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

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

        // Fügt dem Knochen ein Geschwister Knochen hinzu
        //  k: Der Knochen, der hinzugefügt werden soll
        void addGeschwisterKnochen( Knochen *k );

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

    public:
        // Konstruktor
        __declspec( dllexport ) Skelett();
        // Destruktor
        __declspec( 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
        __declspec( dllexport ) int getNextKnochenId();
        // Fügt dem Skellet einen Knochen hinzu
        //  k: Der Knochen
        //  elternId: Die Id des Eltern Knochens. Wenn der Knochen kein Elternknochen besitzt, kannder Parameter weggelassen werden.
        __declspec( dllexport ) void addKnochen( Knochen *k, int elternId = -1 );
        // Berechnet die Matrizen der Knochen
        //  modelMatrix: Die Matrix, die das Skelett in den Raum der Welt transformiert
        //  matBuffer: Ein Array von Matrizen, der durch die Knochen Matrizen gefüllt wird
        //  scaleFactor: Die skallierung des Objektes
        //  kamMatrix: Die vereiniegung der view und projektions Matrizen
        //  return: gibt die Anzahl der verwendeten Matrizen zurück
        __declspec( dllexport ) int kalkulateMatrix( Mat4< float > &modelMatrix, Mat4< float > *matBuffer, float scaleFactor, Mat4< float > &kamMatrix );
        // Berechnet den Radius des Skeletts
        __declspec( dllexport ) float getRadius() const;
        // Kopiert das Skelett
        __declspec( dllexport ) Skelett *kopiereSkelett() const;
        // Erhöht den Reference Counting Zähler.
        //  return: this.
        __declspec( dllexport ) Skelett *getThis();
        // Verringert den Reference Counting Zähler. Wenn der Zähler 0 erreicht, wird das Zeichnung automatisch gelöscht.
        //  return: 0.
        __declspec( dllexport ) Skelett *release();

        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
    };

    // 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
        __declspec( dllexport ) Polygon3D();
        // Destruktor
        __declspec( dllexport ) ~Polygon3D();
    };

    // Speichert alle Geometrischen Daten eines Modells, also
    // Raum - und Textur Koordinaten und Knochenzugehörigkeit aller Eckpunkte
    class Model3DData
    {
    private:
        Skelett *skelett;
        Vertex3D *vertexList;
        int vertexCount;
        Array< Polygon3D * > *polygons;
        float ambientFactor;
        float diffusFactor;
        float specularFactor;
        float radius;
        int id;
        int ref;

    public:
        // Konstruktor
        __declspec( dllexport ) Model3DData();
        // Destruktor
        __declspec( dllexport ) ~Model3DData();
        // Löscht alle Model daten
        __declspec( dllexport ) void clearModel();
        // Berechnet die normalen für die Eckpunkte des Modells
        __declspec( dllexport ) void calculateNormals();
        // Setzt den Zeiger auf ein standartmäßig verwendete Skelett
        //  s: Das Skelett, das verwendet werden soll
        __declspec( dllexport ) void setSkelettZ( Skelett *s );
        // Setzt einen Zeiger auf eine Liste mit allen Vertecies des Models
        //  vertexList: Ein Array mit Vertecies
        //  anz: Die Anzahl der Vertecies im Array
        __declspec( dllexport ) void setVertecies( Vertex3D *vertexList, int anz );
        // Fügt ein Polygon zum Model hinzu
        //  polygon: Das Polygon, das hinzugefügt erden soll
        __declspec( dllexport ) void addPolygon( Polygon3D *polygon );
        // Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
        //  f: der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
        __declspec( dllexport ) void setAmbientFactor( float f );
        // Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
        //  f: der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
        __declspec( dllexport ) void setDiffusFactor( float f );
        // Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
        //  f: der neue Faktor (von 0 bis 1, ambient + specular + diffuse = 1)
        __declspec( dllexport ) void setSpecularFactor( float f );
        // Konvertiert ein 2d Model zu 3D
        //  model: Das 2d Model, das zu 3d konvertiert werden soll
        //  z: Die z koordinate aller punkte des Models
        __declspec( dllexport ) void copyModel2D( Model2DData *model, float z );
        // Entfernt ein Polygon
        //  index: Der Index des Polygons
        __declspec( dllexport ) void removePolygon( int index );
        // Berechnet die Matrizen der Knochen des Standart Skeletts
        //  modelMatrix: Die Matrix, die das Skelett in den Raum der Welt transformiert
        //  matBuffer: Ein Array von Matrizen, der durch die Knochen Matrizen gefüllt wird
        //  scaleFactor: Die Skallierung des Modells
        //  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
        __declspec( dllexport ) int getPolygonAnzahl() const;
        // Gibt ein bestimmtes Polygon zurück
        //  index: Der Index des Polygons
        __declspec( dllexport ) Polygon3D *getPolygon( int index ) const;
        // Gibt einen Iterator zurück, mit dem sich die Polygons auflisten lassen
        __declspec( dllexport ) Iterator< Polygon3D * > getPolygons() const;
        // Gibt den radius einer Kugel zurück, die das gesammte Model umschließt
        __declspec( dllexport ) float getRadius() const;
        // Gibt die Id der Daten zurück, wenn sie in einer Model3DList registriert wurden. (siehe Framework::zM3DRegister())
        __declspec( dllexport ) int getId() const;
        // Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getAmbientFactor() const;
        // Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getDiffusFactor() const;
        // Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getSpecularFactor() const;
        // Gibt eine Kopie des Skeletts zurück, welches für annimationen verwendet werden kann
        __declspec( dllexport ) Skelett *copySkelett() const;
        // Gibt die Anzahl an Vertices zurück
        __declspec( dllexport ) int getVertexAnzahl() const;
        // Gibt einen Buffer mit allen Vertecies des Models zurück
        __declspec( dllexport ) const Vertex3D *zVertexBuffer() const;
        // Erhöht den Reference Counting Zähler.
        //  return: this.
        __declspec( dllexport ) Model3DData *getThis();
        // Verringert den Reference Counting Zähler. Wenn der Zähler 0 erreicht, wird das Zeichnung automatisch gelöscht.
        //  return: 0.
        __declspec( dllexport ) Model3DData *release();

        friend Model3DList;
    };

    // Speichert eine Liste mit Texturen und für welche Polygone welche Textur benutzt werden soll
    class Model3DTextur
    {
    private:
        RCArray< Textur > *textures;
        int ref;

    public:
        // Konstruktor
        __declspec( dllexport ) Model3DTextur();
        // Destruktor
        __declspec( dllexport ) ~Model3DTextur();
        // Legt fest, welche Textur für welches Polygon ist
        //  pI: Der Index des Polygons
        //  txt: Die Textur des Polygons
        __declspec( dllexport ) void setPolygonTextur( int pI, Textur *txt );
        // Gibt einen Zeiger auf die Textur eines Polygons zurück ohne erhöhten Reference Counter
        //  i: Der Index des Polygons
        __declspec( dllexport ) Textur *zPolygonTextur( int i ) const;
        // Erhöht den Reference Counting Zähler.
        //  return: this.
        __declspec( dllexport ) Model3DTextur *getThis();
        // Verringert den Reference Counting Zähler. Wenn der Zähler 0 erreicht, wird das Zeichnung automatisch gelöscht.
        //  return: 0.
        __declspec( dllexport ) Model3DTextur *release();
    };

    // 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;

    public:
        // Konstruktor
        __declspec( dllexport ) Model3D();
        // Destruktor
        __declspec( dllexport ) virtual ~Model3D();
        // Fügt eine Animation hinzu
        //  a: Die neue Animation
        __declspec( dllexport ) void addAnimation( Animation3D *a, double speed = 1 );
        // Entfernt eine Animation
        //  zA: Die zu entfernende Animation
        __declspec( dllexport ) void removeAnimation( Animation3D *zA );
        // Setzt die Daten des Models
        //  data: Die Daten
        __declspec( dllexport ) void setModelDaten( Model3DData *data );
        // Setzt die zum Zeichnen zu benutzenden Texturen
        //  txt: Ein Liste mit Texturen zu den verschiedenen Polygonen zugeordnet
        __declspec( dllexport ) void setModelTextur( Model3DTextur *txt );
        // Errechnet die Matrizen aller Knochen des Skeletts des Models
        //  viewProj: Die miteinander multiplizierten Kameramatrizen
        //  matBuffer: Ein Array mit Matrizen, der gefüllt werden soll
        //  return: Die Anzahl der Matrizen, die das Model benötigt
        __declspec( dllexport ) int errechneMatrizen( Mat4< float > &viewProj, Mat4< float > *matBuffer ) override;
        // Verarbeitet die vergangene Zeit
        //  tickval: Die zeit in sekunden, die seit dem letzten Aufruf der Funktion vergangen ist
        //  return: true, wenn sich das Objekt verändert hat, false sonnst.
        __declspec( dllexport ) virtual bool tick( double tickval ) override;
        // Gibt die Textur zurück
        __declspec( dllexport ) Model3DTextur *getTextur();
        // Gibt die Textur zurück (ohne erhöhten Reference Counter)
        __declspec( dllexport ) Model3DTextur *zTextur();
        // Gibt die ModelDaten zurück
        __declspec( dllexport ) Model3DData *getModelData();
        // Gibt die ModelDaten zurück (ohne erhöhten Reference Counter)
        __declspec( dllexport ) Model3DData *zModelData();
        // prüft, ob ein Strahl dieses Objekt trifft
        //  point: der startpunkt des Strahls in Weltkoordinaten
        //  dir: die Richtung des Strahls in Weltkoordinaten
        //  maxSqDist: Die maximale quadratische distanz die erlaubt ist
        //  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 
        __declspec( dllexport ) virtual float traceRay( Vec3< float > &point, Vec3< float > &dir, float maxSqDist, int &pId ) const;
        // berechnet die Farbe des Schnittpunktes deines Strahls
        //  point: der startpunkt des Strahls in Weltkoordinaten
        //  dir: die Richtung des Strahls in Weltkoordinaten
        //  zWelt: die Welt, aus der der Strahl kommt
        //  return: die Farbe des Schnittpunktes 
        __declspec( 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())
        __declspec( dllexport ) int getDatenId() const;
        // Git den Factor an, mit dem das umgebungslicht (textur farbe) multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getAmbientFactor() const;
        // Git den Factor an, mit dem die Lichtfarbe von Lichtquellen multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getDiffusFactor() const;
        // Git den Factor an, mit dem die Reflektion von Lichtquellen multipliziert wird
        __declspec( dllexport ) float getSpecularFactor() const;
        // Gibt die Anzahl an Vertices zurück
        __declspec( dllexport ) int getVertexAnzahl() const;
        // Gibt einen Buffer mit allen Vertecies des Models zurück
        __declspec( dllexport ) const Vertex3D *zVertexBuffer() const;
    };
}