using Pkg

for p in ["GLMakie", "FFMPEG"]
    try
        Base.require(Symbol(p))
    catch
        Pkg.add(p)
    end
end

using GLMakie
using FFMPEG

############################################################
# SETTINGS
############################################################

const FPS      = 60
const DURATION = 20
const FRAMES   = FPS * DURATION
const OUTFILE  = "4drops_electrons_forces.gif"

# normalized constants for visualization
const G  = 1.0
const K  = 1.0

############################################################
# CIRCLE POINTS
############################################################

function circlepts(r, cx, cy; n=80)
    Point2f[
        Point2f(
            cx + r*cos(t),
            cy + r*sin(t)
        ) for t in range(0, 2π, length=n)
    ]
end

############################################################
# MAIN
############################################################

function main()

    fig = Figure(resolution=(1850, 980), fontsize=18)

    ########################################################
    # LEFT PANEL
    ########################################################

    ax = Axis(
        fig[1:2,1],
        title = "2 Water Drops (gravity) + 2 Electrons (Coulomb)",
        aspect = DataAspect()
    )

    limits!(ax, -15, 15, -6, 6)

    ########################################################
    # TOP RIGHT = FORCES
    ########################################################

    axF = Axis(
        fig[1,2],
        title = "F₁(r)=Gravity   vs   F₂(r)=Coulomb"
    )

    ########################################################
    # BOTTOM RIGHT = DISTANCE r
    ########################################################

    axR = Axis(
        fig[2,2],
        title = "Realtime Separation r(t)"
    )

    ########################################################
    # OBSERVABLE DATA
    ########################################################

    t  = Observable(Float64[])

    F1 = Observable(Float64[])
    F2 = Observable(Float64[])

    r1 = Observable(Float64[])
    r2 = Observable(Float64[])

    ########################################################
    # FORCE GRAPH
    ########################################################

    lines!(axF, t, F1,
        linewidth=4,
        label="Water Drops Gravity F₁"
    )

    lines!(axF, t, F2,
        linewidth=4,
        label="Electrons Coulomb F₂"
    )

    axislegend(axF, position=:rt)

    ########################################################
    # DISTANCE GRAPH
    ########################################################

    lines!(axR, t, r1,
        linewidth=3,
        linestyle=:dash,
        label="Drops r"
    )

    lines!(axR, t, r2,
        linewidth=3,
        linestyle=:dot,
        label="Electrons r"
    )

    axislegend(axR, position=:rt)

    ########################################################
    # OBJECTS
    ########################################################

    # water drops
    drop1 = Observable(circlepts(1.5, -10, 0))
    drop2 = Observable(circlepts(1.5, -5,  0))

    # electrons
    el1 = Observable(circlepts(0.45, 6.0, 0))
    el2 = Observable(circlepts(0.45, 8.5, 0))

    poly!(ax, drop1)
    poly!(ax, drop2)

    poly!(ax, el1)
    poly!(ax, el2)

    display(fig)

    ########################################################
    # RENDER
    ########################################################

    println("Rendering MP4...")

    record(fig, OUTFILE, 1:FRAMES; framerate=FPS) do i

        tt = i / FPS

        ####################################################
        # DISTANCES r(t)
        ####################################################

        # gravity pair slowly attracts
        rg = 2.5 - 3.5*(1 - exp(-0.25*tt))

        # electron pair repels
        rc = 2.5 + 3.5*(1 - exp(-0.25*tt))

        rg = max(rg, 0.8)
        rc = max(rc, 0.8)

        ####################################################
        # MASSES / CHARGES
        ####################################################

        m1 = 1.0
        m2 = 1.0

        q1 = 1.0
        q2 = 1.0

        ####################################################
        # FORCES
        ####################################################

        FG = G * m1*m2 / rg^2
        FC = K * q1*q2 / rc^2

        ####################################################
        # CHANGE RADII BY FORCE
        ####################################################

        # water drops deform slightly with attraction
        Rg = 1.2 + 0.9*FG

        # electrons visual radius pulse
        Re = 0.35 + 0.6*FC

        ####################################################
        # POSITIONS
        ####################################################

        cx1 = -7.5 - rg/2
        cx2 = -7.5 + rg/2

        ex1 =  7.2 - rc/2
        ex2 =  7.2 + rc/2

        ####################################################
        # UPDATE SHAPES
        ####################################################

        drop1[] = circlepts(Rg, cx1, 0)
        drop2[] = circlepts(Rg, cx2, 0)

        el1[] = circlepts(Re, ex1, 0)
        el2[] = circlepts(Re, ex2, 0)

        ####################################################
        # PUSH DATA
        ####################################################

        push!(t[], tt)

        push!(F1[], FG)
        push!(F2[], FC)

        push!(r1[], rg)
        push!(r2[], rc)

        ####################################################
        # REFRESH
        ####################################################

        notify(t)

        notify(F1)
        notify(F2)

        notify(r1)
        notify(r2)

        autolimits!(axF)
        autolimits!(axR)

    end

    println("Saved => $OUTFILE")
    println("Press ENTER to close")
    readline()

end

main()