대한민국 공군 F-15K 슬램이글 JHMCS 헬멧 마운트 디스플레이 초근접 공중전(ACM) 및 1,000Hz 0-Alloc C# 3차원 적기 고기동 예측 리드 컴퓨팅 엔진

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.AirForce.DogfightSight
{
    public readonly record struct TargetAirTelemetry(
        Vector3 PositionMeters,   // 자체 기준 상대좌표
        Vector3 VelocityMps,      // 상대속도
        Vector3 AccelerationMps2 // 상대가속도 (9G 선회)
    );

    public ref struct GunSightLeadOutput
    {
        public Vector3 LeadSightDirection; // JHMCS 조준 단위벡터
        public float TimeOfFlightSec;
        public float TargetRangeMeters;
        public bool InGunKillZone;
    }

    public static class F15kDogfightCore
    {
        private const float MuzzleVelocityMps = 1036.0f; // 20mm M61A1 포구초속
        private const float GravityMps2 = 9.80665f;
        private const float DragDecelFactor = 0.00018f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void ComputeLeadReticle(
            ref readonly TargetAirTelemetry tgt,
            Vector3 ownshipVelocityMps,
            ref GunSightLeadOutput output)
        {
            float range = tgt.PositionMeters.Length();
            output.TargetRangeMeters = range;

            if (range < 50.0f || range > 2000.0f)
            {
                output.InGunKillZone = false;
                output.LeadSightDirection = Vector3.Normalize(tgt.PositionMeters);
                return;
            }

            // 1. 비행시간(ToF) 1차 추정: t0 = range / V0
            float effectiveSpeed = MuzzleVelocityMps * (1.0f - 0.5f * DragDecelFactor * range);
            float tof = range / MathF.Max(effectiveSpeed, 500.0f);

            // 2. 뉴턴-랩슨 2회 미세 수렴
            for (int iter = 0; iter < 2; iter++)
            {
                Vector3 predTgtPos = tgt.PositionMeters + 
                                     tgt.VelocityMps * tof + 
                                     0.5f * tgt.AccelerationMps2 * tof * tof;
                
                float newDist = predTgtPos.Length();
                float bulletSpeed = MuzzleVelocityMps - DragDecelFactor * newDist * MuzzleVelocityMps;
                tof = newDist / MathF.Max(bulletSpeed, 500.0f);
            }

            output.TimeOfFlightSec = tof;

            // 3. 미래 표적 위치 계산 및 중력 드롭 보정
            Vector3 futureTargetPos = tgt.PositionMeters + 
                                      tgt.VelocityMps * tof + 
                                      0.5f * tgt.AccelerationMps2 * tof * tof;

            // 중력에 의한 낙차 보정 (+Z 반대 방향으로 상향 조준)
            futureTargetPos.Z += 0.5f * GravityMps2 * tof * tof;

            output.LeadSightDirection = Vector3.Normalize(futureTargetPos);
            output.InGunKillZone = (range <= 800.0f && tof <= 1.2f);
        }
    }
}