#define _USE_MATH_DEFINES
#include <iostream>
#include <fstream> // Für Dateioperationen
#include <cmath>
#include <vector>
#include <random>
#include <string>

struct State {
    double t, x, y, z;
};

class BallistikSimulator {
private:
    const double g = 9.81;
    const double rho = 1.225;
    std::mt19937 gen;
    

public:
    BallistikSimulator() : gen(std::random_device{}()) {}

    std::vector<State> simuliereFlug(double v0, double winkelGrad, double masse, double cw, double flaeche, double streuung) {
        std::vector<State> trajektorie;
        double winkelRad = (winkelGrad * M_PI / 180.0);

        // Zufallseinfluss auf den Startwinkel (Streuung)
        std::normal_distribution<double> d_winkel(0.0, streuung * 0.01);
        double variierterWinkel = winkelRad + d_winkel(gen);

        double vx = v0 * std::cos(variierterWinkel);
        double vy = v0 * std::sin(variierterWinkel);
        double vz = d_winkel(gen) * v0; // Seitliche Abweichung

        double x = 0, y = 0, z = 0, t = 0;
        double dt = 0.01;

        while (y >= 0) {
            trajektorie.push_back({ t, x, y, z });

            double v = std::sqrt(vx * vx + vy * vy + vz * vz);
            double Fw = 0.5 * rho * v * v * cw * flaeche;

            vx += (-(Fw * (vx / v)) / masse) * dt;
            vy += (-g - (Fw * (vy / v)) / masse) * dt;
            vz += (-(Fw * (vz / v)) / masse) * dt;

            x += vx * dt;
            y += vy * dt;
            z += vz * dt;
            t += dt;

            if (trajektorie.size() > 20000) break;
        }
        return trajektorie;
    }

    // Neue Funktion zum Speichern der Daten
    void speichereInCSV(const std::vector<State>& pfad, const std::string& dateiname) {
        std::ofstream datei(dateiname);

        if (datei.is_open()) {
            // Header für die CSV-Datei
            datei << "Zeit(s);X(Distanz);Y(Hoehe);Z(Seite)\n";

            for (const auto& p : pfad) {
                datei << p.t << ";" << p.x << ";" << p.y << ";" << p.z << "\n";
            }
            datei.close();
            std::cout << "Daten erfolgreich in " << dateiname << " gespeichert.\n";
        }
        else {
            std::cerr << "Fehler: Datei konnte nicht geöffnet werden!\n";
        }
    }

    void exportiere3DTrajektorien(int anzahl, double v0, double winkel, double masse, double cw, double flaeche, double streuung) {
        std::ofstream datei("3d_flugbahnen.csv");
        datei << "SchussID;X;Y;Z\n";

        for (int i = 0; i < anzahl; ++i) {
            auto pfad = simuliereFlug(v0, winkel, masse, cw, flaeche, streuung);
            for (const auto& p : pfad) {
                datei << i << ";" << p.x << ";" << p.y << ";" << p.z << "\n";
            }
        }
        datei.close();
        std::cout << "3D-Daten in '3d_flugbahnen.csv' gespeichert.\n";
    }
};

int main() {
    BallistikSimulator sim;

    // Simulations-Parameter
    double v0 = 400.0;        // m/s
    double winkel = 20.0;     // Grad
    double masse = 0.015;     // 15 Gramm
    double cw = 0.29;         // cw-Wert (Projektil)
    double flaeche = 0.00006; // Querschnittsflaeche
    double praezision = 0.2;  // Streufaktor

    // Flug simulieren
    auto pfad = sim.simuliereFlug(v0, winkel, masse, cw, flaeche, praezision);

    // Als CSV speichern
    sim.speichereInCSV(pfad, "flugbahn.csv");
    sim.exportiere3DTrajektorien(10, v0, winkel, masse, cw, flaeche, praezision);

    return 0;
}