hat
		DLLEXPORT void setDrehung(Vec3< float >& winkel);
		//! Fügt dem Knochen ein Geschwister Knochen hinzu
		//! \param k Der Knochen, der hinzugefügt werden soll
		void addGeschwisterKnochen(Knochen* k);
		//! Fügt einem bestimmten Knochen ein Kind Knochen hinzu
		//! \param id Die id des Knochens, wo der Knochen als Kind hinzugefügt werden soll
		//! \param k Der Knochen, der hinzugefügt werden soll
		DLLEXPORT void addKind(int id, Knochen* k);
		//! Berechnet die Matrizen des Knochen und die von all seinen Geschwister Knochen und Kind Knochen
		//! \param elternMat Die fertig berechnete Matrix des Elternknochens
		//! \param matBuffer Ein Array, in dem alle berechneten Matrizen gespeichert werden sollen
		//! \param scaleFactor Die skallierung des Objektes
		//! \param kamMatrix Die vereiniegung der view und projektions Matrizen
		DLLEXPORT void kalkulateMatrix(Mat4< float >& elternMat, Mat4< float >* matBuffer, float scaleFactor, Mat4< float >& kamMat);
		//! Gibt den ersten Geschwisterknochen zurück
		DLLEXPORT Knochen* zGeschwister() const;
		//! Gibt den ersten KindKnochen zurück
		DLLEXPORT Knochen* zKind() const;
		//! Kopiert den Knochen mit allen Geschwister Knochen und Kind Knochen
		DLLEXPORT Knochen* kopiereKnochen() const;
		//! Gibt die Id des Knochens zurück
		DLLEXPORT int getId() const;
		//! Gibt die Drehung des Knochens zurück
		DLLEXPORT Vec3< float > getDrehung() const;
		//! Gibt die Position des Knochens zurück
		DLLEXPORT Vec3< float > getPosition() const;
		//! Gibt den Radius des Knochens zurück
		float getRadius() const;

		friend Animation3D;
	};

	//! Repräsentiert alle Knochen eines Models, mit denen es Annimiert werden kann
	class Skelett : public virtual ReferenceCounter
	{
	private:
		Knochen* k;
		int nextId;

	public:
		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Skelett();
		//! Destruktor
		DLLEXPORT ~Skelett();
		//! Gibt die Id des nächsten Knochens zurück und berechnet die neue Id für den Knochen danach
		//! Es können maximal MAX_KNOCHEN_ANZ Knochen für ein Skelett existieren. Wenn diese Zahl überschritten wird, so wird -1 zurückgegeben
		DLLEXPORT int getNextKnochenId();
		//! setzt die Id des nächsten Knochens
		//! \param id die nächste id
		DLLEXPORT void setNextKnochenId(int id);
		//! Fügt dem Skellet einen Knochen hinzu
		//! \param k Der Knochen
		//! \param elternId Die Id des Eltern Knochens. Wenn der Knochen kein Elternknochen besitzt, kannder Parameter weggelassen werden.
		DLLEXPORT void addKnochen(Knochen* k, int elternId = -1);
		//! Berechnet die Matrizen der Knochen
		//! \param modelMatrix Die Matrix, die das Skelett in den Raum der Welt transformiert
		//! \param matBuffer Ein Array von Matrizen, der durch die Knochen Matrizen gefüllt wird
		//! \param scaleFactor Die skallierung des Objektes
		//! \param kamMatrix Die vereiniegung der view und projektions Matrizen
		//! \return gibt die Anzahl der verwendeten Matrizen zurück
		DLLEXPORT int kalkulateMatrix(Mat4< float >& modelMatrix, Mat4< float >* matBuffer, float scaleFactor, Mat4< float >& kamMatrix);
		//! Berechnet den Radius des Skeletts
		DLLEXPORT float getRadius() const;
		//! gibt den Wurzel Knochen zurück
		DLLEXPORT Knochen* zKnochen() const;
		//! Kopiert das Skelett
		DLLEXPORT Skelett* kopiereSkelett() const;
		//! Gibt die id des nächsten Knochens zurück ohne sie zu erhöhen
		DLLEXPORT int zNextKnochenId() const;

		friend Animation3D;
	};

	//! Eine struktor um für eine Ecke eines 3D Models die Raum Position, die Textur Koordinaten und den zugehörigen Knochen speichert
	struct Vertex3D
	{
		Vec3< float > pos; //! Die Position der Ecke basierend zur Position des Knochens
		Vec2< float > tPos; //! Die Textur Koordinaten der Ecke
		Vec3< float > normal; //! Die Normale (zeigt nach außen und steht senkrecht auf der Oberfläche des models)
		int knochenId; //! Die Id des Knochens, mit dem sich die Ecke bei einer Annimation mitbewegt
		int id;//! Der index des vertexes im vertex buffer
	};

	//! Eine Struktur, die alle Dreiecke eines 3D Polygons speichert
	struct Polygon3D
	{
		int* indexList; //! Die Liste mit den IDs der Ecken
		int indexAnz; //! Die Länge der Liste mit den Ids der Ecken

		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Polygon3D();
		//! Destruktor
		DLLEXPORT ~Polygon3D();
	};

	//! Speichert alle Geometrischen Daten eines Modells, also
	//! Raum - und Textur Koordinaten und Knochenzugehörigkeit aller Eckpunkte
	class Model3DData : public virtual ReferenceCounter
	{
	private:
		Skelett* skelett;
		Vertex3D* vertexList;
		int vertexCount;
		Array< Polygon3D* >* polygons;
		float ambientFactor;
		float diffusFactor;
		float specularFactor;
		float radius;
		int* indexBuffer;
		int indexCount;
		DXBuffer* dxIndexBuffer;
		DXBuffer* dxVertexBuffer;
		Vec3<float> minPos;
		Vec3<float> maxPos;
		int id;

	public:
		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Model3DData(DXBuffer* dxVertexBuffer, DXBuffer* dxIndexBuffer, int id);
		//! Destruktor
		DLLEXPORT ~Model3DData();
		// updates the DX Buffer gpu memory if changed
		DLLEXPORT void updateGPUMemory();
		//! Löscht alle Model daten
		DLLEXPORT void clearModel();
		//! Berechnet die normalen für die Eckpunkte des Modells
		DLLEXPORT void calculateNormals();
		//! Erstellt einen buffer für alle polygon indizes
		DLLEXPORT void buildIndexBuffer();
		//! Setzt den Zeiger auf ein standartmäßig verwendete Skelett
		//! \param s Das Skelett, das verwendet werden soll
		DLLEXPORT void setSkelettZ(Skelett* s);
		//! Setzt einen Zeiger auf eine Liste mit allen Vertecies des Models
		//! \param vertexList Ein Array mit Vertecies
		//! \param anz Die Anzahl der Vertecies im Array
		DLLEXPORT void setVertecies(Vertex3D* vertexList, int anz);
		//! Fügt ein Polygon zum Model hinzu
		//! \param polygon Das Polygon, das hinzugefügt erden soll
		DLLEXPORT void addPolygon(Polygon3D* polygon);
		//! Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setAmbientFactor(float f);
		//! Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setDiffusFactor(float f);
		//! Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setSpecularFactor(float f);
		//! Konvertiert ein 2d Model zu 3D
		//! \param model Das 2d Model, das zu 3d konvertiert werden soll
		//! \param z Die z koordinate aller punkte des Models
		DLLEXPORT void copyModel2D(Model2DData* model, float z);
		//! Entfernt ein Polygon
		//! \param index Der Index des Polygons
		DLLEXPORT void removePolygon(int index);
		//! Berechnet die Matrizen der Knochen des Standart Skeletts
		//! \param modelMatrix Die Matrix, die das Skelett in den Raum der Welt transformiert
		//! \param matBuffer Ein Array von Matrizen, der durch die Knochen Matrizen gefüllt wird
		//! \param scaleFactor Die Skallierung des Modells
		//! \param kamMatrix Die vereiniegung der view und projektions Matrizen
		//! \return gibt die Anzahl der verwendeten Matrizen zurück. 0, falls kein Standart Skelett gesetzt wurde
		int kalkulateMatrix(Mat4< float >& modelMatrix, Mat4< float >* matBuffer, float scaleFactor, Mat4< float >& kamMatrix) const;
		//! Gibt die Anzahl an Polygonen zurück
		DLLEXPORT int getPolygonAnzahl() const;
		//! Gibt ein bestimmtes Polygon zurück
		//! \param index Der Index des Polygons
		DLLEXPORT Polygon3D* getPolygon(int index) const;
		//! Gibt einen Iterator zurück, mit dem sich die Polygons auflisten lassen
		DLLEXPORT Iterator< Polygon3D* > getPolygons() const;
		//! Gibt den radius einer Kugel zurück, die das gesammte Model umschließt
		DLLEXPORT float getRadius() const;
		//! Gibt die Id der Daten zurück, wenn sie in einer Model3DList registriert wurden. (siehe Framework::zM3DRegister())
		DLLEXPORT int getId() const;
		//! Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
		DLLEXPORT float getAmbientFactor() const;
		//! Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
		DLLEXPORT float getDiffusFactor() const;
		//! Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
		DLLEXPORT float getSpecularFactor() const;
		//! Gibt eine Kopie des Skeletts zurück, welches für annimationen verwendet werden kann
		DLLEXPORT Skelett* copySkelett() const;
		//! Gibt die Anzahl an Vertices zurück
		DLLEXPORT int getVertexAnzahl() const;
		//! Gibt einen Buffer mit allen Vertecies des Models zurück
		DLLEXPORT const Vertex3D* zVertexBuffer() const;
		//! Gibt eine refferenz auf den beginn des indexBuffers zurück
		DLLEXPORT const int* getIndexBuffer() const;
		//! Gibt eine die Anzahl der indizes im indexBuffer zurück
		DLLEXPORT int getIndexCount() const;
		//! Gibt den Index buffer zurück;
		DLLEXPORT DXBuffer* zDXIndexBuffer() const;
		//! Gibt den Vertex buffer zurück;
		DLLEXPORT DXBuffer* zDXVertexBuffer() const;
		//! gibt den minnimalen Punkt der Bounding box des Models zurück
		DLLEXPORT Vec3<float> getMinPos() const;
		//! gibt den maximalen Punkt der bounding box des Mopdels zurück
		DLLEXPORT Vec3<float> getMaxPos() const;
	};

	//! Speichert eine Liste mit Texturen und für welche Polygone welche Textur benutzt werden soll
	class Model3DTextur : public virtual ReferenceCounter
	{
	private:
		Textur** textures;
		int textureCount;

	public:
		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Model3DTextur();
		//! Destruktor
		DLLEXPORT ~Model3DTextur();
		//! Legt fest, welche Textur für welches Polygon ist
		//! \param pI Der Index des Polygons
		//! \param txt Die Textur des Polygons
		DLLEXPORT void setPolygonTextur(int pI, Textur* txt);
		//! Gibt einen Zeiger auf die Textur eines Polygons zurück ohne erhöhten Reference Counter
		//! \param i Der Index des Polygons
		DLLEXPORT Textur* zPolygonTextur(int i) const;
	};

	//! Eine Zeichnung des 3D Frameworks, die ein 3D Model mit Textur und Animation darstellen kann
	class Model3D : public Zeichnung3D
	{
	protected:
		struct AnimationData
		{
			Animation3D* a;
			double speed;
			double offset;

			AnimationData* getThis();
			AnimationData* release();
		};

		Skelett* skelett;
		Model3DData* model;
		Model3DTextur* textur;
		RCArray< AnimationData >* animations;
		float ambientFactor;
		float diffusFactor;
		float specularFactor;

	public:
		//! Konstruktor
		DLLEXPORT Model3D();
		//! Destruktor
		DLLEXPORT virtual ~Model3D();
		//! Fügt eine Animation hinzu
		//! \param a Die neue Animation
		DLLEXPORT void addAnimation(Animation3D* a, double speed = 1);
		//! Entfernt eine Animation
		//! \param zA Die zu entfernende Animation
		DLLEXPORT void removeAnimation(Animation3D* zA);
		//! Setzt die Daten des Models
		//! \param data Die Daten
		DLLEXPORT void setModelDaten(Model3DData* data);
		//! Setzt die zum Zeichnen zu benutzenden Texturen
		//! \param txt Ein Liste mit Texturen zu den verschiedenen Polygonen zugeordnet
		DLLEXPORT void setModelTextur(Model3DTextur* txt);
		//! Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setAmbientFactor(float f);
		//! Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setDiffusFactor(float f);
		//! Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
		//! \param f der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
		DLLEXPORT void setSpecularFactor(float f);
		//! Errechnet die Matrizen aller Knochen des Skeletts des Models
		//! \param viewProj Die miteinander multiplizierten Kameramatrizen
		//! \param matBuffer Ein Array mit Matrizen, der gefüllt werden soll
		//! \return Die Anzahl der Matrizen, die das Model benötigt
		DLLEXPORT int errechneMatrizen(Mat4< float >& viewProj, Mat4< float >* matBuffer) override;
		//! Verarbeitet die vergangene Zeit
		//! \param tickval Die zeit in sekunden, die seit dem letzten Aufruf der Funktion vergangen ist
		//! \return true, wenn sich das Objekt verändert hat, false sonnst.
		DLLEXPORT virtual bool tick(double tickval) override;
		//! zum aktualisieren der shader daten
		DLLEXPORT virtual void beforeRender(GraphicsApi* api, Shader* zVertexShader, Shader* zPixelShader);
		DLLEXPORT virtual void afterRender(GraphicsApi* api, Shader* zVertexShader, Shader* zPixelShader);
		//! Gibt die Textur zurück
		DLLEXPORT Model3DTextur* getTextur();
		//! Gibt die Textur zurück (ohne erhöhten Reference Counter)
		DLLEXPORT Model3DTextur* zTextur();
		//! Gibt die ModelDaten zurück
		DLLEXPORT Model3DData* getModelData();
		//! Gibt die ModelDaten zurück (ohne erhöhten Reference Counter)
		DLLEXPORT Model3DData* zModelData();
		//! prüft, ob ein Strahl dieses Objekt trifft
		//! \param point der startpunkt des Strahls in Weltkoordinaten
		//! \param dir die Richtung des Strahls in Weltkoordinaten
		//! \param maxSqDist Die maximale quadratische distanz die erlaubt ist
		//! \param pId die Id des Polygons, zu dem der Schnittpunkt gehört
		//! \return den quadratischen Abstand des Schnittpunktes zum Ursprung des Strahls oder -1, wenn kein schnittpunkt existiert 
		DLLEXPORT virtual float traceRay(Vec3< float >& point, Vec3< float >& dir, float maxSqDist, int& pId) const;
		//! berechnet die Farbe des Schnittpunktes deines Strahls
		//! \param point der startpunkt des Strahls in Weltkoordinaten
		//! \param dir die Richtung des Strahls in Weltkoordinaten
		//! \param zWelt die Welt, aus der der Strahl kommt
		//! \return die Farbe des Schnittpunktes 
		DLLEXPORT virtual int traceRay(Vec3< float >& point, Vec3< float >& dir, int pId, Welt3D* zWelt) const;
		//! Gibt die Id der Daten zurück, wenn sie in einer Model3DList registriert wurden. (siehe Framework::zM3DRegister())
		DLLEXPORT int getDatenId() const;
		//! Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
		DLLEXPORT float getAmbientFactor() const;
		//! Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
		DLLEXPORT float getDiffusFactor() const;
		//! Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
		DLLEXPORT float getSpecularFactor() const;
		//! Gibt die Anzahl an Vertices zurück
		DLLEXPORT int getVertexAnzahl() const;
		//! Gibt einen Buffer mit allen Vertecies des Models zurück
		DLLEXPORT const Vertex3D* zVertexBuffer() const;
		//! Gibt true zurück wenn ein bestimmtes polygon gezeichnet werden muss
		DLLEXPORT virtual bool needRenderPolygon(int index);
		DLLEXPORT virtual Textur* zEffectTextur();
		DLLEXPORT virtual float getEffectPercentage();
	};
}