scopedvr-map-editor/src/svmap/terrain_field.gd

extends RefCounted
class_name TerrainField
## Höhenfeld-Mathematik des Map-Editors (M2, Karte t_9aba04f1 — Terrain-Werkzeug).
##
## Alles static + rein: arbeitet auf einem dekodierten PackedFloat32Array
## (res×res, row-major, -Z → +Z) statt auf Base64-Strings — das Terrain-Werkzeug
## dekodiert EINMAL pro Stroke und arbeitet flott darauf. Das Doc (svmap-Format)
## bleibt der Besitzer der Daten: vor einem Stroke dekodieren, nach dem Stroke
## mit encode() zurück ins Doc.
##
## Der eigentliche Doc-Mutator bleibt main.gd/terrain_tool.gd — hier nur Mathematik.

enum Mode { RAISE, LOWER, SMOOTH, PAINT }

## Editor-MVP-Perf-Limit (Karte t_9aba04f1): das Format erlaubt 17–513, aber
## der Editor formt im MVP nur Grids bis 129 (≈ 32k Dreiecke — flüssig beim
## Zeichnen, Ziel 60+ FPS). Neu-Maps werden direkt mit 129 angelegt.
const EDITOR_MAX_RESOLUTION := 129


## Höhe an Welt-X/Z auf einem bereits dekodierten Feld (bilinear).
## Gleiche Geometrie-Konvention wie SvmapDocument.terrain_height_at, aber ohne
## Base64-Neudekodierung pro Aufruf (macht den Pinsel flott).
static func height_at(heights: PackedFloat32Array, res: int, size_x: float, size_z: float,
		x: float, z: float) -> float:
	var last := float(res - 1)
	var fx := clampf((x / size_x + 0.5) * last, 0.0, last)
	var fz := clampf((z / size_z + 0.5) * last, 0.0, last)
	var xi := int(floor(fx))
	var zi := int(floor(fz))
	var tx := fx - float(xi)
	var tz := fz - float(zi)
	var xi1 := mini(xi + 1, res - 1)
	var zi1 := mini(zi + 1, res - 1)
	var h00 := heights[zi * res + xi]
	var h10 := heights[zi * res + xi1]
	var h01 := heights[zi1 * res + xi]
	var h11 := heights[zi1 * res + xi1]
	return lerpf(lerpf(h00, h10, tx), lerpf(h01, h11, tx), tz)


## Pinsel anwenden. amount:
##   RAISE/LOWER → Meter (bereits strength × dt vom Aufrufer),
##   SMOOTH      → Mischfaktor 0–1 (Anteil Richtung 3×3-Umgebungsmittel).
## Gewicht: Kosinus-Falloff (1 in der Mitte, 0 am Rand) — weiche Hügel statt
## Kegel. Rückgabe true, wenn mindestens ein Punkt verändert wurde.
static func apply_brush(heights: PackedFloat32Array, res: int, size_x: float, size_z: float,
		hmin: float, hmax: float, cx: float, cz: float, radius: float,
		mode: int, amount: float) -> bool:
	if mode == Mode.PAINT:
		# PAINT läuft über apply_material_brush (Material-Schicht, Karte
		# t_603ec1a8) — Höhe bleibt unangetastet. Hier ohne Material-Argument
		# aufrufbar, aber bewusst NEUTRAL: kein Pattern, keine Höhe.
		return false
	if res < 2 or radius <= 0.0 or amount <= 0.0 or heights.size() < res * res:
		return false
	var cell_x := size_x / float(res - 1)
	var cell_z := size_z / float(res - 1)
	var r_cells_x := radius / cell_x
	var r_cells_z := radius / cell_z
	var gx := (cx / size_x + 0.5) * float(res - 1)
	var gz := (cz / size_z + 0.5) * float(res - 1)
	var x0 := maxi(int(floor(gx - r_cells_x)) - 1, 0)
	var x1 := mini(int(ceil(gx + r_cells_x)) + 1, res - 1)
	var z0 := maxi(int(floor(gz - r_cells_z)) - 1, 0)
	var z1 := mini(int(ceil(gz + r_cells_z)) + 1, res - 1)
	if mode == Mode.SMOOTH:
		return _apply_smooth(heights, res, hmin, hmax, gx, gz, r_cells_x, r_cells_z,
				x0, x1, z0, z1, clampf(amount, 0.0, 1.0))
	var changed := false
	var z := z0
	while z <= z1:
		var x := x0
		while x <= x1:
			var dx := (float(x) - gx) * cell_x
			var dz := (float(z) - gz) * cell_z
			var d := sqrt(dx * dx + dz * dz)
			if d >= radius:
				x += 1
				continue
			var w := 0.5 * (1.0 + cos(PI * d / radius))
			var idx := z * res + x
			var h := heights[idx]
			var nh := h + amount * w if mode == Mode.RAISE else h - amount * w
			nh = clampf(nh, hmin, hmax)
			if nh != h:
				heights[idx] = nh
				changed = true
			x += 1
		z += 1
	return changed


## Material-Pinsel (Karte t_603ec1a8): setzt die Material-ID aller Zellen im
## Kreis (d < radius) auf material_id — Malen statt Formen, Höhe bleibt unangetastet.
## Kante bewusst CRISP (d < radius): Malen fühlt sich wie ein Malprogramm an,
## die Vertex-Interpolation des Meshes glättet die Grenze optisch.
## mats = dekodierte Material-Schicht (PackedByteArray, res² Einträge).
static func apply_material_brush(mats: PackedByteArray, res: int, size_x: float, size_z: float,
		cx: float, cz: float, radius: float, material_id: int) -> bool:
	if res < 2 or radius <= 0.0 or mats.size() < res * res:
		return false
	var gx := (cx / size_x + 0.5) * float(res - 1)
	var gz := (cz / size_z + 0.5) * float(res - 1)
	var r_cells_x := radius / (size_x / float(res - 1))
	var r_cells_z := radius / (size_z / float(res - 1))
	var x0 := maxi(int(floor(gx - r_cells_x)) - 1, 0)
	var x1 := mini(int(ceil(gx + r_cells_x)) + 1, res - 1)
	var z0 := maxi(int(floor(gz - r_cells_z)) - 1, 0)
	var z1 := mini(int(ceil(gz + r_cells_z)) + 1, res - 1)
	var changed := false
	var z := z0
	while z <= z1:
		var x := x0
		while x <= x1:
			var dx := (float(x) - gx) * (size_x / float(res - 1))
			var dz := (float(z) - gz) * (size_z / float(res - 1))
			if dx * dx + dz * dz < radius * radius:
				var idx := z * res + x
				if mats[idx] != material_id:
					mats[idx] = material_id
					changed = true
			x += 1
		z += 1
	return changed


## Glätten: Mischung Richtung 3×3-Umgebungsmittel (zweiphasig — das Mittel wird
## aus dem STAND der Feldes berechnet, sonst wandert die Welle in eine Richtung).
static func _apply_smooth(heights: PackedFloat32Array, res: int, hmin: float, hmax: float,
		gx: float, gz: float, r_cells_x: float, r_cells_z: float,
		x0: int, x1: int, z0: int, z1: int, amount: float) -> bool:
	var avg := PackedFloat32Array()
	avg.resize(heights.size())
	var z := z0
	while z <= z1:
		var x := x0
		while x <= x1:
			var dx := (float(x) - gx) / maxf(r_cells_x, 0.0001)
			var dz := (float(z) - gz) / maxf(r_cells_z, 0.0001)
			var d := sqrt(dx * dx + dz * dz)
			if d >= 1.0:
				x += 1
				continue
			var sum := 0.0
			var count := 0
			var zi := maxi(z - 1, 0)
			while zi <= mini(z + 1, res - 1):
				var xi := maxi(x - 1, 0)
				while xi <= mini(x + 1, res - 1):
					sum += heights[zi * res + xi]
					count += 1
					xi += 1
				zi += 1
			avg[z * res + x] = sum / float(maxi(count, 1))
			x += 1
		z += 1
	var changed := false
	z = z0
	while z <= z1:
		var x := x0
		while x <= x1:
			var dx := (float(x) - gx) / maxf(r_cells_x, 0.0001)
			var dz := (float(z) - gz) / maxf(r_cells_z, 0.0001)
			var d := sqrt(dx * dx + dz * dz)
			if d >= 1.0:
				x += 1
				continue
			var w := 0.5 * (1.0 + cos(PI * d))
			var idx := z * res + x
			var nh := lerpf(heights[idx], avg[idx], clampf(amount * w, 0.0, 1.0))
			nh = clampf(nh, hmin, hmax)
			if nh != heights[idx]:
				heights[idx] = nh
				changed = true
			x += 1
		z += 1
	return changed


## Höhenfeld → Base64-Rohdaten (svmap-Format: uint16 LE, row-major).
## Rundung halbwegs offen (round) — Fehler ≤ ½ Quantisierungsschritt.
static func encode(heights: PackedFloat32Array, hmin: float, hmax: float) -> String:
	var span := maxf(hmax - hmin, 0.000001)
	var bytes := PackedByteArray()
	bytes.resize(heights.size() * 2)
	for i in heights.size():
		var v := int(round(clampf((heights[i] - hmin) / span, 0.0, 1.0) * 65535.0))
		bytes.encode_u16(i * 2, v)
	return Marshalls.raw_to_base64(bytes)


## Cursor-Strahl → erster Treffer auf dem Höhenfeld (ray-march + Bisektion).
## Für den Pinsel: der Kreis muss UNTER dem Mauszeiger auf dem GELÄNDE liegen,
## nicht auf der flachen Basis-Ebene. Rückgabe null = kein Treffer.
static func raycast(heights: PackedFloat32Array, res: int, size_x: float, size_z: float,
		origin: Vector3, dir: Vector3, max_dist: float = 0.0) -> Variant:
	if res < 2 or heights.size() < res * res:
		return null
	if max_dist <= 0.0:
		max_dist = maxf(size_x, size_z) * 3.0
	var d := dir
	if d.length_squared() < 0.0000001:
		return null
	d = d.normalized()
	var step := maxf(size_x, size_z) / float(res - 1) * 0.5
	step = clampf(step, 0.5, 4.0)
	# Tangenten-Band (Karte t_234490cf, Teil 2 des Gerätebefunds): Ein Strahl,
	# der EXAKT auf eine Hügelkuppe zielt, grast die gewölbte Oberfläche —
	# f(t) bleibt minimal knapp ÜBER 0 am Kuppen-Scheitel, DANACH steigt f
	# wieder, obwohl weiter hinten (verdeckt hinter dem Hügel) noch ein
	# Vorzeichenwechsel an der Basis-Ebene käme. Regel „erster sichtbarer
	# Oberflächen-Kontakt gewinnt": kommt f innerhalb des Bandes (½ Schritt)
	# an die Oberfläche und entfernt sich der Strahl wieder, gilt die
	# Oberfläche als getroffen (lokal verfeinert). Ein echter Treffer
	# (f ≤ 0) gewinnt weiterhin immer.
	var graze := step * 0.5
	var best_t := -1.0
	var best_f := INF
	var t := 0.0
	var prev_t := 0.0
	var prev_f := INF
	while t < max_dist:
		t = minf(t + step, max_dist)
		var f := _ray_error(heights, res, size_x, size_z, origin, d, t)
		if f < best_f:
			best_f = f
			best_t = t
		if f <= 0.0:
			# Vorzeichenwechsel zwischen prev_t und t → Bisektion.
			var lo := prev_t
			var hi := t
			for i in 18:
				var mid := (lo + hi) * 0.5
				if _ray_error(heights, res, size_x, size_z, origin, d, mid) <= 0.0:
					hi = mid
				else:
					lo = mid
			return origin + d * hi
		# Tangenten-Erkennung (Karte t_234490cf): war der Strahl im Band an
		# der Oberfläche und steigt f JETZT wieder, hat er die Oberfläche
		# tangential berührt und entfernt sich — der erste sichtbare Kontakt
		# war das Graze-Minimum. Ohne das fiele der Strahl über die Kuppe
		# hinweg und träfe die (verdeckte) Basis-Ebene weit hinten.
		if f > prev_f and best_f <= graze:
			return _graze_hit(heights, res, size_x, size_z, origin, d,
					best_t, best_f, step, max_dist)
		prev_f = f
		prev_t = t
	# Band-Minimum direkt am March-Ende (kein steigender Sample mehr kam):
	if best_f <= graze and best_t > 0.0:
		return _graze_hit(heights, res, size_x, size_z, origin, d,
				best_t, best_f, step, max_dist)
	# Nichts getroffen → Basis-Ebene als Fallback (wie interaction._ground_point).
	if absf(d.y) > 0.0001:
		var plane_y: float = _min_h(heights)
		var t_plane: float = (plane_y - origin.y) / d.y
		if t_plane > 0.0:
			return origin + d * t_plane
	return null


## Tangenten-Treffer (Karte t_234490cf): dichteste Annäherung des Strahls an
## die Oberfläche lokal verfeinern (Ternärsuche um den besten March-Sample)
## und den Punkt auf dem Strahl zurückgeben — der x/z-Punkt liegt damit dort,
## wo der Cursor die Oberfläche sichtbar berührt, nicht meterweit dahinter.
static func _graze_hit(heights: PackedFloat32Array, res: int, size_x: float, size_z: float,
		origin: Vector3, d: Vector3, best_t: float, _best_f: float,
		step: float, max_dist: float) -> Vector3:
	var glo := maxf(best_t - step, 0.0)
	var ghi := minf(best_t + step, max_dist)
	for i in 12:
		var ga := glo + (ghi - glo) / 3.0
		var gb := ghi - (ghi - glo) / 3.0
		if _ray_error(heights, res, size_x, size_z, origin, d, ga) < _ray_error(heights, res, size_x, size_z, origin, d, gb):
			ghi = gb
		else:
			glo = ga
	return origin + d * ((glo + ghi) * 0.5)


## Minimum/Maximum des Feldes (PackedFloat32Array hat kein .min()/.max()).
static func _min_h(heights: PackedFloat32Array) -> float:
	var out := INF
	for v in heights:
		if v < out:
			out = v
	return out


static func _max_h(heights: PackedFloat32Array) -> float:
	var out := -INF
	for v in heights:
		if v > out:
			out = v
	return out


## f(t) < 0 → Strahl unter dem Terrain. (prev_f-Nutzung vermieden Godot-Warnung.)
static func _ray_error(heights: PackedFloat32Array, res: int, size_x: float, size_z: float,
		origin: Vector3, dir: Vector3, t: float) -> float:
	var p := origin + dir * t
	return p.y - height_at(heights, res, size_x, size_z, p.x, p.z)