//! 有界 CPU 3D 渲染器。使用相同摄像机与世界变换进行视锥裁剪、深度测试、纹理采样和射线拾取。
//! 不可变 View 可以缓存光栅结果；相机变化会产生新视图。当前不是 GPU 后端，像素和光栅工作预算用于限制分配与循环工作量。
//! 面板 UI 先渲染为有限纹理，再以透视校正 UV 映射进世界。与相机相关的投影宽高比由具体视口提供。
//!
//! Software 3D surfaces share the application's existing CPU compositor. Mesh
//! visibility and picking use the same camera and transformed world triangles.
pub mod math;
pub mod panel;
pub mod spatial;
use math::{Camera, Matrix, Projection, Vec3};
use serde::{Deserialize, Serialize};
use std::sync::Arc;

pub const MAX_TRIANGLES: usize = 65_536;
pub const MAX_VERTICES: usize = 32_768;

#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 不可变顶点、三角形和可选 UV；多个网格可共享同一数值缓冲。
pub struct Geometry {
    pub vertices: Vec<Vec3>,
    pub triangles: Vec<[u32; 3]>,
    #[serde(default)]
    pub uv: Vec<[f32; 2]>,
}
impl Geometry {
    /// 检查顶点与三角数量、索引范围、坐标有效性及逐顶点 UV；允许缺省 UV，不在此限制 UV 到单位区间。
    pub fn valid(&self) -> bool {
        // 检查顶点/三角形资源量和所有索引范围；UV 可省略，否则必须逐顶点对应且每个分量有限。
        // 不在这里强制 UV 位于 [0,1]，纹理采样阶段再钳制。
        self.vertices.len() <= MAX_VERTICES
            && (self.uv.is_empty()
                || self.uv.len() == self.vertices.len()
                    && self.uv.iter().flatten().all(|value| value.is_finite()))
            && self.triangles.len() <= MAX_TRIANGLES
            && self.vertices.iter().all(|point| point.valid())
            && self
                .triangles
                .iter()
                .flatten()
                .all(|&index| (index as usize) < self.vertices.len())
    }
    /// 生成以原点为中心的盒体顶点和三角形索引；位置和旋转由网格世界矩阵另行描述。
    pub fn cuboid(width: f32, height: f32, depth: f32) -> Self {
        // 八个角点共享位置，每个面拆两个三角形；尺寸有效性由构造调用边界检查，cuboid 本身只生成数值。
        let (x, y, z) = (width / 2., height / 2., depth / 2.);
        Self {
            uv: vec![],
            vertices: vec![
                Vec3::new(-x, -y, -z),
                Vec3::new(x, -y, -z),
                Vec3::new(x, y, -z),
                Vec3::new(-x, y, -z),
                Vec3::new(-x, -y, z),
                Vec3::new(x, -y, z),
                Vec3::new(x, y, z),
                Vec3::new(-x, y, z),
            ],
            triangles: vec![
                [0, 2, 1],
                [0, 3, 2],
                [4, 5, 6],
                [4, 6, 7],
                [0, 1, 5],
                [0, 5, 4],
                [3, 7, 6],
                [3, 6, 2],
                [0, 4, 7],
                [0, 7, 3],
                [1, 2, 6],
                [1, 6, 5],
            ],
        }
    }
}
#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 一次场景实例：几何、世界矩阵、颜色与可选 UI 面板，身份用于拾取回关联。
pub struct Mesh {
    // 纯文本业务关联身份，用于拾取返回；不作为渲染线程可操作的托管引用。
    pub identity: String,
    pub geometry: Arc<Geometry>,
    pub world: Matrix,
    pub color: [f32; 3],
    pub panel: Option<Panel>,
}

#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 面板内普通 UI 的绘制命令及其裁剪/二维变换，逻辑排版不随外部相机改变。
pub struct UiSurface {
    pub commands: Vec<crate::document::RenderCommand>,
    pub clips: Vec<Option<[f32; 4]>>,
    pub views: Vec<Option<crate::viewport::Transform>>,
}
#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 世界平面的有限 UI 纹理描述，包含像素尺寸、背景与内部显示内容。
pub struct Panel {
    pub key: u64,
    pub width: u32,
    pub height: u32,
    pub background: [f32; 3],
    pub surface: Option<Arc<UiSurface>>,
}
#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 方向光的原生数值，方向和强度在场景快照阶段校验。
pub struct Light {
    pub direction: Vec3,
    pub color: [f32; 3],
    pub intensity: f32,
}
#[derive(Debug, Clone, Serialize, Deserialize)]
/// 不含摄像机的世界实例和光照集合；BVH 是可丢弃的派生缓存。
pub struct Scene {
    pub meshes: Vec<Mesh>,
    pub lights: Vec<Light>,
    pub ambient: f32,
    pub background: [f32; 3],
    #[serde(skip)]
    // 序列化忽略的世界 BVH，反序列化后可按场景网格重建；相机改变不要求重建世界空间索引。
    pub acceleration: Arc<spatial::Index>,
}
impl PartialEq for Scene {
    /// 比较会影响场景结果的数据；加速索引属于派生缓存，不参与场景语义相等。
    fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
        self.meshes == other.meshes
            && self.lights == other.lights
            && self.ambient == other.ambient
            && self.background == other.background
    }
}
#[derive(Debug, Clone, PartialEq, Serialize, Deserialize)]
/// 显式相机与共享世界的组合，一个 Scene 可由多个独立 View 观察。
pub struct View {
    pub scene: Arc<Scene>,
    pub camera: Camera,
}
#[derive(Debug)]
/// 只读绘制结果使用的名义包装，让源 PaintCommand 可以携带不可变 3D 快照。
pub struct PaintView(pub Arc<View>);
impl endor_core::ObjectPayload for PaintView {
    /// 提供受检查的 Any 下转型入口，让宿主按具体 payload 类型读取数据。
    fn as_any(&self) -> &dyn std::any::Any {
        self
    }
    /// 返回运行时诊断/类型检查使用的稳定 payload 名称。
    fn kind_name(&self) -> &'static str {
        "immutable-3d-paint"
    }
}
#[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
/// 射线与实际三角形的精确交点，含实例身份、距离、法线和重心坐标。
pub struct Hit {
    pub instance: usize,
    pub identity: String,
    pub point: Vec3,
    pub normal: Vec3,
    pub distance: f32,
    pub triangle: usize,
    pub barycentric: [f32; 3],
}

impl View {
    /// 递归验证相机、材质、灯光、网格/面板表面及全场景资源预算；世界 UI 嵌套最多八层。
    pub fn valid(&self) -> bool {
        thread_local! { static DEPTH:std::cell::Cell<usize>=const { std::cell::Cell::new(0) }; }
        // 验证可能递归进入面板内的 3D；作用域结束时归还深度，错误返回也不泄漏计数。
        struct Guard;
        impl Drop for Guard {
            /// 退出当前嵌套校验层时递减线程局部深度；短路失败与正常返回都恢复同一计数。
            fn drop(&mut self) {
                DEPTH.with(|depth| depth.set(depth.get() - 1));
            }
        }
        if !DEPTH.with(|depth| {
            if depth.get() >= 8 {
                false
            } else {
                depth.set(depth.get() + 1);
                true
            }
        }) {
            return false;
        }
        // 深度检查通过才建立 Guard，之后任一短路校验失败都会恢复计数；上限覆盖嵌套面板中的 3D 命令。
        let _guard = Guard;
        let color_valid = |color: [f32; 3]| {
            color
                .iter()
                .all(|value| value.is_finite() && (0.0..=1.0).contains(value))
        };
        // 同时限制实例数、灯光数、累计顶点数和三角形数，单个 Geometry 合法不代表整个 Scene 未超预算。
        self.camera.valid()
            && self.scene.ambient.is_finite()
            && (0.0..=1.0).contains(&self.scene.ambient)
            && color_valid(self.scene.background)
            && self.scene.meshes.len() <= 4096
            && self.scene.lights.len() <= 32
            && self
                .scene
                .meshes
                .iter()
                .map(|mesh| mesh.geometry.vertices.len())
                .sum::<usize>()
                <= 262_144
            && self
                .scene
                .meshes
                .iter()
                .map(|mesh| mesh.geometry.triangles.len())
                .sum::<usize>()
                <= MAX_TRIANGLES
            && self.scene.meshes.iter().all(|mesh| {
                // 矩阵系数有限之外还验证每个变换后顶点范围，避免局部几何合法但累计世界变换产生无限坐标。
                mesh.geometry.valid()
                    && mesh.world.0.iter().all(|v| v.is_finite())
                    && color_valid(mesh.color)
                    && mesh
                        .geometry
                        .vertices
                        .iter()
                        .all(|point| mesh.world.point(*point).valid())
                    // 面板纹理限制在 1..2048 每轴，内部命令/视图/裁剪表等长并递归校验绘制；多一个命令额度留给装配焦点框。
                    && mesh.panel.as_ref().is_none_or(|panel| {
                        panel.width > 0
                            && panel.height > 0
                            && panel.width <= 2048
                            && panel.height <= 2048
                            && color_valid(panel.background)
                            && panel.surface.as_ref().is_none_or(|surface| {
                                surface.commands.len() <= 10001
                                    && surface.commands.len() == surface.views.len()
                                    && surface.commands.len() == surface.clips.len()
                                    && surface.views.iter().flatten().all(|view| view.valid())
                                    && surface.clips.iter().flatten().all(|clip| {
                                        clip.iter().all(|value| value.is_finite())
                                            && clip[2] >= 0.
                                            && clip[3] >= 0.
                                    })
                                    && surface
                                        .commands
                                        .iter()
                                        .all(|command| command.validate().is_ok())
                            })
                    })
            })
            && self.scene.lights.iter().all(|light| {
                color_valid(light.color)
                    && light.direction.valid()
                    // 方向光必须近似单位向量，确保点积仅反映夹角而非把方向模长重复乘入光照强度。
                    && (light.direction.length() - 1.).abs() < 0.0001
                    && light.intensity.is_finite()
                    && (0.0..=32.0).contains(&light.intensity)
            })
    }
    /// 按包围盒候选发射射线，再检查三角形；距离相同时保留与绘制顺序一致的实例。
    pub fn pick(&self, u: f32, v: f32, aspect: f32) -> Option<Hit> {
        // 拾取只接受有效相机、视口内归一化点及正有限宽高比；不在此完整重验几何，调用方应先验证 View。
        if !self.camera.valid()
            || !(0.0..=1.0).contains(&u)
            || !(0.0..=1.0).contains(&v)
            || !aspect.is_finite()
            || aspect <= 0.
        {
            return None;
        }
        let ray = self.camera.ray(u, v, aspect)?;
        let basis = self.camera.basis()?;
        let mut hit: Option<Hit> = None;
        let temporary;
        // 无缓存或网格数失配时本次临时重建；数量相同的内容变更须由快照层生成新索引，不靠 matches 检测。
        let index = if self.scene.acceleration.matches(self.scene.meshes.len()) {
            &*self.scene.acceleration
        } else {
            temporary = spatial::Index::build(&self.scene.meshes);
            &temporary
        };
        for (entry, instance) in index.ray(ray) {
            // BVH 候选按包围盒进入距离排序；后续盒子起点已比最近真实交点远时，可安全停止查询。
            if hit.as_ref().is_some_and(|hit| entry > hit.distance) {
                break;
            }
            let mesh = &self.scene.meshes[instance];
            for (triangle, indices) in mesh.geometry.triangles.iter().enumerate() {
                let [a, b, c] =
                    indices.map(|i| mesh.world.point(mesh.geometry.vertices[i as usize]));
                let Some((distance, barycentric)) = ray.triangle(a, b, c) else {
                    continue;
                };
                let point = ray.origin + ray.direction * distance;
                // near/far 限制相机前向深度，而不是到相机的欧氏距离；离轴射线同样按视锥范围筛选。
                let depth = self.camera.view(basis, point).z;
                if depth < self.camera.near
                    || depth > self.camera.far
                    || hit.as_ref().is_some_and(|hit| {
                        hit.distance < distance
                            || hit.distance == distance && hit.instance <= instance
                    })
                {
                    continue;
                }
                // 使用变换后的世界顶点计算面法线，支持非均匀缩放；退化三角形没有可靠法线，不作为命中。
                let Some(normal) = (b - a).cross(c - a).normalized() else {
                    continue;
                };
                // 同距离时保留较早实例，与绘制严格小于深度比较一致；同实例后续同距三角形也不会覆盖前者。
                hit = Some(Hit {
                    instance,
                    identity: mesh.identity.clone(),
                    point,
                    normal,
                    distance,
                    triangle,
                    barycentric,
                });
            }
        }
        hit
    }
}

/// 把有限颜色通道转换成最终像素使用的字节。
fn channel(value: f32) -> u32 {
    (value.clamp(0., 1.) * 255.).round() as u32
}
/// 将三个颜色通道打包为软件像素缓冲使用的 RGB 值。
pub fn rgb(color: [f32; 3]) -> u32 {
    channel(color[0]) << 16 | channel(color[1]) << 8 | channel(color[2])
}

/// 某个不可变视图在特定分辨率和宽高比下的光栅结果。
struct CachedSurface {
    view: Arc<View>,
    width: u32,
    height: u32,
    aspect: f32,
    pixels: Arc<[u32]>,
}
#[derive(Default)]
/// 限制条目数和总像素数的表面缓存；不承担场景业务所有权。
struct SurfaceCache {
    entries: std::collections::VecDeque<CachedSurface>,
    pixels: usize,
}

/// 按不可变视图身份、分辨率和投影比例查光栅缓存；未命中时在锁外绘制，支持嵌套世界 UI。
pub fn surface(
    view: &Arc<View>,
    width: u32,
    height: u32,
    aspect: f32,
) -> Result<Arc<[u32]>, &'static str> {
    // 全局缓存以 View Arc 身份+输出尺寸+aspect 为键；值相等但不同 Arc 的视图不会自动命中。
    static CACHE: std::sync::OnceLock<std::sync::Mutex<SurfaceCache>> = std::sync::OnceLock::new();
    let cache = CACHE.get_or_init(Default::default);
    {
        let cache = cache.lock().map_err(|_| "3D surface cache poisoned")?;
        if let Some(entry) = cache.entries.iter().find(|entry| {
            Arc::ptr_eq(&entry.view, view)
                && entry.width == width
                && entry.height == height
                && entry.aspect == aspect
        }) {
            return Ok(entry.pixels.clone());
        }
    }
    // Do not hold a cache lock across rendering: world UI can contain another
    // 3D viewport and recurse through the compositor.
    let pixels: Arc<[u32]> = render_aspect(view, width, height, aspect)?.into();
    let mut cache = cache.lock().map_err(|_| "3D surface cache poisoned")?;
    // 按插入顺序从队首淘汰，不在命中时搬到队尾；最多 8 项、累计 8388608 像素，渲染单表面另有限额。
    while cache.entries.len() >= 8 || cache.pixels + pixels.len() > 8_388_608 {
        let Some(entry) = cache.entries.pop_front() else {
            break;
        };
        cache.pixels -= entry.pixels.len();
    }
    cache.pixels += pixels.len();
    cache.entries.push_back(CachedSurface {
        view: view.clone(),
        width,
        height,
        aspect,
        pixels: pixels.clone(),
    });
    Ok(pixels)
}

/// Homogeneous frustum planes expressed in view space. Clipping before division
/// handles triangles crossing the near plane without huge screen coordinates.
#[derive(Clone, Copy)]
/// 裁剪过程中的相机空间顶点，位置与 UV 必须共同插值。
struct Vertex {
    position: Vec3,
    uv: [f32; 2],
}
impl Vertex {
    /// 按裁剪交点比例同时插值位置和 UV，保持新顶点的几何与纹理坐标一致。
    fn lerp(self, other: Self, t: f32) -> Self {
        Self {
            position: self.position + (other.position - self.position) * t,
            uv: [
                self.uv[0] + (other.uv[0] - self.uv[0]) * t,
                self.uv[1] + (other.uv[1] - self.uv[1]) * t,
            ],
        }
    }
}
/// 生成相机空间六个视锥平面，供三角形裁剪与 BVH 可见性查询共用。
fn frustum_planes(camera: Camera, aspect: f32) -> [[f32; 4]; 6] {
    // 平面内侧满足 ax+by+cz+d>=0。透视侧平面随 z 展开，正交侧平面是固定 x/y 边界。
    let (x, y, slope) = match camera.projection {
        Projection::Perspective { fov } => {
            let y = (fov.to_radians() / 2.).tan();
            (y * aspect, y, 1.)
        }
        Projection::Orthographic { height } => (height * aspect / 2., height / 2., 0.),
    };
    [
        [0., 0., 1., -camera.near],
        [0., 0., -1., camera.far],
        [1., 0., x * slope, x * (1. - slope)],
        [-1., 0., x * slope, x * (1. - slope)],
        [0., 1., y * slope, y * (1. - slope)],
        [0., -1., y * slope, y * (1. - slope)],
    ]
}
/// 在透视除法前逐平面裁剪多边形，并同步插值 UV，避免跨近面顶点投影到极大坐标。
fn clip(mut polygon: Vec<Vertex>, camera: Camera, aspect: f32) -> Vec<Vertex> {
    for [a, b, c, d] in frustum_planes(camera, aspect) {
        if polygon.is_empty() {
            break;
        }
        let distance = |vertex: Vertex| {
            let p = vertex.position;
            a * p.x + b * p.y + c * p.z + d
        };
        let mut output = Vec::new();
        // 从闭多边形最后一点连到第一点开始，逐边做 Sutherland–Hodgman 裁剪，不遗漏首尾边。
        let mut previous = *polygon.last().unwrap();
        let mut before = distance(previous);
        for current in polygon {
            let after = distance(current);
            // 边跨平面时按带符号距离求交点比例，同步插值相机位置和 UV；内侧端点另行保留。
            if (before >= 0.) != (after >= 0.) {
                output.push(previous.lerp(current, before / (before - after)));
            }
            if after >= 0. {
                output.push(current);
            }
            previous = current;
            before = after;
        }
        polygon = output;
    }
    polygon
}

#[cfg(test)]
/// 把当前绘制输入转换为输出表面；分配、裁剪和预算由本实现检查。
pub fn render(view: &View, width: u32, height: u32) -> Result<Vec<u32>, &'static str> {
    render_aspect(view, width, height, width as f32 / height as f32)
}
/// 先校验并预留颜色/深度缓冲预算，再剔除、裁剪、投影和光栅化三角形；超预算返回错误。
fn render_aspect(
    view: &View,
    width: u32,
    height: u32,
    aspect: f32,
) -> Result<Vec<u32>, &'static str> {
    let _scope = crate::software_renderer::RenderScope::enter()?;
    // 颜色与深度各占一份面积，既有每表面硬上限，也在下方计入递归累计像素预算。
    let area = width as usize * height as usize;
    // Offscreen targets have a hard per-surface resource bound.
    if area > 4_194_304
        || width == 0
        || height == 0
        || !aspect.is_finite()
        || aspect <= 0.
        || !view.valid()
    {
        return Err("invalid 3D surface or resource budget exceeded");
    }
    // 先申请两份工作量再分配缓冲，深度初始化正无穷，首个有效面可写入。
    crate::software_renderer::reserve_pixels(area.saturating_mul(2))?;
    let mut pixels = vec![rgb(view.scene.background); area];
    let mut depths = vec![f32::INFINITY; area];
    let camera = view.camera;
    let basis = camera.basis().unwrap();
    let perspective = matches!(camera.projection, Projection::Perspective { .. });
    // 点已经经过视锥裁剪，才做透视除法；屏幕 y 向下，保留相机 z 用于后续深度/UV 校正。
    let project = |point: Vec3| {
        let half = match camera.projection {
            Projection::Perspective { fov } => point.z * (fov.to_radians() / 2.).tan(),
            Projection::Orthographic { height } => height / 2.,
        };
        Vec3::new(
            (point.x / (half * aspect) + 1.) * width as f32 / 2.,
            (1. - point.y / half) * height as f32 / 2.,
            point.z,
        )
    };
    let mut work = 0usize;
    let temporary;
    let index = if view.scene.acceleration.matches(view.scene.meshes.len()) {
        &*view.scene.acceleration
    } else {
        temporary = spatial::Index::build(&view.scene.meshes);
        &temporary
    };
    // 宽阶段只筛选候选：离屏网格不进入后续纹理分配和逐三角形处理。
    for instance in index.visible(camera, aspect) {
        let mesh = &view.scene.meshes[instance];
        // 只为宽阶段可见的面板生成普通 UI 纹理；同一 mesh 的所有三角形复用本次纹理。
        let texture = mesh.panel.as_ref().map(panel::texture).transpose()?;
        for indices in &mesh.geometry.triangles {
            let [a, b, c] = indices.map(|i| mesh.world.point(mesh.geometry.vertices[i as usize]));
            let Some(normal) = (b - a).cross(c - a).normalized() else {
                continue;
            };
            // 每三角形使用平面法线做 Lambert 漫反射，环境光为基础，方向光逐 RGB 累加；背光点积钳零。
            let mut light = [view.scene.ambient; 3];
            for source in &view.scene.lights {
                let intensity = normal.dot(source.direction * -1.).max(0.) * source.intensity;
                for (channel, color) in light.iter_mut().zip(source.color) {
                    *channel += intensity * color;
                }
            }
            // 材质色乘累计光照后转 RGB，通道最终钳制；UI 面板纹理分支直接采纹理，不再乘这份网格光照。
            let color = rgb(std::array::from_fn(|i| mesh.color[i] * light[i]));
            // 在透视除法之前裁剪，并插入具有正确 UV 的交点；不能先投影再裁剪近面。
            let polygon = clip(
                indices
                    .map(|index| Vertex {
                        position: camera.view(
                            basis,
                            mesh.world.point(mesh.geometry.vertices[index as usize]),
                        ),
                        // 没有 UV 的顶点用 [0,0]；普通无纹理网格不依赖它，带纹理面板由构造器提供四角 UV。
                        uv: mesh
                            .geometry
                            .uv
                            .get(index as usize)
                            .copied()
                            .unwrap_or([0., 0.]),
                    })
                    .to_vec(),
                camera,
                aspect,
            );
            if polygon.len() < 3 {
                continue;
            }
            // 裁剪后可能多于三个顶点，用扇形重新三角化，保持同一平面的纹理参数。
            for index in 1..polygon.len() - 1 {
                let vertices = [polygon[0], polygon[index], polygon[index + 1]];
                let [a, b, c] = vertices.map(|vertex| project(vertex.position));
                let min_x = a.x.min(b.x).min(c.x).floor().max(0.) as u32;
                let max_x = a.x.max(b.x).max(c.x).ceil().min(width as f32) as u32;
                let min_y = a.y.min(b.y).min(c.y).floor().max(0.) as u32;
                let max_y = a.y.max(b.y).max(c.y).ceil().min(height as f32) as u32;
                // 按屏幕包围矩形面积计工作，而非仅成功写像素数；大量重叠/细长三角形也不能绕过循环预算。
                work += max_x.saturating_sub(min_x) as usize * max_y.saturating_sub(min_y) as usize;
                if work > 32_000_000 {
                    return Err("3D raster work budget exceeded");
                }
                let edge = |a: Vec3, b: Vec3, x: f32, y: f32| {
                    (x - a.x) * (b.y - a.y) - (y - a.y) * (b.x - a.x)
                };
                // 有向面积允许任意顶点绕序，除相同 area 得到一致重心权重；近零面积跳过，不做背面剔除。
                let area = edge(a, b, c.x, c.y);
                if area.abs() < 1e-6 {
                    continue;
                }
                for y in min_y..max_y {
                    for x in min_x..max_x {
                        let px = x as f32 + 0.5;
                        let py = y as f32 + 0.5;
                        // 在像素中心求三个屏幕重心权重，负值容忍 1e-5 舍入误差，明显在外则不做深度和纹理计算。
                        let weights = [
                            edge(b, c, px, py) / area,
                            edge(c, a, px, py) / area,
                            edge(a, b, px, py) / area,
                        ];
                        if weights.iter().any(|weight| *weight < -1e-5) {
                            continue;
                        }
                        // 透视投影下使用倒深度插值，正交投影下可直接线性插值。
                        let depth = if perspective {
                            1. / (weights[0] / a.z + weights[1] / b.z + weights[2] / c.z)
                        } else {
                            weights[0] * a.z + weights[1] * b.z + weights[2] * c.z
                        };
                        let index = y as usize * width as usize + x as usize;
                        // 只让最近表面写像素；等深度保留先绘制实例，与拾取的排序约定一致。
                        if depth < depths[index] {
                            depths[index] = depth;
                            pixels[index] =
                                if let (Some(texture), Some(panel)) = (&texture, &mesh.panel) {
                                    // UV 也要除以深度再插值，否则倾斜面板会出现纹理拉伸失真。
                                    let interpolated = |axis| {
                                        if perspective {
                                            depth
                                                * (weights[0] * vertices[0].uv[axis] / a.z
                                                    + weights[1] * vertices[1].uv[axis] / b.z
                                                    + weights[2] * vertices[2].uv[axis] / c.z)
                                        } else {
                                            weights[0] * vertices[0].uv[axis]
                                                + weights[1] * vertices[1].uv[axis]
                                                + weights[2] * vertices[2].uv[axis]
                                        }
                                    };
                                    // 透视校正 UV 后做最近邻采样，钳到 [0,1] 并限制到最后一个像素，避免 UV=1 恰好越界。
                                    let u = (interpolated(0).clamp(0., 1.) * panel.width as f32)
                                        .min((panel.width - 1) as f32)
                                        as usize;
                                    let v = (interpolated(1).clamp(0., 1.) * panel.height as f32)
                                        .min((panel.height - 1) as f32)
                                        as usize;
                                    texture[v * panel.width as usize + u]
                                } else {
                                    color
                                };
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    Ok(pixels)
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    #[test]
    /// 构造99个远离视锥的网格，宽阶段只保留正中实例；有/无预存BVH的精确拾取身份与距离必须一致。
    fn spatial_index_culls_offscreen_meshes_and_preserves_ray_pick() {
        let mut view = view(Geometry::cuboid(1., 1., 1.));
        let scene = Arc::make_mut(&mut view.scene);
        let mesh = scene.meshes[0].clone();
        for index in 1..100 {
            let mut far = mesh.clone();
            far.identity = format!("far{index}");
            far.world = Matrix::trs(
                Vec3::new(index as f32 * 100., 0., 0.),
                Vec3::default(),
                Vec3::new(1., 1., 1.),
            );
            scene.meshes.push(far);
        }
        scene.acceleration = Arc::new(spatial::Index::build(&scene.meshes));
        // 远处实例应被宽阶段剔除；随后比较带缓存与临时重建索引的精确拾取身份/距离，防止加速改变结果。
        assert_eq!(scene.acceleration.visible(view.camera, 1.), vec![0]);
        let ray = view.camera.ray(0.5, 0.5, 1.).unwrap();
        assert_eq!(scene.acceleration.ray(ray).len(), 1);
        let indexed = view.pick(0.5, 0.5, 1.).unwrap();
        let mut plain = view.clone();
        Arc::make_mut(&mut plain.scene).acceleration = Arc::default();
        let fallback = plain.pick(0.5, 0.5, 1.).unwrap();
        assert_eq!(indexed.identity, fallback.identity);
        assert_eq!(indexed.distance, fallback.distance);
    }
    /// 构造测试最小视图：默认相机、原点红网格、纯环境光与白背景，不依赖业务VM或外部光源。
    fn view(geometry: Geometry) -> View {
        View {
            camera: Camera::default(),
            scene: Arc::new(Scene {
                meshes: vec![Mesh {
                    panel: None,
                    identity: "mesh".into(),
                    geometry: Arc::new(geometry),
                    world: Matrix::default(),
                    color: [1., 0., 0.],
                }],
                lights: vec![],
                ambient: 1.,
                background: [1., 1., 1.],
                acceleration: Arc::default(),
            }),
        }
    }
    #[test]
    /// 跨越近裁剪面的三角形仍应产生像素，射线命中受同一 near/far 约束；缩短远面后命中消失。
    fn triangles_crossing_near_plane_are_clipped_and_pick_uses_the_same_range() {
        let mut view = view(Geometry {
            uv: vec![],
            vertices: vec![
                Vec3::new(-1., -1., 0.5),
                Vec3::new(1., -1., 2.),
                Vec3::new(0., 1., 2.),
            ],
            triangles: vec![[0, 1, 2]],
        });
        view.camera.position = Vec3::default();
        view.camera.target = Vec3::new(0., 0., 1.);
        view.camera.near = 1.;
        view.camera.far = 10.;
        view.camera.projection = Projection::Perspective { fov: 90. };
        // 三角形跨近面仍应产生可见红像素，拾取也必须尊重相同 near/far；缩短 far 后命中消失。
        let pixels = render(&view, 64, 64).unwrap();
        assert!(pixels.contains(&0xFF0000));
        let hit = view.pick(0.5, 0.5, 1.).unwrap();
        assert!(hit.point.z >= view.camera.near && hit.point.z <= view.camera.far);
        view.camera.far = 1.1;
        assert!(view.pick(0.5, 0.5, 1.).is_none());
    }
    #[test]
    /// 验证局部TRS先于父变换作用于点；正交投影不同水平采样的射线方向相同但原点按可见宽度平移。
    fn group_transform_order_and_orthographic_rays_are_consistent() {
        let local = Matrix::trs(
            Vec3::new(1., 0., 0.),
            Vec3::new(0., 90., 0.),
            Vec3::new(1., 1., 1.),
        );
        let parent = Matrix::trs(
            Vec3::new(10., 0., 0.),
            Vec3::default(),
            Vec3::new(1., 1., 1.),
        );
        let transformed = parent.compose(local).point(Vec3::new(0., 0., 1.));
        assert!((transformed.x - 12.).abs() < 1e-5 && transformed.z.abs() < 1e-5);
        let camera = Camera {
            projection: Projection::Orthographic { height: 4. },
            ..Camera::default()
        };
        let left = camera.ray(0.25, 0.5, 1.).unwrap();
        let right = camera.ray(0.75, 0.5, 1.).unwrap();
        assert_eq!(left.direction, right.direction);
        assert_eq!(right.origin.x - left.origin.x, 2.);
    }
    #[test]
    /// 同一不可变视图/尺寸/aspect复用像素Arc；改变aspect重绘，超像素预算或退化相机必须拒绝。
    fn surface_cache_reuses_immutable_frames_and_rejects_invalid_resources() {
        let view = Arc::new(view(Geometry::cuboid(1., 1., 1.)));
        let first = surface(&view, 64, 64, 1.).unwrap();
        let second = surface(&view, 64, 64, 1.).unwrap();
        // 同一不可变视图/尺寸/aspect 返回同像素 Arc；仅改变 aspect 即使像素尺寸不变也必须重绘。
        assert!(Arc::ptr_eq(&first, &second));
        let wide = surface(&view, 64, 64, 2.).unwrap();
        assert!(!Arc::ptr_eq(&first, &wide));
        assert_ne!(first, wide);
        assert!(render(&view, 4000, 4000).is_err());
        let mut invalid = (*view).clone();
        invalid.camera.target = invalid.camera.position;
        assert!(!invalid.valid());
        assert!(render(&invalid, 64, 64).is_err());
    }
}