Relicensed to Modified BSD.
[AntennaRange.git] / AntennaRange.cs
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/*
 * AntennaRange © 2013 toadicus
 * 
 * AntennaRange provides incentive and requirements for the use of the various antenna parts.
 * Nominally, the breakdown is as follows:
 * 
 *     Communotron 16 - Suitable up to Kerbalsynchronous Orbit
 *     Comms DTS-M1 - Suitable throughout the Kerbin subsystem
 *     Communotron 88-88 - Suitable throughout the Kerbol system.
 * 
 * This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License. To view a
 * copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
 * 
 * This software uses the ModuleManager library © 2013 ialdabaoth, used under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Uported License.
 * 
 * This software uses code from the MuMechLib library, © 2013 r4m0n, used under the GNU GPL version 3.
 * 
 */
 
using System;
using System.Collections.Generic;
using KSP;
 
namespace AntennaRange
{
        /*
         * ModuleLimitedDataTransmitter is designed as a drop-in replacement for ModuleDataTransmitter, and handles range-
         * finding, power scaling, and data scaling for antennas during science transmission.  Its functionality varies with
         * three tunables: nominalRange, maxPowerFactor, and maxDataFactor, set in .cfg files.
         * 
         * In general, the scaling functions assume the following relation:
         * 
         *     D² α P/R,
         * 
         * where D is the total transmission distance, P is the transmission power, and R is the data rate.
         * 
         * */
 
        /*
         * Fields
         * */
        public class ModuleLimitedDataTransmitter : ModuleDataTransmitter, IScienceDataTransmitter
        {
                // Stores the packetResourceCost as defined in the .cfg file.
                protected float _basepacketResourceCost;
 
                // Stores the packetSize as defined in the .cfg file.
                protected float _basepacketSize;
 
                // We don't have a Bard, so we're hiding Kerbin here.
                protected CelestialBody _Kerbin;
 
                // Let's make the error text pretty!
                protected UnityEngine.GUIStyle ErrorStyle;
 
                // The distance from Kerbin at which the antenna will perform exactly as prescribed by packetResourceCost
                // and packetSize.
                [KSPField(isPersistant = false)]
                public float nominalRange;
 
                // The multiplier on packetResourceCost that defines the maximum power output of the antenna.  When the power
                // cost exceeds packetResourceCost * maxPowerFactor, transmission will fail.
                [KSPField(isPersistant = false)]
                public float maxPowerFactor;
 
                // The multipler on packetSize that defines the maximum data bandwidth of the antenna.
                [KSPField(isPersistant = false)]
                public float maxDataFactor;
 
                /*
                 * Properties
                 * */
                // Returns the current distance to the center of Kerbin, which is totally where the Kerbals keep their radioes.
                protected double transmitDistance
                {
                        get
                        {
                                Vector3d KerbinPos = this._Kerbin.position;
                                Vector3d ActivePos = base.vessel.GetWorldPos3D();
 
                                return (ActivePos - KerbinPos).magnitude;
                        }
                }
 
                // Returns the maximum distance this module can transmit
                public double maxTransmitDistance
                {
                        get
                        {
                                return Math.Sqrt (this.maxPowerFactor) * this.nominalRange;
                        }
                }
 
                /*
                 * The next two functions overwrite the behavior of the stock functions and do not perform equivalently, except
                 * in that they both return floats.  Here's some quick justification:
                 * 
                 * The stock implementation of GetTransmitterScore (which I cannot override) is:
                 *              Score = (1 + DataResourceCost) / DataRate
                 * 
                 * The stock DataRate and DataResourceCost are:
                 *              DataRate = packetSize / packetInterval
                 *              DataResourceCost = packetResourceCost / packetSize
                 * 
                 * So, the resulting score is essentially in terms of joules per byte per baud.  Rearranging that a bit, it
                 * could also look like joule-seconds per byte per byte, or newton-meter-seconds per byte per byte.  Either way,
                 * that metric is not a very reasonable one.
                 * 
                 * Two metrics that might make more sense are joules per byte or joules per byte per second.  The latter case
                 * would look like:
                 *              DataRate = packetSize / packetInterval
                 *              DataResourceCost = packetResourceCost
                 * 
                 * The former case, which I've chosen to implement below, is:
                 *              DataRate = packetSize
                 *              DataResourceCost = packetResourceCost
                 * 
                 * So... hopefully that doesn't screw with anything else.
                 * */
                // Override ModuleDataTransmitter.DataRate to just return packetSize, because we want antennas to be scored in
                // terms of joules/byte
                public new float DataRate
                {
                        get
                        {
                                this.PreTransmit_SetPacketSize();
                                return this.packetSize;
                        }
                }
 
                // Override ModuleDataTransmitter.DataResourceCost to just return packetResourceCost, because we want antennas
                // to be scored in terms of joules/byte
                public new float DataResourceCost
                {
                        get
                        {
                                this.PreTransmit_SetPacketResourceCost();
                                return this.packetResourceCost;
                        }
                }
 
                /*
                 * Methods
                 * */
                // Build ALL the objects.
                public ModuleLimitedDataTransmitter () : base()
                {
                        // Make the error posting prettier.
                        this.ErrorStyle = new UnityEngine.GUIStyle();
                        this.ErrorStyle.normal.textColor = (UnityEngine.Color)XKCDColors.OrangeRed;
                        this.ErrorStyle.active.textColor = (UnityEngine.Color)XKCDColors.OrangeRed;
                        this.ErrorStyle.hover.textColor = (UnityEngine.Color)XKCDColors.OrangeRed;
                        this.ErrorStyle.fontStyle = UnityEngine.FontStyle.Bold;
                        this.ErrorStyle.padding.top = 32;
                }
 
                // At least once, when the module starts with a state on the launch pad or later, go find Kerbin.
                public override void OnStart (StartState state)
                {
                        base.OnStart (state);
 
                        if (state >= StartState.PreLaunch && this._Kerbin == null)
                        {
                                // Go fetch Kerbin, because it is tricksy and hides from us.
                                List<CelestialBody> bodies = FlightGlobals.Bodies;
 
                                foreach (CelestialBody body in bodies)
                                {
                                        if (body.name == "Kerbin")
                                        {
                                                this._Kerbin = body;
                                                break;
                                        }
                                }
                        }
                }
 
                // When the module loads, fetch the Squad KSPFields from the base.  This is necessary in part because
                // overloading packetSize and packetResourceCostinto a property in ModuleLimitedDataTransmitter didn't
                // work.
                public override void OnLoad(ConfigNode node)
                {
                        this.Fields.Load(node);
                        base.Fields.Load(node);
 
                        base.OnLoad (node);
 
                        this._basepacketSize = base.packetSize;
                        this._basepacketResourceCost = base.packetResourceCost;
 
                        Tools.PostDebugMessage(string.Format(
                                "{0} loaded:\n" +
                                "packetSize: {1}\n" +
                                "packetResourceCost: {2}\n" +
                                "nominalRange: {3}\n" +
                                "maxPowerFactor: {4}\n" +
                                "maxDataFactor: {5}\n",
                                this.name,
                                base.packetSize,
                                this._basepacketResourceCost,
                                this.nominalRange,
                                this.maxPowerFactor,
                                this.maxDataFactor
                        ));
                }
 
                // Post an error in the communication messages describing the reason transmission has failed.  Currently there
                // is only one reason for this.
                protected void PostCannotTransmitError()
                {
                        string ErrorText = string.Format (
                                "Unable to transmit: out of range!  Maximum range = {0}m; Current range = {1}m.",
                                Tools.MuMech_ToSI((double)this.maxTransmitDistance, 2),
                                Tools.MuMech_ToSI((double)this.transmitDistance, 2)
                                );
                        ScreenMessages.PostScreenMessage(
                                new ScreenMessage(
                                ErrorText,
                                4f,
                                ScreenMessageStyle.UPPER_LEFT,
                                this.ErrorStyle
                                ));
                }
 
                // Before transmission, set packetResourceCost.  Per above, packet cost increases with the square of
                // distance.  packetResourceCost maxes out at _basepacketResourceCost * maxPowerFactor, at which point
                // transmission fails (see CanTransmit).
                protected void PreTransmit_SetPacketResourceCost()
                {
                        if (this.transmitDistance <= this.nominalRange)
                        {
                                base.packetResourceCost = this._basepacketResourceCost;
                        }
                        else
                        {
                                base.packetResourceCost = this._basepacketResourceCost
                                        * (float)Math.Pow (this.transmitDistance / this.nominalRange, 2);
                        }
                }
 
                // Before transmission, set packetSize.  Per above, packet size increases with the inverse square of
                // distance.  packetSize maxes out at _basepacketSize * maxDataFactor.
                protected void PreTransmit_SetPacketSize()
                {
                        if (this.transmitDistance >= this.nominalRange)
                        {
                                base.packetSize = this._basepacketSize;
                        }
                        else
                        {
                                base.packetSize = Math.Min(
                                        this._basepacketSize * (float)Math.Pow (this.nominalRange / this.transmitDistance, 2),
                                        this._basepacketSize * this.maxDataFactor);
                        }
                }
 
                // Override ModuleDataTransmitter.GetInfo to add nominal and maximum range to the VAB description.
                public override string GetInfo()
                {
                        string text = base.GetInfo();
                        text += "Nominal Range: " + Tools.MuMech_ToSI((double)this.nominalRange, 2) + "m\n";
                        text += "Maximum Range: " + Tools.MuMech_ToSI((double)this.maxTransmitDistance, 2) + "m\n";
                        return text;
                }
 
                // Override ModuleDataTransmitter.CanTransmit to return false when transmission is not possible.
                public new bool CanTransmit()
                {
                        if (this.transmitDistance > this.maxTransmitDistance)
                        {
                                return false;
                        }
                        return true;
                }
 
                // Override ModuleDataTransmitter.TransmitData to check against CanTransmit and fail out when CanTransmit
                // returns false.
                public new void TransmitData(List<ScienceData> dataQueue)
                {
                        PreTransmit_SetPacketSize ();
                        PreTransmit_SetPacketResourceCost ();
 
                        Tools.PostDebugMessage (
                                "distance: " + this.transmitDistance
                                + " packetSize: " + this.packetSize
                                + " packetResourceCost: " + this.packetResourceCost
                        );
                        if (this.CanTransmit())
                        {
                                base.TransmitData(dataQueue);
                        }
                        else
                        {
                                this.PostCannotTransmitError ();
                        }
                }
 
                // Override ModuleDataTransmitter.StartTransmission to check against CanTransmit and fail out when CanTransmit
                // returns false.
                public new void StartTransmission()
                {
                        PreTransmit_SetPacketSize ();
                        PreTransmit_SetPacketResourceCost ();
 
                        Tools.PostDebugMessage (
                                "distance: " + this.transmitDistance
                                + " packetSize: " + this.packetSize
                                + " packetResourceCost: " + this.packetResourceCost
                                );
                        if (this.CanTransmit())
                        {
                                base.StartTransmission();
                        }
                        else
                        {
                                this.PostCannotTransmitError ();
                        }
                }
 
                // When debugging, it's nice to have a button that just tells you everything.
                #if DEBUG
                [KSPEvent (guiName = "Show Debug Info", active = true, guiActive = true)]
                public void DebugInfo()
                {
                        PreTransmit_SetPacketSize ();
                        PreTransmit_SetPacketResourceCost ();
 
                        string msg = string.Format(
                                "'{0}'\n" + 
                                "_basepacketSize: {1}\n" +
                                "packetSize: {2}\n" +
                                "_basepacketResourceCost: {3}\n" +
                                "packetResourceCost: {4}\n" +
                                "maxTransmitDistance: {5}\n" +
                                "transmitDistance: {6}\n" +
                                "nominalRange: {7}\n" +
                                "CanTransmit: {8}\n" +
                                "DataRate: {9}\n" +
                                "DataResourceCost: {10}\n" +
                                "TransmitterScore: {11}",
                                this.name,
                                this._basepacketSize,
                                base.packetSize,
                                this._basepacketResourceCost,
                                base.packetResourceCost,
                                this.maxTransmitDistance,
                                this.transmitDistance,
                                this.nominalRange,
                                this.CanTransmit(),
                                this.DataRate,
                                this.DataResourceCost,
                                ScienceUtil.GetTransmitterScore(this)
                                );
                        ScreenMessages.PostScreenMessage (new ScreenMessage (msg, 4f, ScreenMessageStyle.UPPER_RIGHT));
                }
                #endif
        }
 
        public static class Tools
        {
                // When debugging, be verbose.  The Conditional attribute prevents this from firing when not DEBUGging.
                [System.Diagnostics.Conditional("DEBUG")]
                public static void PostDebugMessage(string Msg)
                {
                        if (HighLogic.LoadedScene > GameScenes.SPACECENTER)
                        {
                                ScreenMessage Message = new ScreenMessage(Msg, 4f, ScreenMessageStyle.LOWER_CENTER);
                                ScreenMessages.PostScreenMessage(Message);
                        }
                        else
                        {
                                KSPLog.print(Msg);
                        }
                }
 
                /*
                 * MuMech_ToSI is a part of the MuMechLib library, © 2013 r4m0n, used under the GNU GPL version 3.
                 * */
                public static string MuMech_ToSI(double d, int digits = 3, int MinMagnitude = 0, int MaxMagnitude = int.MaxValue)
                {
                        float exponent = (float)Math.Log10(Math.Abs(d));
                        exponent = UnityEngine.Mathf.Clamp(exponent, (float)MinMagnitude, (float)MaxMagnitude);
 
                        if (exponent >= 0)
                        {
                                switch ((int)Math.Floor(exponent))
                                {
                                        case 0:
                                                case 1:
                                                case 2:
                                                return d.ToString("F" + digits);
                                                case 3:
                                                case 4:
                                                case 5:
                                                return (d / 1e3).ToString("F" + digits) + "k";
                                                case 6:
                                                case 7:
                                                case 8:
                                                return (d / 1e6).ToString("F" + digits) + "M";
                                                case 9:
                                                case 10:
                                                case 11:
                                                return (d / 1e9).ToString("F" + digits) + "G";
                                                case 12:
                                                case 13:
                                                case 14:
                                                return (d / 1e12).ToString("F" + digits) + "T";
                                                case 15:
                                                case 16:
                                                case 17:
                                                return (d / 1e15).ToString("F" + digits) + "P";
                                                case 18:
                                                case 19:
                                                case 20:
                                                return (d / 1e18).ToString("F" + digits) + "E";
                                                case 21:
                                                case 22:
                                                case 23:
                                                return (d / 1e21).ToString("F" + digits) + "Z";
                                                default:
                                                return (d / 1e24).ToString("F" + digits) + "Y";
                                }
                        }
                        else if (exponent < 0)
                        {
                                switch ((int)Math.Floor(exponent))
                                {
                                        case -1:
                                                case -2:
                                                case -3:
                                                return (d * 1e3).ToString("F" + digits) + "m";
                                                case -4:
                                                case -5:
                                                case -6:
                                                return (d * 1e6).ToString("F" + digits) + "μ";
                                                case -7:
                                                case -8:
                                                case -9:
                                                return (d * 1e9).ToString("F" + digits) + "n";
                                                case -10:
                                                case -11:
                                                case -12:
                                                return (d * 1e12).ToString("F" + digits) + "p";
                                                case -13:
                                                case -14:
                                                case -15:
                                                return (d * 1e15).ToString("F" + digits) + "f";
                                                case -16:
                                                case -17:
                                                case -18:
                                                return (d * 1e18).ToString("F" + digits) + "a";
                                                case -19:
                                                case -20:
                                                case -21:
                                                return (d * 1e21).ToString("F" + digits) + "z";
                                                default:
                                                return (d * 1e24).ToString("F" + digits) + "y";
                                }
                        }
                        else
                        {
                                return "0";
                        }
                }
        }
}