# -*- coding: utf-8 -*-

"""
mosaicRaster.py
***************************************************************************
*                                                                         *
*   This program is free software; you can redistribute it and/or modify  *
*   it under the terms of the GNU General Public License as published by  *
*   the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or     *
*   (at your option) any later version.                                   *
*                                                                         *
***************************************************************************
"""
__author__ = 'Leandro França'
__date__ = '2021-01-12'
__copyright__ = '(C) 2021, Leandro França'

from qgis.core import (Qgis,
                       QgsPointXY,
                       QgsGeometry,
                       QgsProcessingException,
                       QgsProcessingAlgorithm,
                       QgsProcessingParameterNumber,
                       QgsProcessingParameterBoolean,
                       QgsProcessingParameterEnum,
                       QgsProcessingParameterFeatureSource,
                       QgsProcessingParameterFileDestination,
                       QgsProcessingParameterMultipleLayers,
                       QgsEllipsoidUtils,
                       QgsApplication,
                       QgsProject,
                       QgsRasterLayer,
                       QgsCoordinateReferenceSystem)

from osgeo import osr, gdal_array, gdal #https://gdal.org/python/
from itertools import combinations
import numpy as np
from lftools.geocapt.imgs import Imgs
from lftools.translations.translate import translate
from lftools.geocapt.dip import Interpolar
import os
from qgis.PyQt.QtGui import QIcon

class MosaicRaster(QgsProcessingAlgorithm):

    LOC = QgsApplication.locale()[:2]

    def tr(self, *string):
        return translate(string, self.LOC)

    def createInstance(self):
        return MosaicRaster()

    def name(self):
        return 'mosaicraster'

    def displayName(self):
        return self.tr('Mosaic raster', 'Mosaicar raster')

    def group(self):
        return self.tr('Raster')

    def groupId(self):
        return 'raster'

    def tags(self):
        return 'GeoOne,mosaic,merge,raster,combine,mosaik,mosaico,mesclar'.split(',')

    def icon(self):
        return QIcon(os.path.join(os.path.dirname(os.path.dirname(__file__)), 'images/raster.png'))

    txt_en = 'Creates raster mosaic: a combination or merge of two or more images.'
    txt_pt = 'Cria um mosaico: uma combinação ou mesclagem de duas ou mais imagens.'
    figure = 'images/tutorial/raster_mosaic.jpg'

    def shortHelpString(self):
        social_BW = Imgs().social_BW
        footer = '''<div align="center">
                      <img src="'''+ os.path.join(os.path.dirname(os.path.dirname(__file__)), self.figure) +'''">
                      </div>
                      <div align="left">
                      <p>
                      <b><a href="'''+ self.tr('https://portal.geoone.com.br/m/lessons/sensoriamento?classId=2128') + '''" target="_blank">'''+ self.tr('Click here to watch a full class on this tool',
                                    'Clique aqui para assistir uma aula completa sobre esta ferramenta') +'''</a></b>
                      </p>
                      <p>
                      <b><a href="'''+ self.tr('https://geoone.com.br/pvsensoriamento/') + '''" target="_blank">'''+ self.tr('Sign up for the Remote Sensing in QGIS course',
                                    'Inscreva-se no curso Sensoriamento Remoto no QGIS') +'</a><br><br>'+ self.tr('Author: Leandro Franca', 'Autor: Leandro França')+'''</b>
                      </p>'''+ social_BW + '''
                    </div>'''
        return self.tr(self.txt_en, self.txt_pt) + footer

    RASTERLIST ='RASTERLIST'
    RESOLUTION = 'RESOLUTION'
    OVERLAP = 'OVERLAP'
    NULLVALUE = 'NULLVALUE'
    RESAMPLING = 'RESAMPLING'
    FRAME = 'FRAME'
    MOSAIC = 'MOSAIC'
    OPEN = 'OPEN'

    def initAlgorithm(self, config=None):
        # INPUT
        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterMultipleLayers(
                self.RASTERLIST,
                self.tr('Raster List', 'Lista de Rasters'),
                layerType = Qgis.ProcessingSourceType.TypeRaster
            )
        )

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterNumber(
                self.RESOLUTION,
                self.tr('New Resolution (meters)', 'Nova resolução espacial (metros)'),
                type = QgsProcessingParameterNumber.Type.Double, #Double = 1 and Integer = 0
                defaultValue = None,
                minValue = 0.01,
                optional = True
            )
        )

        sobrep = [self.tr('First (faster)', 'Primeiro (mais rápido)'),
                 self.tr('Average', 'Média'),
                 self.tr('Median', 'Mediana'),
                 self.tr('Maximum', 'Máximo'),
                 self.tr('Minimum', 'Mínimo')]

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterEnum(
                self.OVERLAP,
                self.tr('Ovelap', 'Sobreposição'),
				options = sobrep,
                defaultValue= 0
            )
        )

        interp = [self.tr('Nearest neighbor', 'Vizinho mais próximo'),
                 self.tr('Bilinear'),
                 self.tr('Bicubic', 'Bicúbica')]

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterEnum(
                self.RESAMPLING,
                self.tr('Interpolation', 'Interpolação'),
				options = interp,
                defaultValue= 0
            )
        )

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterNumber(
                self.NULLVALUE,
                self.tr('Null value', 'Valor nulo'),
                type = QgsProcessingParameterNumber.Type.Integer, #Double = 1 and Integer = 0
                defaultValue = 0
            )
        )

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterFeatureSource(
                self.FRAME,
                self.tr('Clip by frame', 'Cortar pela moldura'),
                [Qgis.ProcessingSourceType.TypeVectorPolygon],
                optional = True
            )
        )

        # OUTPUT
        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterFileDestination(
                self.MOSAIC,
                self.tr('Mosaic', 'Mosaico'),
                fileFilter = 'GeoTIFF (*.tif)'
            )
        )

        self.addParameter(
            QgsProcessingParameterBoolean(
                self.OPEN,
                self.tr('Load mosaic', 'Carregar mosaico'),
                defaultValue= True
            )
        )


    def processAlgorithm(self, parameters, context, feedback):

        from lftools.dependencies import ensure_matplotlib
        path = ensure_matplotlib(feedback)
        if path is None:
            raise QgsProcessingException(
                "The 'matplotlib' library is required for this tool but could not be installed automatically. "
                "Please install it manually using: pip install matplotlib"
            )

        # inputs
        rasters = self.parameterAsLayerList(
            parameters,
            self.RASTERLIST,
            context
        )
        if rasters is None:
            raise QgsProcessingException(self.invalidSourceError(parameters, self.RASTERLIST))

        reamostragem = self.parameterAsEnum(
            parameters,
            self.RESAMPLING,
            context
        )
        reamostragem = ['nearest','bilinear','bicubic'][reamostragem]

        sobrep = self.parameterAsEnum(
            parameters,
            self.OVERLAP,
            context
        )

        resolucao = self.parameterAsDouble(
            parameters,
            self.RESOLUTION,
            context
        )

        valor_nulo = self.parameterAsDouble(
            parameters,
            self.NULLVALUE,
            context
        )


        vlayer = self.parameterAsVectorLayer(
            parameters,
            self.FRAME,
            context
        )

        # output

        Output = self.parameterAsFileOutput(
            parameters,
            self.MOSAIC,
            context
        )

        Carregar = self.parameterAsBool(
            parameters,
            self.OPEN,
            context
        )


        lista = []
        for raster_lyr in rasters:
            lista += [raster_lyr.dataProvider().dataSourceUri()]
        if len(lista) < 1:
            raise QgsProcessingException(self.tr('At least one raster must be selected!', 'Pelo menos um raster deve ser selecionado!'))
        if len(lista) == 1:
            sobrep = 0 # apenas um raster (sem sobreposicao)

        # Gerar geometria para cada raster
        geoms = []
        SRC = []
        n_bands =[]
        GDT = []
        nulos = []
        XRES, YRES = [], []
        for item in lista:
            image = gdal.Open(item)
            SRC += [QgsCoordinateReferenceSystem(image.GetProjection())] # wkt
            ulx, xres, xskew, uly, yskew, yres  = image.GetGeoTransform()
            cols = image.RasterXSize
            rows = image.RasterYSize
            n_bands += [image.RasterCount]
            GDT += [image.GetRasterBand(1).DataType]
            nulos += [image.GetRasterBand(1).GetNoDataValue()]
            XRES += [xres]
            YRES += [yres]
            image=None # Close image
            # Creating BBox
            coord = [[QgsPointXY(ulx, uly),
                      QgsPointXY(ulx+cols*xres, uly),
                      QgsPointXY(ulx+cols*xres, uly+rows*yres),
                      QgsPointXY(ulx, uly+rows*yres),
                      QgsPointXY(ulx, uly)]]
            geom = QgsGeometry.fromPolygonXY(coord)
            geoms += [geom]

        ## Validar dados de entrada
        # Mesmo numero de bandas
        if not n_bands.count(n_bands[0]) == len(n_bands):
            raise QgsProcessingException(self.tr('The images must have the same number of bands!', 'As imagens devem ter o mesmo número de bandas!'))
        # Mesmo SRC
        if not SRC.count(SRC[0]) == len(SRC):
            raise QgsProcessingException(self.tr('The images must have the same CRS!', 'As imagens devem ter o mesmo SRC!'))
        # Mesmo GDT
        if not GDT.count(GDT[0]) == len(GDT):
            raise QgsProcessingException(self.tr('The images must have the same data type!', 'As imagens devem ter o tipo de dado!'))
        # Mesmo valor nulo
        if not nulos.count(nulos[0]) == len(nulos):
            raise QgsProcessingException(self.tr('The images must have the same definied null value!', 'As imagens devem ter o mesmo valor para definir pixel nulo!'))

        # Dados para o raster de saída
        prj = SRC[0].toWkt()
        n_bands = n_bands[0]
        GDT = GDT[0]
        xres = np.mean(XRES)
        yres = np.mean(YRES)
        NULO = valor_nulo
        if valor_nulo == -1:
            valor_nulo = nulos[0] if nulos[0] is not None else 0

        if vlayer: # Pegar extensão X e Y da moldura
            # SRC da moldura deve ser o mesmo dos raster
            if vlayer.sourceCrs() != QgsCoordinateReferenceSystem(prj):
                raise QgsProcessingException(self.tr("The frame's CRS must be iqual to the rasters' CRS!", 'O SRC da moldura deve ser igual ao SRC dos rasters!'))
            for feat in vlayer.getFeatures():
                moldura_geom = feat.geometry()
                break
            moldura_rect = moldura_geom.boundingBox()
            y_min = moldura_rect.yMinimum()
            y_max = moldura_rect.yMaximum()
            x_min = moldura_rect.xMinimum()
            x_max = moldura_rect.xMaximum()
        else: # Mesclar geometrias e obter a extensão
            new_geom = QgsGeometry()
            new_geom = new_geom.unaryUnion(geoms)
            extensao = new_geom.boundingBox()
            # Coodenadas máxima e mínima da extensão
            y_min = extensao.yMinimum()
            y_max = extensao.yMaximum()
            x_min = extensao.xMinimum()
            x_max = extensao.xMaximum()

        # Transformar resolucao de metros para graus, se o SRC for Geográfico
        src_qgis = QgsCoordinateReferenceSystem(prj)
        if src_qgis.isGeographic():
            ellipsoid_id = src_qgis.ellipsoidAcronym()
            ellipsoid = QgsEllipsoidUtils.ellipsoidParameters(ellipsoid_id)
            a = ellipsoid.semiMajor
            f_inv = ellipsoid.inverseFlattening
            f=1/f_inv
            e2 = f*(2-f)
            N = a/np.sqrt(1-e2*(np.sin((y_min+y_max)/2))**2) # Raio de curvatura 1º vertical
            M = a*(1-e2)/(1-e2*(np.sin((y_min+y_max)/2))**2)**(3/2.) # Raio de curvatura meridiana
            R = np.sqrt(M*N) # Raio médio de Gauss
            theta = resolucao/R
            resolucao = np.degrees(theta) # Radianos para graus

        # Definir n_col, n_lin e resolucao
        if vlayer:
            if resolucao:
                n_lin = round((y_max-y_min)/abs(resolucao))
                n_col = round((x_max-x_min)/abs(resolucao))
            else:
                n_lin = round((y_max-y_min)/abs(yres))
                n_col = round((x_max-x_min)/abs(xres))
            xres = (x_max-x_min)/n_col
            yres = -(y_max-y_min)/n_lin
        else:
            if resolucao:
                n_lin = round((y_max-y_min)/abs(resolucao))
                n_col = round((x_max-x_min)/abs(resolucao))
                xres = resolucao
                yres = -resolucao
            else:
                n_lin = round((y_max-y_min)/abs(yres))
                n_col = round((x_max-x_min)/abs(xres))
                xres = (x_max-x_min)/n_col
                yres = -(y_max-y_min)/n_lin

        feedback.pushInfo(self.tr('Size: ', 'Tamanho: ') + str(n_lin) +'x' + str(n_col))
        # Geotransform do Mosaico
        ulx = x_min
        uly = y_max
        xskew, yskew = 0, 0
        geotransform = [ulx, xres, xskew, uly, yskew, yres]
        origem = (ulx, uly)
        resol_X = abs(xres)
        resol_Y = abs(yres)
        # Numeração das Imagens
        valores = list(range(1,len(lista)+1))

        # Definição de áreas de varredura
        feedback.pushInfo(self.tr('Defining mosaic filling areas...', 'Definindo áreas de preenchimento do mosaico...'))

        # Gerar combinações dos Rasters
        if sobrep != 0:
            combs = []
            feedback.pushInfo(self.tr('Creating combinations...', 'Gerando combinações...'))
            for k in range(1,5):
                combs += list(combinations(valores,k))
                if feedback.isCanceled():
                    break
            # Armazenar geometrias exclusivas de cada combinação
            classes = {}
            feedback.pushInfo(self.tr('Indentifying combinations...', 'Identificando combinações...'))
            Percent = 100.0/(len(combs))
            current = 0

            for comb in combs:
                if len(comb)==1:
                    geom1 = geoms[comb[0]-1]
                    lista_outras = []
                    for geom in geoms:
                        if geom1 != geom:
                            lista_outras += [geom]
                    outras = QgsGeometry()
                    outras = outras.unaryUnion(lista_outras)
                    diferença = geom1.difference(outras)
                    if not diferença.isEmpty():
                        classes[comb] = {'geom': diferença}
                elif len(comb) < len(valores):
                    intersecao = geoms[comb[0]-1]
                    sentinela = True
                    for ind in comb[1:]:
                        geom = geoms[ind-1]
                        if geom.intersects(intersecao):
                            intersecao = intersecao.intersection(geom)
                        else:
                            sentinela = False
                            continue
                    lista_outras = []
                    for valor in valores:
                        if valor not in comb:
                            lista_outras += [geoms[valor-1]]
                    outras = QgsGeometry()
                    outras = outras.unaryUnion(lista_outras)
                    if sentinela:
                        diferença = intersecao.difference(outras)
                        if not diferença.isEmpty():
                            classes[comb] = {'geom': diferença}
                else:
                    intersecao = geoms[comb[0]-1]
                    sentinela = True
                    for ind in comb[1:]:
                        geom = geoms[ind-1]
                        if geom.intersects(intersecao):
                            intersecao = intersecao.intersection(geom)
                        else:
                            sentinela = False
                            continue
                    if sentinela:
                        classes[comb] = {'geom': intersecao}
                if feedback.isCanceled():
                    break
                current += 1
                feedback.setProgress(int(current * Percent))
        else:
            # Gerar geometrias por área sem cálculo de sobreposição ("first")
            combs = np.array(valores)[:,np.newaxis]
            classes = {}
            acumulado = geoms[combs[0][0]-1]
            classes[(1,)] = {'geom': acumulado}
            for k in range(1, len(combs)):
                comb = combs[k]
                geom = geoms[comb[0]-1]
                diferenca = geom.difference(acumulado)
                classes[(comb[0],)] = {'geom': diferenca}
                acumulado = acumulado.combine(geom)
                if feedback.isCanceled():
                    break

        # Gerar lista com os valores classificados
        Percent = 100.0/(len(classes))
        current = 0
        cont_px = 0
        for classe in classes:
            feedback.pushInfo((self.tr('Classifying class {}...', 'Classificando classe {}...')).format(str(classe)))
            geom = classes[classe]['geom']
            if vlayer:
                geom = geom.intersection(moldura_geom)
            if geom.type() == 2:
                if geom.isMultipart():
                    coords = geom.asMultiPolygon()[0][0]
                else:
                    coords = geom.asPolygon()[0]
            else:
                del classes[classe]
                continue
            caminho = []
            for ponto in coords:
                linha = (origem[1]-ponto.y())/resol_Y
                coluna = (ponto.x() - origem[0])/resol_X
                caminho += [(linha, coluna)]
            p = path.Path(caminho)
            box = geom.boundingBox()
            uly = box.yMaximum()
            lry = box.yMinimum()
            ulx = box.xMinimum()
            lrx = box.xMaximum()
            # Limites de Varredura
            row_ini = int(round((origem[1]-uly)/resol_Y - 0.5))-1
            row_fim = int(round((origem[1]-lry)/resol_Y - 0.5))+1
            col_ini = int(round((ulx - origem[0])/resol_X - 0.5))-1
            col_fim = int(round((lrx - origem[0])/resol_X - 0.5))+1
            lin, col = np.meshgrid(np.arange(row_ini, row_fim),np.arange(col_ini, col_fim))
            LIN = lin.flatten()[:,np.newaxis]
            COL = col.flatten()[:,np.newaxis]
            pixels_center = np.hstack((LIN + 0.5, COL + 0.5)) # centro do pixel
            # Verificando pixels dentro de poligono
            flags = p.contains_points(pixels_center)
            pixels_x = (LIN+1).flatten()*flags # soma e subtrair 1 para evitar zero
            pixels_y = (COL+1).flatten()*flags
            pixels_x = (pixels_x[pixels_x>0]-1)[:,np.newaxis]
            pixels_y = (pixels_y[pixels_y>0]-1)[:,np.newaxis]
            pixels = np.hstack((pixels_x, pixels_y))
            classes[classe]['pixels'] = pixels
            cont_px += len(pixels)
            current += 1
            feedback.setProgress(int(current * Percent))

        # Criar Raster
        Driver = gdal.GetDriverByName('GTiff').Create(Output, n_col, n_lin, n_bands, GDT)
        Driver.SetGeoTransform(geotransform)
        Driver.SetProjection(prj)


        # Mosaicar por banda
        Percent = 100.0/(cont_px*n_bands)
        current = 0

        for k in range(n_bands):
            feedback.pushInfo((self.tr('Creating band {}...', 'Criando banda {}...')).format(str(k+1)))
            # Criar Array do mosaico
            tipo = gdal_array.GDALTypeCodeToNumericTypeCode(GDT)
            inteiro = True if GDT in (gdal.GDT_Byte,
                                      gdal.GDT_UInt16,
                                      gdal.GDT_Int16,
                                      gdal.GDT_UInt32,
                                      gdal.GDT_Int32) else False
            banda = np.ones((n_lin,n_col), dtype = tipo) * (int(valor_nulo) if inteiro else valor_nulo)
            imgs = {}
            # Para cada classe abrir banda da(s) imagem(ns)
            for classe in classes:
                # Deixando somente imagens a serem utilizadas
                for item in valores:
                    if (item not in classe) and (item in imgs):
                        del imgs[item]
                # Preenchendo dados da imagem no dicionário
                for img in classe:
                    if img not in imgs or len(lista) == 1:
                        img_path = lista[img-1]
                        image = gdal.Open(img_path)
                        ulx, xres, xskew, uly, yskew, yres  = image.GetGeoTransform()
                        img_origem = (ulx, uly)
                        img_resol_X = abs(xres)
                        img_resol_Y = abs(yres)
                        img_band = image.GetRasterBand(k+1).ReadAsArray()
                        imgs[img] = {'band': img_band,
                                     'xres': img_resol_X,
                                     'yres': img_resol_Y,
                                     'origem': img_origem }
                        image = None

                if sobrep == 0: # Se for "primeiro", interpolar apenas da primeira img da comb, caso contrário
                    img = classe[0]
                    # Para cada pixel da classe
                    for px in classes[classe]['pixels']:
                        lin,col = px
                        X = origem[0] + resol_X*(col + 0.5)
                        Y = origem[1] - resol_Y*(lin + 0.5)
                        Interpolado = Interpolar(X, Y,
                                                imgs[img]['band'],
                                                imgs[img]['origem'],
                                                imgs[img]['xres'],
                                                imgs[img]['yres'],
                                                reamostragem,
                                                valor_nulo)
                        if Interpolado != valor_nulo:
                            banda[lin][col] = round(Interpolado) if inteiro else Interpolado

                        if feedback.isCanceled():
                            break
                        current += 1
                        feedback.setProgress(int(current * Percent))

                else: # Para cada pixel da classe interpolar o valor da banda de cada img
                    for px in classes[classe]['pixels']:
                        lin,col = px
                        X = origem[0] + resol_X*(col + 0.5)
                        Y = origem[1] - resol_Y*(lin + 0.5)
                        interp_values = []
                        for img in imgs:
                            Interpolado = Interpolar(X, Y,
                                                     imgs[img]['band'],
                                                     imgs[img]['origem'],
                                                     imgs[img]['xres'],
                                                     imgs[img]['yres'],
                                                     reamostragem,
                                                     valor_nulo)
                            if Interpolado != valor_nulo:
                                interp_values += [Interpolado]
                        # Calcular o valor agregado (0:first, 1:average, 2:median, 3:min, 4:max) e inserir na banda (se byte, arredondar)
                        if interp_values:
                            if sobrep == 1:
                                result = np.mean(interp_values)
                            elif sobrep == 2:
                                result = np.median(interp_values)
                            elif sobrep == 3:
                                result = np.min(interp_values)
                            elif sobrep == 4:
                                result = np.max(interp_values)
                            banda[lin][col] = round(result) if inteiro else result

                        if feedback.isCanceled():
                            break
                        current += 1
                        feedback.setProgress(int(current * Percent))

            # Salvar banda
            outband = Driver.GetRasterBand(k+1)
            feedback.pushInfo(self.tr('Writing Band {}...'.format(k+1), 'Escrevendo Banda {}...'.format(k+1)))
            outband.WriteArray(banda)
            if NULO != -1:
                outband.SetNoDataValue(valor_nulo)

        # Salvar e Fechar Raster
        Driver.FlushCache()   # Escrever no disco
        Driver = None   # Salvar e fechar


        feedback.pushInfo(self.tr('Operation completed successfully!', 'Operação finalizada com sucesso!'))
        feedback.pushInfo(self.tr('Leandro Franca - Cartographic Engineer', 'Leandro França - Eng Cart'))
        self.CAMINHO = Output
        self.CARREGAR = Carregar
        return {self.MOSAIC: Output}

    # Carregamento de arquivo de saída
    def postProcessAlgorithm(self, context, feedback):
        if self.CARREGAR:
            rlayer = QgsRasterLayer(self.CAMINHO, self.tr('Mosaic', 'Mosaico'))
            QgsProject.instance().addMapLayer(rlayer)
        return {}
