#include <FastLED.h>

#define WIDTH 16                            //Ширина матрицы
#define HEIGHT 16                           //Высота матрицы
#define LED_PIN 13                          //Пин подключения матрицы на ардуино
#define BUTTON_PIN 2                        //Пин подключения кнопки на ардуино
#define NUM_LEDS (WIDTH * HEIGHT)           //Общее количество светодиодов
#define BRIGHTNESS 255                      //Яркость (0-255)
#define COUNT_BALLOONS 3                    //Количество шариков (1-5)

char MODE = 1;                              //1 - цвет от радиуса, 2 - цвет от пикселя

CRGB leds[NUM_LEDS];                        //Массив для светодиодов

int balloons[COUNT_BALLOONS][3] = {-1};      //Инициализация шариков {x, y, angle}
char balloons_way[COUNT_BALLOONS][100][2] = {-1};//{x, y}
float HYPOTENUSE = sqrt(WIDTH * WIDTH + HEIGHT * HEIGHT) + 2;

char lenPush = 0;                           //Длина нажатия

void setup() {
  FastLED.addLeds<WS2811, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  randomSeed(analogRead(0));
  for (char i = 0; i < COUNT_BALLOONS; i++) {
    for (char q = 0; q < 3; q++) {
      balloons[i][q] = -1;
    }
  }
  for (char i = 0; i < COUNT_BALLOONS; i++) {
    for (char q = 0; q < 100; q++) {
      for (char w = 0; w < 2; w++){
        balloons_way[i][q][w] = -1;
      }
    }
  }
  for (char i = 0; i < COUNT_BALLOONS; i++) {//Создание шариков
    balloons[i][0] = random(1, WIDTH - 1);
    balloons[i][1] = random(1, HEIGHT - 1);
    balloons[i][2] = random(-180, 181);
  }
}

void NextStep() {                           //Функция обновления состояния доски
  for (char i = 0; i < WIDTH; i++) {        //Очистка светодиодов
    for (char j = 0; j < HEIGHT; j++) {
      leds[XY(i, j)] = CRGB::Black;
    }
  }

  for (char i = 0; i < COUNT_BALLOONS; i++) {
    bool line_drawn = false;                //Начерчена ли линия?
    for (char q = 0; q < 100; q++) {
      if (balloons_way[i][q][0] != -1 && balloons_way[i][q][1] != -1) {
        line_drawn = true;
        break;
      }
    }

    if (line_drawn == false) {              //Если линия не начерчена, вычисляем её до границы
      bool flag_qwe = false;
      if (balloons[i][0] == 0 && balloons[i][1] == 0)
        balloons[i][2] = random(10, 81);
      else if (balloons[i][0] == 0 && balloons[i][1] == HEIGHT - 1)
        balloons[i][2] = random(-80, -9);
      else if (balloons[i][0] == WIDTH - 1 && balloons[i][1] == HEIGHT - 1)
        balloons[i][2] = random(-170, -101);
      else if (balloons[i][0] == WIDTH - 1 && balloons[i][1] == 0)
        balloons[i][2] = random(100, 171);
      else if (balloons[i][0] == 0 || balloons[i][0] == HEIGHT - 1)
        balloons[i][2] = 180 - balloons[i][2];
      else if (balloons[i][1] == 0 || balloons[i][1] == WIDTH - 1)
        balloons[i][2] = -balloons[i][2];
      
      char x1 = balloons[i][0];
      char y1 = balloons[i][1];
      char x2 = x1 + HYPOTENUSE * cos(balloons[i][2] * PI / 180);
      char y2 = y1 + HYPOTENUSE * sin(balloons[i][2] * PI / 180);

      const int deltaX = abs(x2 - x1);
      const int deltaY = -abs(y2 - y1);
      const int signX = x1 < x2 ? 1 : -1;
      const int signY = y1 < y2 ? 1 : -1;
      int error = deltaX + deltaY;
      for (char q = 0; q < 100; q++) {
        if (x1 <= -1 || y1 <= -1 || x1 >= WIDTH || y1 >= HEIGHT)//Если достигли границы, заканчивам вычисление
          break;
        balloons_way[i][q][0] = x1;
        balloons_way[i][q][1] = y1;
        int error2 = error * 2;
        if(error2 >= deltaY) {
          error += deltaY;
          x1 += signX;
        }
        if(error2 <= deltaX) {
          error += deltaX;
          y1 += signY;
        }
      }
    }

    for (char q = 0; q < 100; q++) {        //Передвигаем шарик на следующую позицию
      if (balloons_way[i][q][0] != -1 && balloons_way[i][q][1] != -1) {
        balloons[i][0] = balloons_way[i][q][0];
        balloons[i][1] = balloons_way[i][q][1];
        balloons_way[i][q][0] = -1;
        balloons_way[i][q][1] = -1;
        break;
      }
    }
    if (i == 0)
      leds[XY(balloons[i][0], balloons[i][1])] = CRGB(255, 0, 0);
    else if (i == 1)
      leds[XY(balloons[i][0], balloons[i][1])] = CRGB(0, 255, 0);
    else if (i == 2)
      leds[XY(balloons[i][0], balloons[i][1])] = CRGB(0, 0, 255);
    else if (i == 3)
      leds[XY(balloons[i][0], balloons[i][1])] = CRGB(139, 0, 255);
    else if (i == 4)
      leds[XY(balloons[i][0], balloons[i][1])] = CRGB(255, 255, 0);
  }
}

int XY(char x, char y) {                    //Функция преобразования координат
  //Для wokwi
  return ((WIDTH - x) * WIDTH  - (HEIGHT - y));
  //Для реальной матрицы
  /*if (x % 2 == 0)
	  return (x * WIDTH  + y);
  return (x * WIDTH  + (WIDTH - y - 1));*/
}

void SetNextMode() {                        //Смена режима
  for (char i = 0; i < WIDTH; i++) {
    for (char j = 0; j < HEIGHT; j++) {
      leds[XY(i, j)] = CRGB::Black;
    }
  }
  if (MODE == 1)
    MODE = 2;
  else if (MODE == 2)
    MODE = 1;
}

void loop() {
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
    lenPush += 1;
  }
  else if (digitalRead(BUTTON_PIN) != LOW && lenPush != 0) {
    if (lenPush < 16)
      SetNextMode();
    lenPush = 0;
  }

  FastLED.show();
  delay(50);

  NextStep();                               //Переход к следующему состоянию
}