#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <glut/glut.h>

#define NONE -1 /* その点は存在しない */
#define FIX 0 /* 固定 */
#define FREE 1 /* 動く*/

#define N 15 /* 点の数 */
#define L 250.0/N /* バネの自然長 (格子全体の大きさがウィンドウの大きさの半分ぐらい) */

/* 全体で使う変数 */
double px[N][N]; /* 点の位置の x 座標．*/
double py[N][N]; /* 点の位置の y 座標． */
double vx[N][N]; /* 速度ベクトルの x 成分. */
double vy[N][N]; /* 速度ベクトルの y 成分. */
int state[N][N]; /* 状態 NON, FIX, FREE のうちどれか */

/* 初期位置と初速の決定 */
void initPoints(){
  int i, j;
  double x, y, d;
  
  for(i=0; i<N; i++){
    for(j=0; j<N; j++){
      /* 格子点の位置 */
      x = L*j + 125.0;
      y = L*i + 125.0;
      
      /* ウィンドウの中心からの距離 */
      d = sqrt((x-250)*(x-250)+(y-250)*(y-250));
      
      if(d < 100.0){ /* 円の内側 */
        px[i][j] = x;
        py[i][j] = y;
        vx[i][j] = 0;
        vy[i][j] = 0;
        if(d <= L) /* 中心に近いなら固定 */
          state[i][j] = FIX;
        else /* それ以外は固定しない */
          state[i][j] = FREE;
      }
      else{ /* 円の外側ならその点は存在しないものとする */
        state[i][j] = NONE;
      }
    }
  }
}

/* 絵の描画関数 */
void display(){
  int i,j;
  
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /* ウィンドウをクリアする */
  
  glPointSize(5); /* 点の大きさ (単位はピクセル) */
  
  /* 質点の描画 */
  glBegin(GL_POINTS);
  for(i=0; i<N; i++){
    for(j=0; j<N; j++){
      if(state[i][j] == FREE){
        glColor3f(1, 0.5, 0.75); /* ピンク */
        glVertex2d(px[i][j], py[i][j]);
      }
      else if(state[i][j] == FIX){
        glColor3f(0, 1, 1); /* 水色 */
        glVertex2d(px[i][j], py[i][j]);
      }
    }
  }
  glEnd();
  
  /************* 課題 1 : 線分で点を結ぶ *************/
  
  glutSwapBuffers(); /* 描き終わったら画面を更新する */
}

/* 自動的に繰り返し呼ばれる関数 */
void idle(){
  int i, j;
  
  /* 微小時間 */
  double dt = 0.01;
  
  for(i=0; i<N; i++){
    for(j=0; j<N; j++){
      
      if(state[i][j] == FREE){
        /************* 課題 2 : バネモデルの力に変更, ダンパも入れてもよい *************/
        
        /* 重力場による加速度 */
        double ax = 0;
        double ay = 9.8;
        
        /* 以下は一次精度のオイラー陽解法 : 高精度を保ったまま
           時間の刻みを大きくしたい時はルンゲ・クッタ法や陰解法を用いる */
          
        /* 速度による位置の変更 */
        px[i][j] += dt*vx[i][j];
        py[i][j] += dt*vy[i][j];
        
        /* 速度による位置の変更 */
        vx[i][j] += dt*ax;
        vy[i][j] += dt*ay;
      }
    }
  }
  
  glutPostRedisplay(); /* 点の再描画を要求する */
}

/* マウスボタンが押された・離されたときに呼ばれる関数 */
void mouse(int button, int state, int x, int y){ /* 引数はボタン, 状態, x座標, y座標 */
  
  if(state == GLUT_DOWN){ /* 左ボタンが押された */
    /************ 課題 3: マウスクリックで任意の点の位置を拘束する ************/
  }
}

/* ウィンドウのサイズが変わった時に呼ばれる関数 */
void reshape(int w, int h){ /*引数はサイズの幅と高さ */
  glViewport(0, 0, w, h); /* スクリーンの大きさを決める */
  glLoadIdentity();  /*座標変換行列の初期化 */
  glOrtho(0, w, h, 0, -1, 1); /* スクリーンと座標系の対応を指定する */
  glClearColor(1,1,1,1);
}

/* この関数が最初に実行される */
int main(int argc, char** argv){
  initPoints(); /* 点の位置の初期化関数を呼び出す */
  
  glutInit(&argc, argv); /* glut を初期化 */
  glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); /* 使用するバッファの設定 */
  glutInitWindowSize(500, 500); /* ウィンドウの大きさ */
  glutCreateWindow("Spring"); /* ウィンドウのタイトル */
  
  glutReshapeFunc(reshape); /* 画面更新用の関数を登録 */
  glutDisplayFunc(display); /* ウインドウのサイズ変更時の関数を登録 */
  glutMouseFunc(mouse); /* マウス用関数を登録 */
  glutIdleFunc(idle); /* イベントが無いときの処理関数を登録 */
  
  glutMainLoop(); /* メインループを開始 */
  
  return 0;
}