/* 
 * PROJECT: NyARToolkitCS
 * --------------------------------------------------------------------------------
 * This work is based on the original ARToolKit developed by
 *   Hirokazu Kato
 *   Mark Billinghurst
 *   HITLab, University of Washington, Seattle
 * http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
 *
 * The NyARToolkitCS is Java edition ARToolKit class library.
 * Copyright (C)2008-2009 Ryo Iizuka
 *
 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
 * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
 * (at your option) any later version.
 * 
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 * GNU General Public License for more details.
 *
 * You should have received a copy of the GNU General Public License
 * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 * 
 * For further information please contact.
 *	http://nyatla.jp/nyatoolkit/
 *	<airmail(at)ebony.plala.or.jp> or <nyatla(at)nyatla.jp>
 * 
 */
using System;
namespace jp.nyatla.nyartoolkit.cs.core
{



    /**
     * このクラスは、樽型歪み設定/解除クラスです。
     * パラメータには、ARToolKitの樽型歪みパラメータを使います。
     * <p>アルゴリズム - 
     * このクラスでは、歪み矯正前の座標を観察座標系、歪み矯正後の座標を理想座標系と呼びます。
     * パラメータと理論については、以下の資料、11pageを参照してください。
     * http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/Papers/ART02-Tutorial.pdf
     * <pre>
     * x=x(xi-x0),y=s(yi-y0)
     * d^2=x^2+y^2
     * p=(1-fd^2)
     * xd=px+x0,yd=py+y0
     * </pre>
     * </p>
     * このクラスは{@link NyARParam}に所有されることを前提にしており、単独の仕様は考慮されていません。
     */
    public class NyARCameraDistortionFactor
    {

        private const int PD_LOOP = 3;
        private double _f0;//x0
        private double _f1;//y0
        private double _f2;//100000000.0*f
        private double _f3;//s


        /**
         * この関数は、参照元から歪みパラメータ値をコピーします。
         * @param i_ref
         * コピー元のオブジェクト。
         */
        public void copyFrom(NyARCameraDistortionFactor i_ref)
        {
            this._f0 = i_ref._f0;
            this._f1 = i_ref._f1;
            this._f2 = i_ref._f2;
            this._f3 = i_ref._f3;
            return;
        }

        /**
         * この関数は、配列の値を歪みパラメータ値として、このインスタンスにセットします。
         * @param i_factor
         * 歪みパラメータ値を格納した配列。4要素である必要があります。
         */
        public void setValue(double[] i_factor)
        {
            this._f0 = i_factor[0];
            this._f1 = i_factor[1];
            this._f2 = i_factor[2];
            this._f3 = i_factor[3];
            return;
        }

        /**
         * この関数は、パラメータ値を配列へ返します。
         * @param o_factor
         * 歪みパラメータ値の出力先配列。4要素である必要があります。
         */
        public void getValue(double[] o_factor)
        {
            o_factor[0] = this._f0;
            o_factor[1] = this._f1;
            o_factor[2] = this._f2;
            o_factor[3] = this._f3;
            return;
        }

        /**
         * この関数は、歪みパラメータをスケール倍します。
         * パラメータ値は、スケール値の大きさだけ、拡大、又は縮小します。
         * @param i_scale
         * パラメータの倍率。
         */
        public void changeScale(double i_scale)
        {
            this._f0 = this._f0 * i_scale;//X
            this._f1 = this._f1 * i_scale;//Y
            this._f2 = this._f2 / (i_scale * i_scale);// newparam->dist_factor[2]=source->dist_factor[2]/ (scale*scale);
            //this.f3=this.f3;// newparam->dist_factor[3] =source->dist_factor[3];
            return;
        }

        /**
         * この関数は、座標点を理想座標系から観察座標系へ変換します。
         * @param i_in
         * 変換元の座標
         * @param o_out
         * 変換後の座標を受け取るオブジェクト
         */
        public void ideal2Observ(NyARDoublePoint2d i_in, NyARDoublePoint2d o_out)
        {
            double x = (i_in.x - this._f0) * this._f3;
            double y = (i_in.y - this._f1) * this._f3;
            if (x == 0.0 && y == 0.0)
            {
                o_out.x = this._f0;
                o_out.y = this._f1;
            }
            else
            {
                double d = 1.0 - this._f2 / 100000000.0 * (x * x + y * y);
                o_out.x = x * d + this._f0;
                o_out.y = y * d + this._f1;
            }
            return;
        }

        /**
         * この関数は、座標点を理想座標系から観察座標系へ変換します。
         * @param i_in
         * 変換元の座標
         * @param o_out
         * 変換後の座標を受け取るオブジェクト
         */
        public void ideal2Observ(NyARDoublePoint2d i_in, NyARIntPoint2d o_out)
        {
            this.ideal2Observ(i_in.x, i_in.y, o_out);
            return;
        }

        /**
         * この関数は、座標点を理想座標系から観察座標系へ変換します。
         * @param i_x
         * 変換元の座標
         * @param i_y
         * 変換元の座標
         * @param o_out
         * 変換後の座標を受け取るオブジェクト
         */
        public void ideal2Observ(double i_x, double i_y, NyARIntPoint2d o_out)
        {
            double x = (i_x - this._f0) * this._f3;
            double y = (i_y - this._f1) * this._f3;
            if (x == 0.0 && y == 0.0)
            {
                o_out.x = (int)(this._f0);
                o_out.y = (int)(this._f1);
            }
            else
            {
                double d = 1.0 - this._f2 / 100000000.0 * (x * x + y * y);
                o_out.x = (int)(x * d + this._f0);
                o_out.y = (int)(y * d + this._f1);
            }
            return;
        }

        /**
         * この関数は、複数の座標点を、一括して理想座標系から観察座標系へ変換します。
         * @param i_in
         * 変換元の座標配列
         * @param o_out
         * 変換後の座標を受け取る配列
         * @param i_size
         * 変換する座標の個数。
         */
        public void ideal2ObservBatch(NyARDoublePoint2d[] i_in, NyARDoublePoint2d[] o_out, int i_size)
        {
            double x, y;
            double d0 = this._f0;
            double d1 = this._f1;
            double d3 = this._f3;
            double d2_w = this._f2 / 100000000.0;
            for (int i = 0; i < i_size; i++)
            {
                x = (i_in[i].x - d0) * d3;
                y = (i_in[i].y - d1) * d3;
                if (x == 0.0 && y == 0.0)
                {
                    o_out[i].x = d0;
                    o_out[i].y = d1;
                }
                else
                {
                    double d = 1.0 - d2_w * (x * x + y * y);
                    o_out[i].x = x * d + d0;
                    o_out[i].y = y * d + d1;
                }
            }
            return;
        }

        /**
         * この関数は、複数の座標点を、一括して理想座標系から観察座標系へ変換します。
         * @param i_in
         * 変換元の座標配列
         * @param o_out
         * 変換後の座標を受け取る配列
         * @param i_size
         * 変換する座標の個数。
         */
        public void ideal2ObservBatch(NyARDoublePoint2d[] i_in, NyARIntPoint2d[] o_out, int i_size)
        {
            double x, y;
            double d0 = this._f0;
            double d1 = this._f1;
            double d3 = this._f3;
            double d2_w = this._f2 / 100000000.0;
            for (int i = 0; i < i_size; i++)
            {
                x = (i_in[i].x - d0) * d3;
                y = (i_in[i].y - d1) * d3;
                if (x == 0.0 && y == 0.0)
                {
                    o_out[i].x = (int)d0;
                    o_out[i].y = (int)d1;
                }
                else
                {
                    double d = 1.0 - d2_w * (x * x + y * y);
                    o_out[i].x = (int)(x * d + d0);
                    o_out[i].y = (int)(y * d + d1);
                }
            }
            return;
        }

        /**
         * この関数は、座標を観察座標系から理想座標系へ変換します。
         * @param ix
         * 変換元の座標
         * @param iy
         * 変換元の座標
         * @param o_point
         * 変換後の座標を受け取るオブジェクト
         */
        public void observ2Ideal(double ix, double iy, NyARDoublePoint2d o_point)
        {
            double z02, z0, p, q, z, px, py, opttmp_1;
            double d0 = this._f0;
            double d1 = this._f1;

            px = ix - d0;
            py = iy - d1;
            p = this._f2 / 100000000.0;
            z02 = px * px + py * py;
            q = z0 = Math.Sqrt(z02);// Optimize//q = z0 = Math.sqrt(px*px+ py*py);

            for (int i = 1; ; i++)
            {
                if (z0 != 0.0)
                {
                    // Optimize opttmp_1
                    opttmp_1 = p * z02;
                    z = z0 - ((1.0 - opttmp_1) * z0 - q) / (1.0 - 3.0 * opttmp_1);
                    px = px * z / z0;
                    py = py * z / z0;
                }
                else
                {
                    px = 0.0;
                    py = 0.0;
                    break;
                }
                if (i == PD_LOOP)
                {
                    break;
                }
                z02 = px * px + py * py;
                z0 = Math.Sqrt(z02);// Optimize//z0 = Math.sqrt(px*px+ py*py);
            }
            o_point.x = px / this._f3 + d0;
            o_point.y = py / this._f3 + d1;
            return;
        }

        /**
         * この関数は、座標を観察座標系から理想座標系へ変換します。
         * @param ix
         * 変換元の座標
         * @param iy
         * 変換元の座標
         * @param o_veclinear
         * 変換後の座標を受け取るオブジェクト。{@link NyARVecLinear2d#x}と{@link NyARVecLinear2d#y}のみに値をセットします。
         */
        public void observ2Ideal(double ix, double iy, NyARVecLinear2d o_veclinear)
        {
            double z02, z0, p, q, z, px, py, opttmp_1;
            double d0 = this._f0;
            double d1 = this._f1;

            px = ix - d0;
            py = iy - d1;
            p = this._f2 / 100000000.0;
            z02 = px * px + py * py;
            q = z0 = Math.Sqrt(z02);// Optimize//q = z0 = Math.sqrt(px*px+ py*py);

            for (int i = 1; ; i++)
            {
                if (z0 != 0.0)
                {
                    // Optimize opttmp_1
                    opttmp_1 = p * z02;
                    z = z0 - ((1.0 - opttmp_1) * z0 - q) / (1.0 - 3.0 * opttmp_1);
                    px = px * z / z0;
                    py = py * z / z0;
                }
                else
                {
                    px = 0.0;
                    py = 0.0;
                    break;
                }
                if (i == PD_LOOP)
                {
                    break;
                }
                z02 = px * px + py * py;
                z0 = Math.Sqrt(z02);// Optimize//z0 = Math.sqrt(px*px+ py*py);
            }
            o_veclinear.x = px / this._f3 + d0;
            o_veclinear.y = py / this._f3 + d1;
            return;
        }
    }
}