/**
 * ポントリャーギン、振り子の最短時間停止問題
 * 			2013/05/21 by rikunora.
 */

import java.awt.*;
import java.awt.event.MouseEvent;
import java.awt.event.MouseListener;
import java.util.Random;

public class StopPendulum1 extends AppBase
	implements MouseListener {

	private static final long serialVersionUID = 6748214024757179955L;
	
	double x, y;	// 位置
	double vx, vy;	// 速度
	
	double t = 0.0;	// 時刻
//	final double dt=0.1;	// 計差精度粗くしてみる
	final double dt=0.05;	// 計算精度標準
//	final double dt=0.008;	// 高精度
	
    final double FORCE = 5.0;	// ブレーキ力
	double fuel = 0.0;	// 消費燃料
    
	final double K = 0.1;	// バネ定数
	final int RR  = 8;	// ボールの半径
	final int DVY = 2;	// 運動量表示(Y軸)の拡大率
	
	// 0:初期状態, 1:ゲーム中, 2:ゲームクリア, 3:ゲームオーバー
	enum Mode { Init, OnGame, Clear, Over; }
	Mode game_mode = Mode.Init;
	
	Random rnd = new Random();	// 乱数
	
	//// マウス操作 ////////////////////////////////////
	
	Point mousePosition = new Point( 0, 0 );  // マウス位置
	boolean mousePressed = false;
	
	public void mouseClicked(MouseEvent e) { }
    public void mouseEntered(MouseEvent e) { }
    public void mouseExited(MouseEvent e) { }
    
    /** ボタン押した */
    public void mousePressed(MouseEvent e) {
    	// マウス位置の取得
    	mousePosition.setLocation(e.getX(), e.getY());
    	mousePressed = true;
    	
    	if( game_mode == Mode.Init
    	){
    		game_mode = Mode.OnGame; // ゲーム中に遷移
    	}
    	else if( game_mode == Mode.Clear
    		  || game_mode == Mode.Over
    	){
    		readyModelData();	// 乱数でxを適当な場所に持ってゆく
    		game_mode = Mode.Init;;	// 初期状態に遷移
    	}
    }
    
    /** ボタン離した */
    public void mouseReleased(MouseEvent e) {
    	mousePressed = false;
    }
    
    /** X方向にかかる力 = ブレーキ力 */
    double forceX() {
    	if( true == mousePressed ){
    		if( invX(mousePosition.x) >= 0 ){
    			return -FORCE; // 画面右半分ならマイナス
    		} else {
    			return +FORCE;	// 画面左半分ならプラス
    		}
    	}
    	return 0.0;	// 何もしない
    }

	//// モデル動作 ////////////////////////////////////
    
	/** モデルデータの設定 */
	protected void initModelData() {
		// ここでモデル初期値を設定する
	//	super.initModelData();
		
		game_mode = Mode.Init;
		
		x = y = 0.0;
		vx = vy = 0.0;
		
		readyModelData();	// 乱数でxを適当な場所に持ってゆく
		
		mousePosition = new Point( 0, 0 );
		mousePressed = false;
		
		this.addMouseListener(this);
	}
	
	/** ゲームの準備 */
	protected void readyModelData() {
		// 乱数でxを適当な場所に持ってゆく
		int rx = rnd.nextInt(200) + 30;
		if( rnd.nextInt(1) == 0 ){
			rx = -rx;	// 符号を反転する
		}
		x = (double)rx;
		
		// vx は 0 に初期化
		vx = 0.0;
		
		// パラメータ初期化
		t = 0.0;
		fuel = 0.0;
	}
	
	/** モデルの描画 */
	protected void drawModel(Graphics g)
 	{
	//	super.drawModel(g);	// 以下で全画面描画しているので親は不要
		
		// 画面の半分を塗る
		g.setColor( new Color(0xEE, 0xEE, 0xFF) );
		g.fillRect( dispX(-WIDTH/2), dispY(-HEIGHT/2), WIDTH/2, HEIGHT );
		g.setColor( new Color(0xFF, 0xEE, 0xEE) );
		g.fillRect( dispX(0), dispY(-HEIGHT/2), WIDTH/2, HEIGHT );
		
		// 座標軸
		g.setColor(Color.BLACK);
		g.drawLine( dispX(-WIDTH/2), dispY(0), dispX(WIDTH/2), dispY(0) );
		g.drawLine( dispX(0), dispY(-HEIGHT/2), dispX(0), dispY(HEIGHT/2) );
		
		// 最適解の円を描く
		g.setColor(Color.GRAY);
		int ix;
		for( ix=0; ix < 3*100; ix += 100 ){
			g.drawArc(dispX(ix), dispY(0)-50, 100, 100,   0, 180);
		}
		for( ix=-100; ix >= -3*100; ix -= 100 ){
			g.drawArc(dispX(ix), dispY(0)-50, 100, 100, 180, 180);
		}
		
		// 位置と運動量 : 位相空間
		g.setColor(Color.GREEN);
		g.fillOval( dispX(x) -RR, dispY(DVY * vx) -RR, 2*RR, 2*RR);
		
		// １次元の位置
		g.setColor(Color.BLUE);
		g.fillOval( dispX(x) -RR, dispY(y) -RR, 2*RR, 2*RR);
		
		// パラメータ表示
		g.setFont(new Font(Font.SANS_SERIF, Font.PLAIN, 18));
		g.drawString( String.format("t=%.1f, fuel=%.1f", t, fuel ), 10, HEIGHT-10);
		
		// メッセージ等の表示
		switch( game_mode ){
		case Init :
			drawMessage(g, "READY ... Click to Start!");
			break;
		
		case OnGame:
			// ブレーキ力の三角形を描画
			double f = forceX();
			if( f > 0.0 ){
				drawTriangle(g, true);
				fuel += 0.1;	// 燃料消費
			} else if( f < 0.0 ){
				drawTriangle(g, false);
				fuel += 0.1;	// 燃料消費
			}
			break;
		
		case Clear:
			drawMessage(g, "CLEAR!!");
			break;
		
		case Over:
			drawMessage(g, "GAME OVER!");
			break;
		
		default:
			break;
		}
	}
	
	/** 三角形を描画する */
	void drawTriangle(Graphics g, boolean sign){
		// 三角形の座標
		int try_x[] = { -RR, -RR -18, -RR -18 };
		int try_y[] = { 0, 12, -12 };
		
		g.setColor(Color.RED);
		
		if( sign ){ // プラス方向
			for( int i = 0; i < 3; i++ ){
				try_x[i] = try_x[i] + dispX(x);
				try_y[i] += dispY(y);
			}
		} else { // マイナス方向
			for( int i = 0; i < 3; i++ ){
				try_x[i] = - try_x[i] + dispX(x);
				try_y[i] += dispY(y);
			}
		}
		
		g.fillPolygon(try_x, try_y, 3);
	}

	/** メッセージを描画する */
	void drawMessage(Graphics g, String message){
		// 影付きで二重描画する
		g.setFont(new Font(Font.SANS_SERIF, Font.BOLD, 24));
		g.setColor(Color.yellow);
		g.drawString(message, 10, 50);
		g.setColor(Color.BLUE);
		g.drawString(message,  8, 48);
	}

	/** X座標を画面座標に変換 */
	int dispX( double x )
	{
		return (int)(x + WIDTH/2);
	}
	
	/** Y座標を画面座標に変換 */
	int dispY( double y )
	{
		return (int)(y + HEIGHT/2);
	}
	
	/** 画面からX座標に逆変換 */
	double invX(int x)
	{
		return (double)(x - WIDTH/2);
	}

	/** 画面からY座標に逆変換 */
	double invY(int y)
	{
		return (double)(y - HEIGHT/2);
	}
	
    /** モデルを動かす */
	protected void moveModel()
	{
		switch( game_mode ){
		case Init:
			break;
		
		case OnGame:
			moveModel_1();
			break;
		
		case Clear:
			break;
		
		case Over:
			break;
		
		default:
			break;
		}
	}
	
	/** ゲーム中の動き */
	void moveModel_1(){
		Runge(t, dt);
		t += dt;
		
		// 終了判定
		game_mode = checkMove();
	}
	
	/** ゲームの終了判定 */
	Mode checkMove(){
		
		double mov = x * x + vx * vx;
		
		if( mov < 6 ){	// 運動が一定以下になったら静止と見なす
			return Mode.Clear;
		}
		else if( mov > 99999 ){ // 一定値を超えたらゲームオーバー
			return Mode.Over;
		}
		return Mode.OnGame;	// ゲーム続行
	}
	
	/** xの導関数 */
	double fx(double t, double x, double v)
	{
		return v;
	}

	/** vxの導関数 */
	double fv(double t, double x, double v)
	{
		return -K * x + forceX();
	}
	
	/** 
	 * ルンゲ・クッタ法
	 * 入出力は x, vx を直接書き換える
	 */
	void Runge(double t, double dt)
	{
		double h1;
		double kx[] = new double[4], kv[] = new double[4];
		double kx1, x1, x2, x3;
		double kv1, v1, v2, v3;
		
		h1 = dt/2.0;
		
		kx[0] = fx(t, x, vx) * dt;
		kv[0] = fv(t, x, vx) * dt;
		x1 = x + kx[0]/2.0;
		v1 = vx + kv[0]/2.0;
		
		kx[1] = fx(t+h1, x1, v1) * dt;
		kv[1] = fv(t+h1, x1, v1) * dt;
		x2 = x + kx[1]/2.0;
		v2 = vx + kv[1]/2.0;
		
		kx[2] = fx(t+h1, x2, v2) * dt;
		kv[2] = fv(t+h1, x2, v2) * dt;
		x3 = x + kx[2];
		v3 = vx + kv[2];
		
		kx[3] = fx(t+dt, x3, v3) * dt;
		kv[3] = fv(t+dt, x3, v3) * dt;
		
		kx1 = (kx[0] + 2.0*kx[1] + 2.0*kx[2] + kx[3]) / 6.0;
		kv1 = (kv[0] + 2.0*kv[1] + 2.0*kv[2] + kv[3]) / 6.0;
		
		x += kx1;
		vx += kv1;
	//	xout = x + kx1;
	//	vout = vx + kv1;
	}
}