"""도엽등고선 3D 서피스 — 1:5,000 수치지형도 등고선으로 DTM 격자를 만든다.

LAS 없는 설계(2026-08-30 사용자 확정)의 지형 원천이자, LAS가 있어도 참고용으로
같이 만들어 두는 서피스다. 산출 형식은 LAS 파이프라인의 DTM과 완전히 같게 맞춘다
(`dtm_sheet.npz`: x/y/z/valid_mask) — 종·횡단·배수 세부설계가 쓰는
`build_surface_sampler(models_dir, "sheet", "dtm", smooth=False)`가 무수정으로 돈다.

절취 범위는 노선 XY bbox + `SHEET_SURFACE_MARGIN_M`(300m) 직사각형(사용자 확정),
격자는 `SHEET_SURFACE_GRID_M`(1m).

순서는 **2D 먼저, 메시는 맨 마지막**이다(2026-08-30 사용자 지시):
  ① 등고 라인을 격자에 굽고 ② 계곡 구조선 앵커를 제약으로 더한 뒤
  ③ 등고선 사이 거리 비례 보간으로 표고 격자를 만들고 ④ 마루를 캡한다.
  격자에서 뽑는 1m 등고선이 곧 2D 보간선이며, 메시(glb)는 그 격자의 표현일 뿐이다.
"""

import json
import logging
import time
from pathlib import Path
from typing import Any

import numpy as np
from pyproj import Transformer

from B04_PreProcess.B04_PreProcess_Engine_ModelContext import (
    atomic_npz,
    clip_and_compact_mesh,
    grid_faces,
    grid_vertices,
    write_glb,
)
from B04_PreProcess.B04_PreProcess_Engine_Watershed_Grid import grid_spec_from_bounds
from config.config_system import (
    SHEET_SURFACE_GRID_M,
    SHEET_SURFACE_MARGIN_M,
    SURFACE_MAX_PREVIEW_VERTICES,
)

logger = logging.getLogger(__name__)

# 도엽 병합 산출물 파일명 (B04_PreProcess_Router_Watershed와 같은 값)
_CONTOUR_FILE = "도엽_등고선.geojson"
_STREAM_FILE = "도엽_하천중심선.geojson"

# 산출 모델 식별자 — surface_models.generation_params.source_filter 및 파일 stem에 쓴다.
SHEET_SOURCE_FILTER = "sheet"


def _load_features_metric(
    processed_dir: Path, epsg: int, filename: str = _CONTOUR_FILE
) -> list[dict[str, Any]]:
    """병합 도엽 레이어(WGS84)를 읽어 사업지 CRS(m)로 재투영한다."""
    path = processed_dir / filename
    if not path.exists():
        logger.warning("도엽 서피스: 도엽 레이어 파일이 없습니다: %s", path)
        return []
    try:
        with path.open("r", encoding="utf-8") as file:
            data = json.load(file)
    except (OSError, json.JSONDecodeError):
        logger.warning("도엽 서피스: 등고선 GeoJSON을 읽지 못했습니다: %s", path)
        return []
    features = data.get("features")
    if not isinstance(features, list):
        return []
    transformer = Transformer.from_crs("EPSG:4326", f"EPSG:{epsg}", always_xy=True)

    def _map(coords: Any) -> Any:
        if not isinstance(coords, list):
            return coords
        if coords and isinstance(coords[0], (int, float)):
            x, y = transformer.transform(coords[0], coords[1])
            return [x, y, *coords[2:]]
        return [_map(item) for item in coords]

    converted: list[dict[str, Any]] = []
    for feature in features:
        geometry = feature.get("geometry") or {}
        coordinates = _map(geometry.get("coordinates"))
        if coordinates is None:
            continue
        converted.append(
            {
                "type": "Feature",
                "properties": feature.get("properties") or {},
                "geometry": {"type": geometry.get("type"), "coordinates": coordinates},
            }
        )
    return converted


def _preview_mesh(
    x: np.ndarray, y: np.ndarray, z: np.ndarray, valid: np.ndarray
) -> tuple[np.ndarray, np.ndarray]:
    """프리뷰용 정점·면 — 정점 수가 상한을 넘으면 격자를 성기게 딴다."""
    stride = 1
    while (len(x) // stride + 1) * (len(y) // stride + 1) > SURFACE_MAX_PREVIEW_VERTICES:
        stride += 1
    px, py = x[::stride], y[::stride]
    pz, pv = z[::stride, ::stride], valid[::stride, ::stride]
    vertices = grid_vertices(px, py, pz.astype(np.float64))
    faces = grid_faces(len(py), len(px))
    return clip_and_compact_mesh(vertices, faces, pv.reshape(-1))


def _stream_breakline_vertices(
    spec: Any, burned: np.ndarray, stream_features: list[dict[str, Any]]
) -> tuple[np.ndarray, np.ndarray] | None:
    """계곡 기준선(하천중심선)을 따라 등고 교차점 사이를 보간한 정점열을 만든다.

    구조선 기반 보간(2026-08-30 사용자 확정): 계곡 축을 먼저 세우고, 축이 등고선과
    만나는 점을 Z 앵커로 삼아 앵커 사이를 선 길이 비례로 보간한다. 계곡 바닥이
    등고선 사이에서도 연속으로 내려가는 가상 종단이 되어 골짜기 평탄·역경사가 준다.
    """
    from shapely import segmentize
    from shapely.geometry import shape

    from B04_PreProcess.B04_PreProcess_Engine_Watershed_Grid import iter_linestrings

    sample_step_m = 2.0
    vertex_stride = 3  # 2m 샘플 → 6m 간격 정점 (등고 정점 재샘플 밀도와 유사)
    collected_xy: list[np.ndarray] = []
    collected_z: list[np.ndarray] = []
    for feature in stream_features:
        geometry = feature.get("geometry")
        if not geometry:
            continue
        try:
            parsed = shape(geometry)
        except Exception:  # noqa: BLE001
            continue
        for line in iter_linestrings(parsed):
            coords = np.asarray(segmentize(line, sample_step_m).coords, dtype=np.float64)
            if len(coords) < 3:
                continue
            xy = coords[:, :2]
            arc = np.concatenate([[0.0], np.cumsum(np.hypot(*np.diff(xy, axis=0).T))])
            row, col = spec.world_to_rc(xy[:, 0].copy(), xy[:, 1].copy())
            inside = (row >= 0) & (col >= 0)
            levels_at = np.full(len(xy), np.nan, dtype=np.float32)
            levels_at[inside] = burned[row[inside], col[inside]]
            hit = np.isfinite(levels_at)
            if hit.sum() < 2:
                continue
            # 등고선 통과 구간(연속 같은 표고 샘플 묶음) 하나 = 앵커 하나.
            anchor_arc: list[float] = []
            anchor_z: list[float] = []
            run_start: int | None = None
            for i in range(len(xy) + 1):
                is_hit = i < len(xy) and hit[i]
                if is_hit and run_start is not None and levels_at[i] != levels_at[run_start]:
                    is_hit = False  # 표고가 바뀌면 묶음을 끊는다
                if is_hit:
                    if run_start is None:
                        run_start = i
                elif run_start is not None:
                    anchor_arc.append(float(arc[run_start : i if i <= len(xy) else len(xy)].mean()))
                    anchor_z.append(float(levels_at[run_start]))
                    run_start = i if i < len(xy) and hit[i] else None
            if len(anchor_arc) < 2:
                continue
            # 앵커 사이 구간만 채택 — 첫 앵커 이전·마지막 앵커 이후는 근거가 없다.
            span = (arc >= anchor_arc[0]) & (arc <= anchor_arc[-1]) & inside & ~hit
            take = np.flatnonzero(span)[::vertex_stride]
            if not len(take):
                continue
            collected_xy.append(xy[take])
            collected_z.append(np.interp(arc[take], anchor_arc, anchor_z))
    if not collected_xy:
        return None
    return np.vstack(collected_xy), np.concatenate(collected_z)


def _interpolate_between_contours(burned: np.ndarray, cell_m: float) -> np.ndarray:
    """2D 거리 보간 — 셀마다 가장 가까운 서로 다른 표고 두 라인 사이를 선형 보간한다.

    등고선 정점 Delaunay TIN은 같은 표고 정점 3개짜리 평탄 삼각형이 계단을 만든다.
    여기서는 삼각망을 쓰지 않고, 지도 제작의 표준인 **등고선 사이 비례 보간**을
    2D에서 직접 한다(2026-08-30 사용자 지시 — 메시는 맨 마지막):

        z = (L1·d2 + L2·d1) / (d1 + d2)

    d1·L1 = 가장 가까운 등고 라인까지의 거리·표고, d2·L2 = **표고가 다른 것 중**
    가장 가까운 라인. 두 라인 사이에서 z가 거리에 비례해 연속으로 변하므로 계단이
    원리적으로 생기지 않는다. 라인 위(d1=0)에서는 그 표고 그대로다.

    표고별 거리장을 한 번씩 구하며 **가장 작은 두 값**을 추적한다 — 표고가 서로 다른
    것끼리 비교하므로 L1≠L2가 보장된다. (KD-tree로 k개 이웃을 뽑는 방식은 이웃이
    전부 같은 라인의 셀이라 다른 표고를 못 찾는다.)

    `burned`: 라인 셀 = 표고, 그 외 NaN. 계곡 구조선 앵커도 같은 격자에 구워 두면
    같은 규칙으로 제약이 된다.
    """
    from scipy.ndimage import distance_transform_edt

    levels = np.unique(burned[np.isfinite(burned)])
    if len(levels) < 2:
        return np.full(burned.shape, levels[0] if len(levels) else np.nan, dtype=np.float32)

    infinity = np.float32(np.inf)
    first_d = np.full(burned.shape, infinity, dtype=np.float32)
    first_z = np.zeros(burned.shape, dtype=np.float32)
    second_d = np.full(burned.shape, infinity, dtype=np.float32)
    second_z = np.zeros(burned.shape, dtype=np.float32)
    for level in levels:
        distance = distance_transform_edt(burned != level, sampling=cell_m).astype(np.float32)
        beats_first = distance < first_d
        # 1등이 2등으로 밀린다.
        second_d = np.where(beats_first, first_d, second_d)
        second_z = np.where(beats_first, first_z, second_z)
        first_d = np.where(beats_first, distance, first_d)
        first_z = np.where(beats_first, np.float32(level), first_z)
        beats_second = ~beats_first & (distance < second_d)
        second_d = np.where(beats_second, distance, second_d)
        second_z = np.where(beats_second, np.float32(level), second_z)

    total = first_d + second_d
    usable = np.isfinite(second_d) & (total > 1e-9)
    surface = first_z.astype(np.float32)
    surface[usable] = (
        (
            first_z[usable].astype(np.float64) * second_d[usable].astype(np.float64)
            + second_z[usable].astype(np.float64) * first_d[usable].astype(np.float64)
        )
        / total[usable].astype(np.float64)
    ).astype(np.float32)
    logger.info("도엽 서피스: 2D 거리보간 %d셀 (제약 표고 %d단)", surface.size, len(levels))
    return surface


def _burn_stream_anchors(
    spec: Any, burned: np.ndarray, stream_features: list[dict[str, Any]]
) -> int:
    """계곡 구조선 앵커 보간값을 등고 격자에 제약으로 굽는다. 구운 셀 수 반환."""
    vertices = _stream_breakline_vertices(spec, burned, stream_features)
    if vertices is None:
        return 0
    xy, z = vertices
    row, col = spec.world_to_rc(xy[:, 0].copy(), xy[:, 1].copy())
    inside = (row >= 0) & (col >= 0)
    row, col, z = row[inside], col[inside], z[inside]
    free = ~np.isfinite(burned[row, col])  # 등고 라인 위는 덮지 않는다
    # 1m로 양자화 — 거리장을 표고별로 한 번씩 도는 방식이라 레벨 수가 곧 비용이다.
    # 원천이 5m 주곡선이므로 0.5m 이내 반올림은 정확도에 영향이 없다.
    burned[row[free], col[free]] = np.round(z[free]).astype(np.float32)
    return int(free.sum())


def _resolve_enclosed_interiors(
    burned: np.ndarray, present: list[float], surface: np.ndarray, cell_m: float, interval_m: float
) -> int:
    """폐합 등고선 안쪽(봉우리·웅덩이)을 바깥 사면 경사로 연장한다 (in-place).

    거리 보간은 "가장 가까운 서로 다른 두 라인 사이"를 채우므로, 마지막 등고선
    안쪽에는 더 높은 라인이 없어 아래쪽 라인 쪽으로 끌려 **분화구처럼 파인다**.
    등고선이 'ㅜ'에서 점점 짧아지다 사라지는 마루가 바로 이 자리다(2026-08-30
    사용자 지적).

    폐합 라인 내부에 다른 표고 제약이 하나도 없으면 그 안이 마루(바깥이 낮을 때)
    또는 웅덩이(바깥이 높을 때)다. 바깥 사면의 국소 경사를 안쪽으로 연장하되
    ±(간격−0.5m)로 제한한다 — 다음 등고선이 없다는 사실과 모순되지 않는 범위다.
    처리한 영역 수를 반환한다.
    """
    from scipy.ndimage import binary_dilation, binary_fill_holes, distance_transform_edt, label

    constrained = np.isfinite(burned)
    band_cells = 8
    limit = max(interval_m - 0.5, 0.5)
    resolved = 0
    for level in present:
        mask = burned == level
        interior = binary_fill_holes(mask) & ~mask
        if not interior.any():
            continue
        components, count = label(interior)
        for component_id in range(1, count + 1):
            component = components == component_id
            if (constrained & component).any():
                continue  # 안에 다른 제약이 있으면 마루가 아니다(보통의 감싸는 링)
            ring = binary_dilation(binary_fill_holes(mask) | mask) & ~component & ~mask
            ring &= np.isfinite(surface)
            if not ring.any():
                continue
            outside_mean = float(surface[ring].mean())
            direction = 1.0 if outside_mean < level else -1.0
            inner = distance_transform_edt(component, sampling=cell_m)
            # 바깥 사면 경사 — 라인 밖 band_cells 이내 유효 셀의 (낙차 / 거리) 평균.
            outer_distance = distance_transform_edt(~(mask | component), sampling=cell_m)
            band = (outer_distance > 0) & (outer_distance <= band_cells * cell_m)
            band &= np.isfinite(surface) & ~component & ~mask
            if band.any():
                slope = float(
                    np.mean(np.abs(level - surface[band].astype(np.float64)) / outer_distance[band])
                )
            else:
                slope = 0.0
            if slope > 1e-3:
                offset = np.minimum(slope * inner[component], limit)
            else:
                peak = float(inner.max())
                offset = (limit / 2.0) * (inner[component] / peak) if peak > 0 else 0.0
            surface[component] = level + direction * offset
            resolved += 1
    if resolved:
        logger.info("도엽 서피스: 폐합 등고선 내부 %d곳을 사면 경사로 연장", resolved)
    return resolved


def build_sheet_surface_model(
    project_root: Path,
    processed_dir: Path,
    models_dir: Path,
    route_xy: np.ndarray,
    epsg: int,
) -> dict[str, Any] | None:
    """도엽등고선으로 DTM npz·프리뷰 glb를 만들고 surface_models 등록용 dict를 돌려준다.

    `route_xy`: (N, 2) 노선 정점 XY(사업지 CRS, m). 실패하면 None — 호출측은
    분석을 계속한다(도엽 미확보 지역 폴백).
    """
    started = time.monotonic()
    features = _load_features_metric(processed_dir, epsg)
    if not features:
        return None

    x_min = float(np.min(route_xy[:, 0])) - SHEET_SURFACE_MARGIN_M
    x_max = float(np.max(route_xy[:, 0])) + SHEET_SURFACE_MARGIN_M
    y_min = float(np.min(route_xy[:, 1])) - SHEET_SURFACE_MARGIN_M
    y_max = float(np.max(route_xy[:, 1])) + SHEET_SURFACE_MARGIN_M

    spec = grid_spec_from_bounds(x_min, y_min, x_max, y_max, SHEET_SURFACE_GRID_M)

    from B04_PreProcess.B04_PreProcess_Engine_Watershed_Descent import rasterize_contours

    # ① 2D — 등고 라인을 격자에 굽는다(라인 셀 = 표고, 그 외 NaN).
    burned, levels = rasterize_contours(spec, features, None)
    present = sorted({level for level in levels if bool((burned == level).any())})
    if len(present) < 2:
        logger.warning("도엽 서피스: 절취 범위 안에 등고선이 부족합니다.")
        return None
    # 등고 간격(m) — 마루 캡 크기의 근거. 레벨이 하나뿐이면 5m(1:5,000 주곡선) 폴백.
    interval_m = float(np.diff(np.array(present)).min()) if len(present) > 1 else 5.0

    # ② 2D — 계곡 구조선(하천중심선) 앵커 보간값을 같은 격자에 제약으로 굽는다.
    stream_features = _load_features_metric(processed_dir, epsg, _STREAM_FILE)
    if stream_features:
        burned_stream = _burn_stream_anchors(spec, burned, stream_features)
        logger.info("도엽 서피스: 계곡 구조선 제약 %d셀", burned_stream)

    # ③ 2D — 등고선 사이 거리 비례 보간(메시 없음). 여기서 나온 격자에서 1m 등고선을
    #    뽑으므로 화면 등고선이 곧 2D 보간선이다(2026-08-30 사용자 지시).
    surface = _interpolate_between_contours(burned, spec.cell_m)
    # ④ 폐합 등고선 안쪽(마루·웅덩이)을 바깥 사면 경사로 연장 (2026-08-30 사용자 확정).
    _resolve_enclosed_interiors(burned, present, surface, spec.cell_m, interval_m)

    # DtmGridSampler 규약에 맞춰 y 오름차순으로 뒤집어 저장한다.
    x_coords = spec.cell_centers_x()
    y_coords = spec.cell_centers_y()[::-1]
    z_grid = surface[::-1, :].astype(np.float32)
    valid_grid = np.isfinite(z_grid)
    if not valid_grid.any():
        logger.warning("도엽 서피스: 유효 표고 셀이 없습니다.")
        return None

    stem = f"dtm_{SHEET_SOURCE_FILTER}"
    model_path = models_dir / f"{stem}.npz"
    preview_path = models_dir / f"{stem}_preview.glb"
    finite_z = z_grid[valid_grid]
    # bounds를 npz에 같이 넣는다 — 등고선 API가 이 값을 화면 원점으로 쓴다. 없으면
    # LAS structured.npz로 폴백해 메시(glb) 원점과 어긋난다(LAS 없는 설계는 아예 실패).
    bounds = np.array(
        [
            [x_coords[0], x_coords[-1]],
            [y_coords[0], y_coords[-1]],
            [float(finite_z.min()), float(finite_z.max())],
        ]
    )
    atomic_npz(
        model_path,
        x=x_coords,
        y=y_coords,
        z=z_grid,
        valid_mask=valid_grid,
        bounds=bounds,
        resolution=np.array([SHEET_SURFACE_GRID_M], np.float32),
    )

    vertices, faces = _preview_mesh(x_coords, y_coords, z_grid, valid_grid)
    write_glb(preview_path, vertices, faces, bounds)

    logger.info(
        "도엽 서피스 생성 완료: %d×%d 격자, 등고 %d단 (%.1fs)",
        spec.n_rows,
        spec.n_cols,
        len(present),
        time.monotonic() - started,
    )
    return {
        "model_type": "dtm",
        "source_filter": SHEET_SOURCE_FILTER,
        "representation": "regular_grid",
        "model_file_path": str(model_path.relative_to(project_root)).replace("\\", "/"),
        "resolution_m": SHEET_SURFACE_GRID_M,
        "generation_params": {
            "source_filter": SHEET_SOURCE_FILTER,
            "representation": "regular_grid",
            "source": "map_sheet_contours",
            "margin_m": SHEET_SURFACE_MARGIN_M,
        },
        "layers": [
            {
                "layer_name": f"dtm_{SHEET_SOURCE_FILTER}_preview",
                "geometry_type": "MESH",
                "file_path": str(preview_path.relative_to(project_root)).replace("\\", "/"),
                "file_format": "glb",
            }
        ],
    }


def build_sheet_surface_from_route(
    project_root: Path, processed_dir: Path, models_dir: Path
) -> dict[str, Any] | None:
    """B03 업로드 계획노선 CSV를 찾아 도엽 서피스를 만든다. 없거나 실패하면 None."""
    from common_util.common_util_route_geometry import (
        find_planned_route_file,
        read_planned_route_csv,
    )

    route_file = find_planned_route_file(project_root / "B03_FileInput" / "input")
    if route_file is None:
        logger.warning("도엽 서피스: 계획 노선 파일이 없습니다.")
        return None
    planned = read_planned_route_csv(route_file)
    if planned is None or len(planned.vertices) < 2:
        logger.warning("도엽 서피스: 계획 노선 파일을 읽지 못했습니다: %s", route_file.name)
        return None
    route_xy = np.array([(v.x, v.y) for v in planned.vertices], dtype=np.float64)
    return build_sheet_surface_model(
        project_root, processed_dir, models_dir, route_xy, planned.epsg or 5186
    )


def run_sheet_surface_analysis(
    project_root: Path,
    route_csv_path: Path,
    *,
    on_progress: Any = None,
) -> dict[str, Any]:
    """LAS 없는 WF1 — 도엽 확보 후 도엽등고선 서피스만으로 분석 결과를 만든다.

    반환 형식은 `run_surface_analysis()`와 같다(save_surface_analysis_to_db 호환).
    """
    from common_util.common_util_route_geometry import read_planned_route_csv

    def _report(percent: int, stage: str, message: str) -> None:
        if on_progress is not None:
            on_progress(percent, stage, message)

    stage_root = project_root / "B04_PreProcess"
    processed_dir = stage_root / "processed"
    models_dir = stage_root / "models"
    processed_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
    models_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

    planned = read_planned_route_csv(route_csv_path)
    if planned is None or len(planned.vertices) < 2:
        raise ValueError(f"계획 노선 파일을 읽지 못했습니다: {route_csv_path.name}")
    epsg = planned.epsg or 5186
    route_xy = np.array([(v.x, v.y) for v in planned.vertices], dtype=np.float64)

    bounds_dict = {
        "x": [float(route_xy[:, 0].min()), float(route_xy[:, 0].max())],
        "y": [float(route_xy[:, 1].min()), float(route_xy[:, 1].max())],
        "z": [
            float(min(v.z for v in planned.vertices)),
            float(max(v.z for v in planned.vertices)),
        ],
    }

    # VWorld 지도·GIS 벡터·도엽 확보 — LAS 경로와 같은 공용 블록 (지연 import로 순환 회피)
    _report(30, "download_maps", "VWorld 지도 및 수치지형도 도엽 확보 중")
    from B04_PreProcess.B04_PreProcess_Engine import download_geodata

    download_geodata(
        project_root,
        processed_dir,
        bounds_dict,
        route_csv_path.parent,
        rebuild=False,
        default_epsg=f"EPSG:{epsg}",
        report=_report,
    )

    _report(70, "surface_model", "도엽등고선 3D 서피스 생성 중")
    model = build_sheet_surface_model(project_root, processed_dir, models_dir, route_xy, epsg)
    if model is None:
        raise ValueError("도엽등고선으로 지표면을 만들지 못했습니다 — 도엽 확보를 확인하세요.")

    _report(95, "saving", "결과 저장 중")
    return {
        "processed": {
            "processed_file_path": str(
                (processed_dir / _CONTOUR_FILE).relative_to(project_root)
            ).replace("\\", "/"),
            "converted_file_path": None,
            "point_count": int(len(route_xy)),
            "bounds": {
                "x_min": bounds_dict["x"][0],
                "x_max": bounds_dict["x"][1],
                "y_min": bounds_dict["y"][0],
                "y_max": bounds_dict["y"][1],
            },
            "statistics": {
                "min_z": bounds_dict["z"][0],
                "max_z": bounds_dict["z"][1],
                "mean_z": None,
            },
        },
        "ground_summary": {},
        "manifest": {"status": "sheet_only"},
        "models": [model],
    }