import max7219
from machine import Pin, SPI
import time
import image_library  # 匯入 image_library 中的圖案
import math  # 匯入數學函數庫來進行旋轉計算

class Matrix_4:
    def __init__(self, brightness=5):
        # 定義 SPI 接腳
        DIN_PIN = 4  # GPIO4
        CS_PIN = 5   # GPIO5
        CLK_PIN = 6  # GPIO6
        
        # 初始化 SPI，這裡使用 SPI(1)
        self.spi = SPI(1, baudrate=1000000, polarity=0, phase=0, sck=Pin(CLK_PIN), mosi=Pin(DIN_PIN))
        
        # 初始化 CS 引腳
        self.cs = Pin(CS_PIN, Pin.OUT, value=1)
        
        # 串聯的矩陣數量
        self.NUM_MATRICES = 4
        
        # 初始化顯示器
        self.display = max7219.Matrix8x8(self.spi, self.cs, self.NUM_MATRICES)
        
        # 設定亮度
        self.display.brightness(brightness)
        
        # 清除顯示
        self.display.fill(0)
        self.display.show()

        # 從 image_library 中載入自定義圖案
        self.custom_images = image_library.custom_images

    def text(self, text, x, y):
        """
        在指定的位置顯示文字
        :param text: 顯示的文字
        :param x: x 坐標
        :param y: y 坐標
        """
        self.display.text(text, x, y, 1)
        self.display.show()
    
    def show_custom_image(self, image, x, y, bit_start=0, bit_end=7):
        """
        在指定位置顯示自定義圖案，只顯示指定位元範圍，並能根據 x, y 座標顯示
        :param image: 8x8 圖案列表
        :param x: x 坐標
        :param y: y 坐標
        :param bit_start: 開始位元 (0-7)
        :param bit_end: 結束位元 (0-7)
        """
        for row in range(8):
            # 循環顯示範圍內的位元
            for col in range(bit_start, bit_end + 1):
                if image[row] & (1 << (7 - col)):
                    self.display.pixel(x + (col - bit_start), y + row, 1)  # 點亮像素
                else:
                    self.display.pixel(x + (col - bit_start), y + row, 0)  # 關閉像素
        self.display.show()

    def show(self, name, x, y, bit_start=0, bit_end=7):
        """
        顯示自定義圖案或文字，並可選擇顯示位元範圍
        :param name: 圖案或文字的名稱
        :param x: x 坐標
        :param y: y 坐標
        :param bit_start: 顯示的開始位元 (0-7)
        :param bit_end: 顯示的結束位元 (0-7)
        """
        if name in self.custom_images:
            self.show_custom_image(self.custom_images[name], x, y, bit_start, bit_end)
        else:
            self.text(name, x, y)

    def clock(self, time_string, colon=True):
        """
        顯示時鐘樣式的數字，並可選擇是否顯示冒號
        :param time_string: 四位數的時間字串，例如 '1247'
        :param colon: 是否顯示冒號，預設為 True
        """
        if len(time_string) != 4:
            raise ValueError("time_string 必須是四位數字")
        
        # 顯示四個數字
        self.show(time_string[0], 0, 0)   # 第一個數字
        self.show(time_string[1], 7, 0)   # 第二個數字

        # 顯示冒號
        if colon:
            self.show('冒號', 16, 0, 3, 4)  # 顯示冒號
        else:
            self.show('冒號', 16, 0, 1, 2)  # 顯示冒號

        self.show(time_string[2], 19, 0)  # 第三個數字
        self.show(time_string[3], 25, 0)  # 第四個數字

    def rotate_area(self, x, y, width, height, angle, duration=0):
        """
        旋轉指定的座標區域，順時針方向，並可選擇旋轉所需時間
        :param x: 區域左上角的 x 坐標
        :param y: 區域左上角的 y 坐標
        :param width: 區域的寬度
        :param height: 區域的高度
        :param angle: 旋轉角度（以度數為單位，順時針為正）
        :param duration: 旋轉所需時間（以秒為單位），預設為 0 表示立即旋轉
        """
        if duration <= 0:
            # 立即旋轉
            self._apply_rotation(x, y, width, height, angle)
        else:
            steps = 10  # 定義旋轉步驟數量
            angle_increment = angle / steps  # 每步增加的角度
            delay = duration / steps  # 每步之間的延遲時間

            # 保存原始像素狀態
            original_pixels = []
            for row in range(height):
                row_pixels = []
                for col in range(width):
                    pixel_x = x + col
                    pixel_y = y + row
                    if 0 <= pixel_x < self.NUM_MATRICES * 8 and 0 <= pixel_y < 8:
                        row_pixels.append(self.display.pixel(pixel_x, pixel_y))
                    else:
                        row_pixels.append(0)
                original_pixels.append(row_pixels)

            for step in range(1, steps + 1):
                current_angle = angle_increment * step
                self._apply_rotation_with_pixels(x, y, width, height, current_angle, original_pixels)
                time.sleep(delay)

    def _apply_rotation_with_pixels(self, x, y, width, height, angle, original_pixels):
        """
        根據給定的角度和原始像素狀態應用旋轉
        :param x: 區域左上角的 x 坐標
        :param y: 區域左上角的 y 坐標
        :param width: 區域的寬度
        :param height: 區域的高度
        :param angle: 當前步驟的旋轉角度
        :param original_pixels: 原始像素狀態
        """
        # 將順時針角度轉換為逆時針弧度
        angle_rad = math.radians(-angle)  # 負角度表示順時針旋轉
        cos_theta = math.cos(angle_rad)
        sin_theta = math.sin(angle_rad)
        
        # 計算中心點
        center_x = (width - 1) / 2
        center_y = (height - 1) / 2
        
        # 創建一個新的區域來保存旋轉後的像素狀態
        rotated_pixels = [[0 for _ in range(width)] for _ in range(height)]
        
        for row in range(height):
            for col in range(width):
                # 計算相對於中心的座標
                rel_x = col - center_x
                rel_y = row - center_y
                
                # 應用旋轉矩陣
                rotated_x = rel_x * cos_theta - rel_y * sin_theta
                rotated_y = rel_x * sin_theta + rel_y * cos_theta
                
                # 將旋轉後的座標轉回區域內的像素位置
                src_col = int(round(rotated_x + center_x))
                src_row = int(round(rotated_y + center_y))
                
                if 0 <= src_col < width and 0 <= src_row < height:
                    rotated_pixels[row][col] = original_pixels[src_row][src_col]
                else:
                    rotated_pixels[row][col] = 0  # 超出範圍的像素設為關閉
        
        # 將旋轉後的像素狀態寫回顯示器
        for row in range(height):
            for col in range(width):
                pixel_x = x + col
                pixel_y = y + row
                if 0 <= pixel_x < self.NUM_MATRICES * 8 and 0 <= pixel_y < 8:
                    self.display.pixel(pixel_x, pixel_y, rotated_pixels[row][col])
        
        self.display.show()

    def _apply_rotation(self, x, y, width, height, angle):
        """
        立即旋轉指定區域的像素，不進行動畫效果
        :param x: 區域左上角的 x 坐標
        :param y: 區域左上角的 y 坐標
        :param width: 區域的寬度
        :param height: 區域的高度
        :param angle: 旋轉角度（以度數為單位，順時針為正）
        """
        # 將順時針角度轉換為逆時針弧度
        angle_rad = math.radians(-angle)  # 負角度表示順時針旋轉
        cos_theta = math.cos(angle_rad)
        sin_theta = math.sin(angle_rad)
        
        # 創建一個暫存區域來保存原始像素狀態
        original_pixels = []
        for row in range(height):
            row_pixels = []
            for col in range(width):
                pixel_x = x + col
                pixel_y = y + row
                if 0 <= pixel_x < self.NUM_MATRICES * 8 and 0 <= pixel_y < 8:
                    row_pixels.append(self.display.pixel(pixel_x, pixel_y))
                else:
                    row_pixels.append(0)
            original_pixels.append(row_pixels)
        
        # 計算中心點
        center_x = (width - 1) / 2
        center_y = (height - 1) / 2
        
        # 創建一個新的區域來保存旋轉後的像素狀態
        rotated_pixels = [[0 for _ in range(width)] for _ in range(height)]
        
        for row in range(height):
            for col in range(width):
                # 計算相對於中心的座標
                rel_x = col - center_x
                rel_y = row - center_y
                
                # 應用旋轉矩陣
                rotated_x = rel_x * cos_theta - rel_y * sin_theta
                rotated_y = rel_x * sin_theta + rel_y * cos_theta
                
                # 將旋轉後的座標轉回區域內的像素位置
                src_col = int(round(rotated_x + center_x))
                src_row = int(round(rotated_y + center_y))
                
                if 0 <= src_col < width and 0 <= src_row < height:
                    rotated_pixels[row][col] = original_pixels[src_row][src_col]
                else:
                    rotated_pixels[row][col] = 0  # 超出範圍的像素設為關閉
        
        # 將旋轉後的像素狀態寫回顯示器
        for row in range(height):
            for col in range(width):
                pixel_x = x + col
                pixel_y = y + row
                if 0 <= pixel_x < self.NUM_MATRICES * 8 and 0 <= pixel_y < 8:
                    self.display.pixel(pixel_x, pixel_y, rotated_pixels[row][col])
        
        self.display.show()

    def rotate(self, x, y, radius, angle):
        """
        旋轉一個以 (x, y) 為中心的點，半徑為 radius，旋轉角度為 angle
        :param x: 中心點的 x 坐標
        :param y: 中心點的 y 坐標
        :param radius: 半徑距離
        :param angle: 旋轉的角度（以度數為單位，順時針為正）
        """
        # 將順時針角度轉換為逆時針弧度
        angle_rad = math.radians(-angle)  # 負角度表示順時針旋轉

        # 計算旋轉後的 x 和 y 偏移量
        for row in range(-radius, radius+1):
            for col in range(-radius, radius+1):
                # 計算原始座標距離中心的偏移量
                offset_x = col
                offset_y = row

                # 計算旋轉後的新座標
                new_x = int(x + offset_x * math.cos(angle_rad) - offset_y * math.sin(angle_rad))
                new_y = int(y + offset_x * math.sin(angle_rad) + offset_y * math.cos(angle_rad))

                # 檢查旋轉後的座標是否超出範圍
                if 0 <= new_x < self.NUM_MATRICES * 8 and 0 <= new_y < 8:
                    # 如果原始像素是亮的，那麼旋轉後的位置也應該亮
                    if self.display.pixel(x + col, y + row):
                        self.display.pixel(new_x, new_y, 1)  # 開啟新的像素
                    else:
                        self.display.pixel(new_x, new_y, 0)  # 關閉新的像素
        self.display.show()

# 測試程式
if __name__ == '__main__':
    display = Matrix_4(5)
    display.text('1234', 0, 0)

    # 在 0.5 秒內將 (0, 0) 區域旋轉 90 度
    display.rotate_area(0, 0, 32, 8, 360, 1)