]> Dogcows Code - chaz/yoink/blobdiff - src/cml/mathlib/quaternion_rotation.h
extreme refactoring
[chaz/yoink] / src / cml / mathlib / quaternion_rotation.h
diff --git a/src/cml/mathlib/quaternion_rotation.h b/src/cml/mathlib/quaternion_rotation.h
deleted file mode 100644 (file)
index 2e8c0e9..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,635 +0,0 @@
-/* -*- C++ -*- ------------------------------------------------------------
-Copyright (c) 2007 Jesse Anders and Demian Nave http://cmldev.net/
-
-The Configurable Math Library (CML) is distributed under the terms of the
-Boost Software License, v1.0 (see cml/LICENSE for details).
-
- *-----------------------------------------------------------------------*/
-/** @file
- *  @brief
- */
-
-#ifndef quaternion_rotation_h
-#define quaternion_rotation_h
-
-#include <cml/mathlib/checking.h>
-
-/* Functions related to quaternion rotations.
- *
- * Note: A number of these functions simply wrap calls to the corresponding
- * matrix functions. Some of them (the 'aim-at' and 'align' functions in
- * particular) might be considered a bit superfluous, since the resulting
- * quaternion will most likely be converted to a matrix at some point anyway.
- * However, they're included here for completeness, and for convenience in
- * cases where a quaternion is being used as the primary rotation
- * representation.
-*/
-
-namespace cml {
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation about world axes
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Build a quaternion representing a rotation about the given world axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotation_world_axis(quaternion<E,A,O,C>& q, size_t axis, E angle)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-
-    /* Checking */
-    detail::CheckIndex3(axis);
-
-    q.identity();
-
-    const size_t W = order_type::W;
-    const size_t I = order_type::X + axis;
-    
-    angle *= value_type(.5);
-    q[I] = std::sin(angle);
-    q[W] = std::cos(angle);
-}
-
-/** Build a quaternion representing a rotation about the world x axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotation_world_x(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotation_world_axis(q,0,angle);
-}
-
-/** Build a quaternion representing a rotation about the world y axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotation_world_y(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotation_world_axis(q,1,angle);
-}
-
-/** Build a quaternion representing a rotation about the world z axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotation_world_z(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotation_world_axis(q,2,angle);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation from an axis-angle pair
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Build a quaternion from an axis-angle pair */
-template < class E, class A, class O, class C, class VecT > void
-quaternion_rotation_axis_angle(
-    quaternion<E,A,O,C>& q, const VecT& axis, E angle)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-    
-    /* Checking */
-    detail::CheckVec3(axis);
-
-    enum {
-        W = order_type::W,
-        X = order_type::X,
-        Y = order_type::Y,
-        Z = order_type::Z
-    };
-    
-    angle *= value_type(.5);
-    
-    /* @todo: If and when we have a set() function that takes a vector and a
-     * scalar, this can be written as:
-     *
-     * q.set(std::cos(angle), axis * std::sin(angle));
-     *
-     * In which case the enum will also not be necessary.
-     */
-    
-    q[W] = std::cos(angle);
-    value_type s = std::sin(angle);
-    q[X] = axis[0] * s;
-    q[Y] = axis[1] * s;
-    q[Z] = axis[2] * s;
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation from a matrix
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Build a quaternion from a rotation matrix */
-template < class E, class A, class O, class C, class MatT > void
-quaternion_rotation_matrix(quaternion<E,A,O,C>& q, const MatT& m)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-
-    /* Checking */
-    detail::CheckMatLinear3D(m);
-
-    enum {
-        W = order_type::W,
-        X = order_type::X,
-        Y = order_type::Y,
-        Z = order_type::Z
-    };
-
-    value_type tr = trace_3x3(m);
-    if (tr >= value_type(0)) {
-        q[W] = std::sqrt(tr + value_type(1)) * value_type(.5);
-        value_type s = value_type(.25) / q[W];
-        q[X] = (m.basis_element(1,2) - m.basis_element(2,1)) * s;
-        q[Y] = (m.basis_element(2,0) - m.basis_element(0,2)) * s;
-        q[Z] = (m.basis_element(0,1) - m.basis_element(1,0)) * s;
-    } else {
-        size_t largest_diagonal_element =
-            index_of_max(
-                m.basis_element(0,0),
-                m.basis_element(1,1),
-                m.basis_element(2,2)
-            );
-        size_t i, j, k;
-        cyclic_permutation(largest_diagonal_element, i, j, k);
-        const size_t I = X + i;
-        const size_t J = X + j;
-        const size_t K = X + k;
-        q[I] =
-            std::sqrt(
-                m.basis_element(i,i) -
-                m.basis_element(j,j) -
-                m.basis_element(k,k) +
-                value_type(1)
-            ) * value_type(.5);
-        value_type s = value_type(.25) / q[I];
-        q[J] = (m.basis_element(i,j) + m.basis_element(j,i)) * s;
-        q[K] = (m.basis_element(i,k) + m.basis_element(k,i)) * s;
-        q[W] = (m.basis_element(j,k) - m.basis_element(k,j)) * s;
-    }
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation from Euler angles
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Build a quaternion from an Euler-angle triple */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotation_euler(
-    quaternion<E,A,O,C>& q, E angle_0, E angle_1, E angle_2,
-    EulerOrder order)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-
-    size_t i, j, k;
-    bool odd, repeat;
-    detail::unpack_euler_order(order, i, j, k, odd, repeat);
-    
-    const size_t W = order_type::W;
-    const size_t I = order_type::X + i;
-    const size_t J = order_type::X + j;
-    const size_t K = order_type::X + k;
-
-    if (odd) {
-        angle_1 = -angle_1;
-    }
-
-    angle_0 *= value_type(.5);
-    angle_1 *= value_type(.5);
-    angle_2 *= value_type(.5);
-    
-    value_type s0 = std::sin(angle_0);
-    value_type c0 = std::cos(angle_0);
-    value_type s1 = std::sin(angle_1);
-    value_type c1 = std::cos(angle_1);
-    value_type s2 = std::sin(angle_2);
-    value_type c2 = std::cos(angle_2);
-    
-    value_type s0s2 = s0 * s2;
-    value_type s0c2 = s0 * c2;
-    value_type c0s2 = c0 * s2;
-    value_type c0c2 = c0 * c2;
-
-    if (repeat) {
-        q[I] = c1 * (c0s2 + s0c2);
-        q[J] = s1 * (c0c2 + s0s2);
-        q[K] = s1 * (c0s2 - s0c2);
-        q[W] = c1 * (c0c2 - s0s2);
-    } else {
-        q[I] = c1 * s0c2 - s1 * c0s2;
-        q[J] = c1 * s0s2 + s1 * c0c2;
-        q[K] = c1 * c0s2 - s1 * s0c2;
-        q[W] = c1 * c0c2 + s1 * s0s2;
-    }
-    if (odd) {
-        q[J] = -q[J];
-    }
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation to align with a vector, multiple vectors, or the view plane
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E,class A,class O,class C,class VecT_1,class VecT_2 > void
-quaternion_rotation_align(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const VecT_1& align,
-    const VecT_2& reference,
-    bool normalize = true,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align(m,align,reference,normalize,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C, class VecT > void
-quaternion_rotation_align(quaternion<E,A,O,C>& q, const VecT& align,
-    bool normalize = true, AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align(m,align,normalize,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E,class A,class O,class C,class VecT_1,class VecT_2 > void
-quaternion_rotation_align_axial(quaternion<E,A,O,C>& q, const VecT_1& align,
-    const VecT_2& axis, bool normalize = true,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align_axial(m,align,axis,normalize,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C, class MatT > void
-quaternion_rotation_align_viewplane(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const MatT& view_matrix,
-    Handedness handedness,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align_viewplane(m,view_matrix,handedness,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C, class MatT > void
-quaternion_rotation_align_viewplane_LH(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const MatT& view_matrix,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align_viewplane_LH(m,view_matrix,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C, class MatT > void
-quaternion_rotation_align_viewplane_RH(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const MatT& view_matrix,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_align_viewplane_RH(m,view_matrix,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation to aim at a target
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C,
-    class VecT_1, class VecT_2, class VecT_3 > void
-quaternion_rotation_aim_at(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const VecT_1& pos,
-    const VecT_2& target,
-    const VecT_3& reference,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_aim_at(m,pos,target,reference,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C,
-    class VecT_1, class VecT_2 > void
-quaternion_rotation_aim_at(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const VecT_1& pos,
-    const VecT_2& target,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_aim_at(m,pos,target,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-/** See vector_ortho.h for details */
-template < typename E, class A, class O, class C,
-    class VecT_1, class VecT_2, class VecT_3 > void
-quaternion_rotation_aim_at_axial(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const VecT_1& pos,
-    const VecT_2& target,
-    const VecT_3& axis,
-    AxisOrder order = axis_order_zyx)
-{
-    typedef matrix< E,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-    
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_aim_at_axial(m,pos,target,axis,order);
-    quaternion_rotation_matrix(q,m);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Relative rotation about world axes
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/* Rotate a quaternion about the given world axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_world_axis(quaternion<E,A,O,C>& q,size_t axis,E angle)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-
-    /* Checking */
-    detail::CheckIndex3(axis);
-
-    size_t i, j, k;
-    cyclic_permutation(axis, i, j, k);
-    
-    const size_t W = order_type::W;
-    const size_t I = order_type::X + i;
-    const size_t J = order_type::X + j;
-    const size_t K = order_type::X + k;
-    
-    angle *= value_type(.5);
-    value_type s = value_type(std::sin(angle));
-    value_type c = value_type(std::cos(angle));
-
-    quaternion_type result;
-    result[I] = c * q[I] + s * q[W];
-    result[J] = c * q[J] - s * q[K];
-    result[K] = c * q[K] + s * q[J];
-    result[W] = c * q[W] - s * q[I];
-    q = result;
-}
-
-/* Rotate a quaternion about the world x axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_world_x(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_world_axis(q,0,angle);
-}
-
-/* Rotate a quaternion about the world y axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_world_y(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_world_axis(q,1,angle);
-}
-
-/* Rotate a quaternion about the world z axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_world_z(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_world_axis(q,2,angle);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Relative rotation about local axes
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/* Rotate a quaternion about the given local axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_local_axis(quaternion<E,A,O,C>& q,size_t axis,E angle)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-
-    /* Checking */
-    detail::CheckIndex3(axis);
-
-    size_t i, j, k;
-    cyclic_permutation(axis, i, j, k);
-    
-    const size_t W = order_type::W;
-    const size_t I = order_type::X + i;
-    const size_t J = order_type::X + j;
-    const size_t K = order_type::X + k;
-    
-    angle *= value_type(.5);
-    value_type s = value_type(std::sin(angle));
-    value_type c = value_type(std::cos(angle));
-
-    quaternion_type result;
-    result[I] = c * q[I] + s * q[W];
-    result[J] = c * q[J] + s * q[K];
-    result[K] = c * q[K] - s * q[J];
-    result[W] = c * q[W] - s * q[I];
-    q = result;
-}
-
-/* Rotate a quaternion about its local x axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_local_x(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_local_axis(q,0,angle);
-}
-
-/* Rotate a quaternion about its local y axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_local_y(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_local_axis(q,1,angle);
-}
-
-/* Rotate a quaternion about its local z axis */
-template < class E, class A, class O, class C > void
-quaternion_rotate_about_local_z(quaternion<E,A,O,C>& q, E angle) {
-    quaternion_rotate_about_local_axis(q,2,angle);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Rotation from vector to vector
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/* http://www.martinb.com/maths/algebra/vectors/angleBetween/index.htm. */
-
-/** Build a quaternion to rotate from one vector to another */
-template < class E,class A,class O,class C,class VecT_1,class VecT_2 > void
-quaternion_rotation_vec_to_vec(
-    quaternion<E,A,O,C>& q,
-    const VecT_1& v1,
-    const VecT_2& v2,
-    bool unit_length_vectors = false)
-{
-    typedef quaternion<E,A,O,C> quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef vector< value_type, fixed<3> > vector_type;
-    
-    /* Checking handled by cross() */
-
-    /* @todo: If at some point quaternion<> has a set() function that takes a
-     * vector and a scalar, this can then be written as:
-     *
-     * if (...) {
-     *     q.set(value_type(1)+dot(v1,v2), cross(v1,v2));
-     * } else {
-     *     q.set(std::sqrt(...)+dot(v1,v2), cross(v1,v2));
-     * }
-     */
-     
-    vector_type c = cross(v1,v2);
-    if (unit_length_vectors) {
-        q = quaternion_type(value_type(1) + dot(v1,v2), c.data());
-    } else {
-        q = quaternion_type(
-            std::sqrt(v1.length_squared() * v2.length_squared()) + dot(v1,v2),
-            c/*.data()*/
-        );
-    }
-    q.normalize();
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Scale the angle of a rotation matrix
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-template < typename E, class A, class O, class C > void
-quaternion_scale_angle(quaternion<E,A,O,C>& q, E t,
-    E tolerance = epsilon<E>::placeholder())
-{
-    typedef vector< E,fixed<3> > vector_type;
-    typedef typename vector_type::value_type value_type;
-    
-    vector_type axis;
-    value_type angle;
-    quaternion_to_axis_angle(q, axis, angle, tolerance);
-    quaternion_rotation_axis_angle(q, axis, angle * t);
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Support functions for uniform handling of pos- and neg-cross quaternions
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-namespace detail {
-
-/** Concatenate two quaternions in the order q1->q2 */
-template < class QuatT_1, class QuatT_2 >
-typename et::QuaternionPromote2<QuatT_1,QuatT_2>::temporary_type
-quaternion_rotation_difference(
-    const QuatT_1& q1, const QuatT_2& q2, positive_cross)
-{
-    return q2 * conjugate(q1);
-}
-
-/** Concatenate two quaternions in the order q1->q2 */
-template < class QuatT_1, class QuatT_2 >
-typename et::QuaternionPromote2<QuatT_1,QuatT_2>::temporary_type
-quaternion_rotation_difference(
-    const QuatT_1& q1, const QuatT_2& q2, negative_cross)
-{
-    return conjugate(q1) * q2;
-}
-
-} // namespace detail
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Quaternions rotation difference
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Return the rotational 'difference' between two quaternions */
-template < class QuatT_1, class QuatT_2 >
-typename et::QuaternionPromote2<QuatT_1,QuatT_2>::temporary_type
-quaternion_rotation_difference(const QuatT_1& q1, const QuatT_2& q2) {
-    return detail::quaternion_rotation_difference(
-        q1, q2, typename QuatT_1::cross_type());
-}
-
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// Conversions
-//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-
-/** Convert a quaternion to an axis-angle pair */
-template < class QuatT, typename E, class A > void
-quaternion_to_axis_angle(
-    const QuatT& q,
-    vector<E,A>& axis,
-    E& angle,
-    E tolerance = epsilon<E>::placeholder())
-{
-    typedef QuatT quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef typename quaternion_type::order_type order_type;
-    
-    /* Checking */
-    detail::CheckQuat(q);
-
-    axis = q.imaginary();
-    value_type l = length(axis);
-    if (l > tolerance) {
-        axis /= l;
-        angle = value_type(2) * std::atan2(l,q.real());
-    } else {
-        axis.zero();
-        angle = value_type(0);
-    }
-}
-
-/** Convert a quaternion to an Euler-angle triple
- *
- * Note: I've implemented direct quaternion-to-Euler conversion, but as far as
- * I can tell it more or less reduces to converting the quaternion to a matrix
- * as you go. The direct method is a little more efficient in that it doesn't
- * require a temporary and only the necessary matrix elements need be
- * computed. However, the implementation is complex and there's considerable
- * opportunity for error, so from a development and debugging standpoint I
- * think it's better to just perform the conversion via matrix_to_euler(),
- * which is already known to be correct.
-*/
-
-template < class QuatT, typename Real > void
-quaternion_to_euler(
-    const QuatT& q,
-    Real& angle_0,
-    Real& angle_1,
-    Real& angle_2,
-    EulerOrder order,
-    Real tolerance = epsilon<Real>::placeholder())
-{
-    typedef QuatT quaternion_type;
-    typedef typename quaternion_type::value_type value_type;
-    typedef matrix< value_type,fixed<3,3>,row_basis,row_major > matrix_type;
-
-    matrix_type m;
-    matrix_rotation_quaternion(m, q);
-    matrix_to_euler(m, angle_0, angle_1, angle_2, order, tolerance);
-}
-
-} // namespace cml
-
-#endif
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