대한민국 해병대 상륙공격헬기 마린온(MAH) 20mm 터렛건 HMD 시선 연동 및 1,000Hz 0-Alloc C# 기체 반동 모멘트 역위상 보상 사격통제

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

namespace ZeliDesk.Defense.Marines.AttackHelo
{
    public readonly record struct PilotHmdSight(
        Quaternion HeadOrientation, // 조종사 시선 쿼터니언
        float LaserRangeMeters,     // 레이저 측정 표적거리
        bool TriggerPressed
    );

    public ref struct TurretFireControlOutput
    {
        public float TurretAzimuthDeg;
        public float TurretElevationDeg;
        public Vector3 AfcsCounterTorqueNm; // 비행제어 반동상쇄 보정 토크
        public bool FirePermitted;
    }

    public static class MarineonMahCore
    {
        private static readonly Vector3 GunOffsetFromCg = new Vector3(3.2f, 0.0f, -1.1f); // 기수 하단
        private const float NominalRecoilForceN = 6500.0f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void ComputeFiringControl(
            ref readonly PilotHmdSight hmd,
            Vector3 helicopterAngularVelocityRad,
            ref TurretFireControlOutput output)
        {
            // 1. 조종사 HMD 쿼터니언에서 시선 단위 벡터 추출 (전방: +X)
            Vector3 forward = new Vector3(1, 0, 0);
            Vector3 sightDir = Vector3.Transform(forward, hmd.HeadOrientation);

            // 2. 표적 위치 벡터 및 시차(Parallax) 보정
            float range = MathF.Max(hmd.LaserRangeMeters, 50.0f);
            Vector3 targetPos = sightDir * range;
            Vector3 gunToTarget = targetPos - GunOffsetFromCg;
            Vector3 gunAimDir = Vector3.Normalize(gunToTarget);

            // 3. 터렛 방위각 및 고각 환산
            float azim = MathF.Atan2(gunAimDir.Y, gunAimDir.X) * (180.0f / MathF.PI);
            float range2D = MathF.Sqrt(gunAimDir.X * gunAimDir.X + gunAimDir.Y * gunAimDir.Y);
            float elev = MathF.Atan2(gunAimDir.Z, range2D) * (180.0f / MathF.PI);

            // 터렛 가동 기계적 리미트 (-110° ~ +110°, -60° ~ +15°)
            output.TurretAzimuthDeg = MathF.Min(MathF.Max(azim, -110.0f), 110.0f);
            output.TurretElevationDeg = MathF.Min(MathF.Max(elev, -60.0f), 15.0f);

            // 4. 발사 시 반동 모멘트 역위상 피드포워드 계산
            if (hmd.TriggerPressed)
            {
                // 포신 반동력 벡터 = 조준 방향의 반대 방향
                Vector3 recoilForce = -gunAimDir * NominalRecoilForceN;
                
                // CG 기준 반동 모멘트 Tau = r x F
                Vector3 recoilMoment = Vector3.Cross(GunOffsetFromCg, recoilForce);

                // 역위상 상쇄 토크 = -Tau
                output.AfcsCounterTorqueNm = -recoilMoment;
                output.FirePermitted = true;
            }
            else
            {
                output.AfcsCounterTorqueNm = Vector3.Zero;
                output.FirePermitted = false;
            }
        }
    }
}