/* 
 * 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 jp.nyatla.nyartoolkit.cs.core;

namespace jp.nyatla.nyartoolkit.cs.detector
{
    /**
     * このクラスは、1個のマーカを取り扱うマーカ検出器を定義します。
     * 登録した１個のARマーカに対応するマーカを入力画像から検出し、その変換行列と一致度を返します。
     * <p>簡単な使い方
     * <ol>
     * <li>インスタンスを作成します。パラメータには、計算アルゴリズムと入力画像形式、カメラパラメータ、検出するマーカがあります。
     * <li>{@link #detectMarkerLite}関数に画像と敷居値を入力して、マーカを検出します。
     * <li>マーカが見つかると、インスタンスのプロパティが更新されます。{@link #getConfidence}等の関数を使って、取得したマーカの状態を得ます。
     * <li>以降は、この処理を繰り返してマーカのパラメータを更新します。
     * </ol>
     * </p>
     */
    public abstract class NyARSingleDetectMarker
    {
        /**
         * この関数は、マーカーの画像上の位置を格納する、{@link NyARSquare}への参照値を返します。
         * 直前に実行した{@link #detectMarkerLite}が成功していないと使えません。
         * 返却値の内容は、次に{@link #detectMarkerLite}を実行するまで有効です。
         * @return
         * 矩形情報への参照値。
         */
        public NyARSquare refSquare()
        {
            return this._square;
        }
        /**
         * この関数は、検出したマーカーと登録済パターンとの、一致度を返します。
         * 直前に実行した{@link #detectMarkerLite}が成功していないと使えません。
         * 値は、0&lt;=n<1の間の数値を取ります。
         * 一般的に、一致度が低い場合は、マーカを誤認識しています。
         * @return
         * 一致度の数値。
         */
        public double getConfidence()
        {
            return this._confidence;
        }
        /**
         * この関数は、変換行列の計算モードを切り替えます。
         * 通常はtrueを使用します。
         * transMat互換の計算は、姿勢の初期値を毎回二次元座標から計算するため、負荷が安定します。
         * transMatCont互換の計算は、姿勢の初期値に前回の結果を流用します。このモードは、姿勢の安定したマーカに対しては
         * ジッタの減少や負荷減少などの効果がありますが、姿勢の安定しないマーカや複数のマーカを使用する環境では、
         * 少量の負荷変動があります。
         * @param i_is_continue
         * TRUEなら、transMatCont互換の計算をします。 FALSEなら、transMat互換の計算をします。
         */
        public void setContinueMode(bool i_is_continue)
        {
            this._is_continue = i_is_continue;
        }
        private NyARDoubleMatrix44 _last_input_mat;
        private NyARTransMatResultParam _last_result_param = new NyARTransMatResultParam();

        /**
         * この関数は、検出したマーカーの変換行列を計算して、o_resultへ値を返します。
         * 直前に実行した{@link #detectMarkerLite}が成功していないと使えません。
         * @param o_result
         * 変換行列を受け取るオブジェクト。
         * @
         */
	    public void getTransmat(NyARDoubleMatrix44 o_result)
	    {
		    // 一番一致したマーカーの位置とかその辺を計算
		    if (this._is_continue){
			    //履歴が使えそうか判定
			    if(this._last_input_mat==o_result){
				    if(this._transmat.transMatContinue(this._square,this._offset,o_result, this._last_result_param.last_error,o_result, this._last_result_param)){
					    return;
				    }
			    }
		    }
		    //履歴使えないor継続認識失敗
		    this._transmat.transMat(this._square,this._offset,o_result,this._last_result_param);
		    this._last_input_mat=o_result;
		    return;
	    }
        /**
         * @deprecated
         * {@link #getTransmat}
         */
        public void getTransmationMatrix(NyARDoubleMatrix44 o_result)
        {
            this.getTransmat(o_result);
            return;
        }
        /** 参照インスタンス*/
        private INyARRgbRaster _last_input_raster = null;
        private INyARRgb2GsFilterArtkTh _bin_filter = null;
        /**
         * この関数は、画像から登録済のマーカ検出を行います。
         * マーカの検出に成功すると、thisのプロパティにマーカの二次元位置を記録します。
         * 関数の成功後は、マーカの姿勢行列と、一致度を、それぞれ{@link #getTransmationMatrix}と{@link #getConfidence}から得ることができます。
         * @param i_raster
         * マーカーを検出する画像。画像のサイズは、コンストラクタに指定した{@link NyARParam}オブジェクトと一致していなければなりません。
         * @param i_th
         * 2値化敷居値。0から256までの値を指定します。
         * @return
         * マーカーが検出できたかを、真偽値で返します。
         * @
         */
        public bool detectMarkerLite(INyARRgbRaster i_raster, int i_th)
        {
            //サイズチェック
            if (!this._bin_raster.getSize().isEqualSize(i_raster.getSize()))
            {
                throw new NyARException();
            }
            //最終入力ラスタを更新
            if (this._last_input_raster != i_raster)
            {
                this._bin_filter = (INyARRgb2GsFilterArtkTh)i_raster.createInterface(typeof(INyARRgb2GsFilterArtkTh));
                this._last_input_raster = i_raster;
            }
            //ラスタを２値イメージに変換する.
            this._bin_filter.doFilter(i_th, this._bin_raster);

            //コールバックハンドラの準備
            this._confidence = 0;
            this._last_input_raster = i_raster;
            //
            //マーカ検出器をコール
            this.execDetectMarker();
            if (this._confidence == 0)
            {
                return false;
            }
            return true;
        }


        /** 姿勢変換行列の変換器*/
        protected INyARTransMat _transmat;
        /** マーカパターンの保持用*/
        protected INyARColorPatt _inst_patt;
        private NyARRectOffset _offset;
        private NyARMatchPattDeviationColorData _deviation_data;
        private NyARMatchPatt_Color_WITHOUT_PCA _match_patt;
        private NyARCoord2Linear _coordline;
        protected NyARBinRaster _bin_raster;
        /** 一致率*/
        private double _confidence = 0;
        /** 認識矩形の記録用*/
        protected NyARSquare _square = new NyARSquare();


        protected bool _is_continue = false;
        private readonly NyARMatchPattResult __detectMarkerLite_mr = new NyARMatchPattResult();

        private NyARIntPoint2d[] __ref_vertex = new NyARIntPoint2d[4];



        /**
         * 内部関数です。
         * この関数は、thisの二次元矩形情報プロパティを更新します。
         * @param i_coord
         * @param i_vertex_index
         * @
         */
        protected internal void updateSquareInfo(NyARIntCoordinates i_coord, int[] i_vertex_index)
        {
            NyARMatchPattResult mr = this.__detectMarkerLite_mr;
            //輪郭座標から頂点リストに変換
            NyARIntPoint2d[] vertex = this.__ref_vertex;	//C言語ならポインタ扱いで実装
            vertex[0] = i_coord.items[i_vertex_index[0]];
            vertex[1] = i_coord.items[i_vertex_index[1]];
            vertex[2] = i_coord.items[i_vertex_index[2]];
            vertex[3] = i_coord.items[i_vertex_index[3]];

            //画像を取得
            if (!this._inst_patt.pickFromRaster(this._last_input_raster, vertex))
            {
                return;
            }
            //取得パターンをカラー差分データに変換して評価する。
            this._deviation_data.setRaster(this._inst_patt);
            if (!this._match_patt.evaluate(this._deviation_data, mr))
            {
                return;
            }
            //現在の一致率より低ければ終了
            if (this._confidence > mr.confidence)
            {
                return;
            }
            //一致率の高い矩形があれば、方位を考慮して頂点情報を作成
            NyARSquare sq = this._square;
            this._confidence = mr.confidence;
            //directionを考慮して、squareを更新する。
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                int idx = (i + 4 - mr.direction) % 4;
                this._coordline.coord2Line(i_vertex_index[idx], i_vertex_index[(idx + 1) % 4], i_coord, sq.line[i]);
            }
            //ちょっと、ひっくり返してみようか。
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                //直線同士の交点計算
                if (!sq.line[i].crossPos(sq.line[(i + 3) % 4], sq.sqvertex[i]))
                {
                    throw new NyARException();//ここのエラー復帰するならダブルバッファにすればOK
                }
            }
        }
        protected NyARSingleDetectMarker(NyARParam i_ref_param, NyARCode i_ref_code, double i_marker_width)
        {
            this._deviation_data = new NyARMatchPattDeviationColorData(i_ref_code.getWidth(), i_ref_code.getHeight());
            this._match_patt = new NyARMatchPatt_Color_WITHOUT_PCA(i_ref_code);
            this._offset = new NyARRectOffset();
            this._offset.setSquare(i_marker_width);
            this._coordline = new NyARCoord2Linear(i_ref_param.getScreenSize(), i_ref_param.getDistortionFactor());
            //２値画像バッファを作る		
            NyARIntSize s = i_ref_param.getScreenSize();
            this._bin_raster = new NyARBinRaster(s.w, s.h);
        }
        protected abstract void execDetectMarker();

        /** ARToolKit互換のアルゴリズムを選択します。*/
        public const int PF_ARTOOLKIT_COMPATIBLE = 1;
        /** NyARToolKitのアルゴリズムを選択します。*/
        public const int PF_NYARTOOLKIT = 2;
        /** ARToolKit互換アルゴリズムと、NyARToolKitのアルゴリズムの混合です。2D系にNyARToolkit,3D系にARToolKitのアルゴリズムを選択します。*/
        public const int PF_NYARTOOLKIT_ARTOOLKIT_FITTING = 100;
        /** 開発用定数値*/
        public const int PF_TEST2 = 201;
        /**
         * 処理プロファイルを指定して、{@link NyARSingleDetectoMarker}オブジェクトを生成します。
         * @param i_param
         * カメラパラメータを指定します。このサイズは、{@link #detectMarkerLite}に入力する画像と同じである必要があります。
         * @param i_code
         * 検出するマーカパターンを指定します。
         * @param i_marker_width
         * 正方形マーカの物理サイズをmm単位で指定します。
         * @param i_input_raster_type
         * {@link #detectMarkerLite}に入力するラスタの画素形式を指定します。
         * この値は、{@link INyARRgbRaster#getBufferType}関数の戻り値を利用します。
         * @param i_profile_id
         * 計算アルゴリズムの選択値です。以下の定数のいずれかを指定します。
         * <ul>
         * <li>{@link #PF_ARTOOLKIT_COMPATIBLE}
         * <li>{@link #PF_NYARTOOLKIT}
         * <li>{@link #PF_NYARTOOLKIT_ARTOOLKIT_FITTING}
         * </ul>
         * @ 
         * @
         */
        public static NyARSingleDetectMarker createInstance(NyARParam i_param, NyARCode i_code, double i_marker_width, int i_profile_id)
        {
            switch (i_profile_id)
            {
                case PF_ARTOOLKIT_COMPATIBLE:
                    return new NyARSingleDetectMarker_ARTKv2(i_param, i_code, i_marker_width);
                case PF_NYARTOOLKIT_ARTOOLKIT_FITTING:
                    return new NyARSingleDetectMarker_NyARTK_FITTING_ARTKv2(i_param, i_code, i_marker_width);
                case PF_NYARTOOLKIT://default
                    return new NyARSingleDetectMarker_NyARTK(i_param, i_code, i_marker_width);
                default:
                    throw new NyARException();
            }
        }
        public static NyARSingleDetectMarker createInstance(NyARParam i_param, NyARCode i_code, double i_marker_width)
        {
            return createInstance(i_param, i_code, i_marker_width, PF_NYARTOOLKIT);
        }

    }

    //
    //各プロファイル毎のクラス
    //


    class NyARSingleDetectMarker_ARTKv2 : NyARSingleDetectMarker
    {
        private ARTKDetector _square_detect;

        /**
         * ARTKラべリングを使った矩形検出機へのブリッジ
         */
	    public class ARTKDetector : NyARSquareContourDetector_ARToolKit , NyARSquareContourDetector.CbHandler
        {
            private NyARSingleDetectMarker _parent;
            public ARTKDetector(NyARSingleDetectMarker i_parent, NyARIntSize i_size):base(i_size)
            {
                this._parent = i_parent;
            }
            public void detectMarkerCallback(NyARIntCoordinates i_coord, int[] i_vertex_index)
            {
                this._parent.updateSquareInfo(i_coord, i_vertex_index);
            }
        }
        public NyARSingleDetectMarker_ARTKv2(NyARParam i_ref_param, NyARCode i_ref_code, double i_marker_width):base(i_ref_param, i_ref_code, i_marker_width)
        {
            this._inst_patt = new NyARColorPatt_O3(i_ref_code.getWidth(), i_ref_code.getHeight());
            this._transmat = new NyARTransMat_ARToolKit(i_ref_param);
            this._square_detect = new ARTKDetector(this, i_ref_param.getScreenSize());
        }
        protected override void execDetectMarker()
        {
            //矩形を探す(戻り値はコールバック関数で受け取る。)
            this._square_detect.detectMarker(this._bin_raster, this._square_detect);

        }
    }
    class NyARSingleDetectMarker_NyARTK_FITTING_ARTKv2 : NyARSingleDetectMarker
    {
        protected NyARSingleDetectMarker_ARTKv2.ARTKDetector _square_detect;
        public NyARSingleDetectMarker_NyARTK_FITTING_ARTKv2(NyARParam i_ref_param, NyARCode i_ref_code, double i_marker_width)
            : base(i_ref_param, i_ref_code, i_marker_width)
        {
            this._inst_patt = new NyARColorPatt_Perspective(i_ref_code.getWidth(), i_ref_code.getHeight(), 4, 25);
            this._transmat = new NyARTransMat_ARToolKit(i_ref_param);
            this._square_detect = new NyARSingleDetectMarker_ARTKv2.ARTKDetector(this, i_ref_param.getScreenSize());
        }
        protected override void execDetectMarker()
        {
            //矩形を探す(戻り値はコールバック関数で受け取る。)
            this._square_detect.detectMarker(this._bin_raster, this._square_detect);
        }
    }
    /**
     * NyARToolkitのアルゴリズムを使用するSingleDetectMarker
     * @author nyatla
     *
     */
    class NyARSingleDetectMarker_NyARTK : NyARSingleDetectMarker
    {
        private RleDetector _square_detect;
        /**
         * RleLabelingを使った矩形検出機
         */
        private class RleDetector : NyARSquareContourDetector_Rle, NyARSquareContourDetector.CbHandler
        {
            NyARSingleDetectMarker _parent;
            public RleDetector(NyARSingleDetectMarker i_parent, NyARIntSize i_size):base(i_size)
            {
                this._parent = i_parent;
            }
		    public void detectMarkerCallback(NyARIntCoordinates i_coord,int[] i_vertex_index)
		    {
			    this._parent.updateSquareInfo(i_coord, i_vertex_index);
    			
		    }
        }

        public NyARSingleDetectMarker_NyARTK(NyARParam i_ref_param, NyARCode i_ref_code, double i_marker_width):base(i_ref_param, i_ref_code, i_marker_width)
        {
            
            this._inst_patt = new NyARColorPatt_Perspective(i_ref_code.getWidth(), i_ref_code.getHeight(), 4, 25);
            this._transmat = new NyARTransMat(i_ref_param);
            this._square_detect = new RleDetector(this, i_ref_param.getScreenSize());
        }
        protected override void execDetectMarker()
        {
            //矩形を探す(戻り値はコールバック関数で受け取る。)
            this._square_detect.detectMarker(this._bin_raster, 0, this._square_detect);

        }
    }

}


