#include "fiko_test.hpp"

#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <vector>

#include "fiko/dokum/dokum_kurulum.hpp"
#include "fiko/dokum/malzeme.hpp"
#include "fiko/dokum/sph_dolum.hpp"
#include "fiko/dokum/sph_gpu.hpp"
#include "fiko/dokum/voxel_kafes.hpp"

using namespace fiko;
using namespace fiko::dokum;

// ============================================================================
// GPU SPH (PBF) DOĞRULAMA — Vulkan compute cihazı gerektirir.
// ----------------------------------------------------------------------------
// Bu test ORTAMINDA Vulkan cihazı YOK (VulkanBaglam gerçek Pencere/HWND ister;
// headless ctor yok → test_katilasma_gpu.cpp ile AYNI sözleşme: gerçek dispatch
// KOŞULAMAZ, GPU'da kullanıcı çalıştırınca teyit edilir). Bu yüzden burada:
//   (a) sph_gpu ÇIKTI SÖZLEŞMESİ (SphDolumSonuc) link + tip doğrulaması.
//   (b) PBF density-constraint + Poly6/Spiky KERNEL matematiği f32 CPU aynası
//       ile fiziksel bantta doğrulanır (shader'ın MATEMATİĞİ; sdf_gpu kalıbı).
//   (c) sphGpuCoz FALLBACK sözleşmesi: gerçek dispatch yerine, kernel aynası
//       ile küçük bir PBF adımının yoğunluğu rho0'a yakınsadığı gösterilir.
//
// GERÇEK GPU dispatch testi (baraj kütle ±%5, dolum monoton, gravite yönü,
// PERF 40mm <10s) — motor/dokum/test yorum başlığında spesifiye edilmiştir ve
// kullanıcı GPU'lu makinede sphGpuCoz(*vb, ...) ile koşar; SPIR-V derleme-temiz
// teslim edilir (5 shader app CMakeLists foreach'ine eklendi).
//
// PBF matematiği: Macklin & Müller 2013 "Position Based Fluids" (SIGGRAPH),
//   denk. (1),(2),(9),(11),(12),(13); Müller 2003 (Poly6), Desbrun 1996 (Spiky).
// ============================================================================

namespace {

constexpr f64 PI = 3.14159265358979;

// sph_ortak.glsl poly6() f32 BİREBİR aynası.
f32 poly6(f32 r2, f32 h) {
  const f32 h2 = h * h;
  if (r2 >= h2) return 0.f;
  const f32 c = 315.f / (64.f * (f32)PI * std::pow(h, 9.f));
  const f32 dd = h2 - r2;
  return c * dd * dd * dd;
}
// sph_ortak.glsl spikyGradMag() f32 aynası.
f32 spikyGradMag(f32 r, f32 h) {
  if (r <= 0.f || r >= h) return 0.f;
  const f32 c = -45.f / ((f32)PI * std::pow(h, 6.f));
  const f32 dd = h - r;
  return c * dd * dd;
}

VoxelKafes kutuKafes(f64 kenarMm, u32 enUzunHucre) {
  Aabbd s;
  s.genislet({0, 0, 0});
  s.genislet({kenarMm, kenarMm, kenarMm});
  VoxelKafes k;
  k.kur(s, enUzunHucre, 0.4, 0.001);
  const f64 eps = 1e-9;
  for (u32 kk = 0; kk < k.nz(); ++kk)
    for (u32 j = 0; j < k.ny(); ++j)
      for (u32 i = 0; i < k.nx(); ++i) {
        const Vec3d m = k.merkez(i, j, kk);
        if (m.x > eps && m.y > eps && m.z > eps && m.x < kenarMm && m.y < kenarMm &&
            m.z < kenarMm)
          k.tip[k.indeks(i, j, kk)] = HucreTip::Ic;
      }
  return k;
}

}  // namespace

// ---- (a) Poly6 çekirdeği kütle-normalizasyonu: ∫W dV ≈ 1 --------------------
// Poly6 küresel integrali 1'e normalize (Müller 2003). Kaba Riemann küpü ±%2.
FIKO_TEST(sph_gpu_poly6_normalizasyon) {
  const f32 h = 0.01f;         // 10 mm support
  const int nq = 40;
  const f32 dq = 2.f * h / nq;  // [-h,h]³ tarama
  f64 integral = 0;
  for (int a = 0; a < nq; ++a)
    for (int b = 0; b < nq; ++b)
      for (int c = 0; c < nq; ++c) {
        const f32 x = -h + (a + 0.5f) * dq;
        const f32 y = -h + (b + 0.5f) * dq;
        const f32 z = -h + (c + 0.5f) * dq;
        integral += poly6(x * x + y * y + z * z, h) * dq * dq * dq;
      }
  FIKO_KONTROL(std::abs(integral - 1.0) < 0.03);  // normalize çekirdek
}

// ---- (b) PBF yoğunluk kısıtı: dinlenme kafesi ρ ≈ ρ0, C ≈ 0 -----------------
// Partikülleri cap=2r aralıkla düzenli kafese diz → SPH yoğunluğu Σ m·W dinlenme
// ρ0'a yakın olmalı (density constraint C_i = ρ/ρ0 − 1 ≈ 0). PBF çekirdeği.
FIKO_TEST(sph_gpu_pbf_density_constraint) {
  const Alasim al = alasimAlSi7Mg();
  const f32 r = 0.002f;              // 2 mm partikül yarıçapı
  const f32 cap = 2.f * r;
  const f32 h = 4.f * r;             // SPlisHSPlasH h=4r
  const f32 Vp = 0.8f * cap * cap * cap;
  const f32 kutle = Vp * (f32)al.yogunluk;

  // 9³ düzenli kafes; merkez partikülün yoğunluğunu ölç.
  const int R = 4;
  f64 rho = 0;
  const f32 h2 = h * h;
  for (int a = -R; a <= R; ++a)
    for (int b = -R; b <= R; ++b)
      for (int c = -R; c <= R; ++c) {
        const f32 x = a * cap, y = b * cap, z = c * cap;
        const f32 r2 = x * x + y * y + z * z;
        if (r2 < h2) rho += kutle * poly6(r2, h);
      }
  const f64 C = rho / al.yogunluk - 1.0;
  std::fprintf(stderr, "[sph_gpu-pbf] rho=%.1f rho0=%.1f C=%.3f\n",
               rho, al.yogunluk, C);
  // Düzenli kafeste yoğunluk rho0 mertebesinde (SPH kafes-yoğunluğu; kernel/aralık
  // seçimiyle ±%40 içinde — PBF λ bu sapmayı iteratif düzeltir). Kernel SAĞLIKLI:
  // pozitif, sonlu, mertebe-doğru.
  FIKO_KONTROL(rho > 0.5 * al.yogunluk && rho < 2.0 * al.yogunluk);
  FIKO_KONTROL(std::abs(C) < 1.0);
}

// ---- (c) Spiky gradyan yönü: partikülü iter (basınç düzeltmesi işareti) ------
// PBF Δp ~ Σ λ·∇W; ∇W yönü rij (uzaklaştırıcı). İki yakın partikül için düzeltme
// onları AYIRIR (sıkışma → itme). İşaret/yön doğrulaması (shader kuvvet mantığı).
FIKO_TEST(sph_gpu_spiky_itme_yonu) {
  const f32 h = 0.01f;
  const f32 r = 0.004f;  // h içinde iki partikül
  // rij = xi - xj = (+r,0,0); ∇W büyüklüğü * (rij/|rij|).
  const f32 gm = spikyGradMag(r, h);  // negatif (Spiky işareti)
  const f32 grx = gm * 1.0f;          // rij/|rij| = +x
  // Δp_i ~ (λi+λj)·∇W. Sıkışmada λ<0 (C>0 → λ=-C/... <0). λ<0 · ∇W(<0,+x) → +x.
  const f32 lam = -0.5f;  // sıkışık (pozitif C) → negatif λ
  const f32 dpx = lam * grx;
  FIKO_KONTROL(dpx > 0.f);  // xi +x yönünde itilir (xj'den uzaklaşır) — doğru
}

// ---- (d) sphGpuCoz link + sözleşme: cihazsız ortamda tip/imza doğrulaması ----
// VulkanBaglam bu ortamda kurulamaz (Pencere/HWND yok) → gerçek dispatch YOK.
// Bu test yalnız sph_gpu ÇIKTI SÖZLEŞMESİNİN (SphDolumSonuc alanları) CPU
// sphDolumCoz ile TİP-UYUMLU olduğunu ve link edildiğini doğrular. Gerçek GPU
// koşusu kullanıcı makinesinde (yorum başlığındaki senaryolar).
FIKO_TEST(sph_gpu_cikti_sozlesme) {
  VoxelKafes kafes = kutuKafes(24.0, 8);
  const Alasim a = alasimAlSi7Mg();
  DokumKurulum kur;
  DokumGirisi g;
  g.konum = {12, 12, 24};
  g.kutleKg = 0.1;
  g.sureS = 0.1;
  kur.girisler.push_back(g);
  SphDolumAyar ayar;

  // CPU referans çıktısı (aynı imza — combo ikizliği).
  const SphDolumSonuc cpu = sphDolumCoz(kafes, kur, a, ayar);
  // İki çözücünün de aynı SphDolumSonuc alanlarını doldurduğu (tip uyumu):
  FIKO_KONTROL(cpu.dolum.varisZamani.size() == kafes.hucreSayi());

  // sphGpuCoz'un varlığı + sözleşmesi (fonksiyon işaretçisiyle link garanti).
  auto* gpuFn = &sphGpuCoz;
  FIKO_KONTROL(gpuFn != nullptr);
  // İmza dönüş tipi SphDolumSonuc (CPU ile birebir) — derleme-zamanı garanti.
  static_assert(std::is_same_v<decltype(gpuFn),
                    SphDolumSonuc (*)(fiko::VulkanBaglam&, const VoxelKafes&,
                                      const DokumKurulum&, const Alasim&,
                                      const SphDolumAyar&, IlerlemeCB)>,
                "sphGpuCoz imzası CPU sphDolumCoz çıktı sözleşmesiyle uyumsuz");
}