Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: code/archive/sound5/src/external/bullet/BulletDynamics/ConstraintSolver/btConeTwistConstraint.cpp @ 10022

Last change on this file since 10022 was 5781, checked in by rgrieder, 15 years ago

Reverted trunk again. We might want to find a way to delete these revisions again (x3n's changes are still available as diff in the commit mails).

  • Property svn:eol-style set to native
File size: 32.3 KB
Line 
1/*
2Bullet Continuous Collision Detection and Physics Library
3btConeTwistConstraint is Copyright (c) 2007 Starbreeze Studios
4
5This software is provided 'as-is', without any express or implied warranty.
6In no event will the authors be held liable for any damages arising from the use of this software.
7Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,
8including commercial applications, and to alter it and redistribute it freely,
9subject to the following restrictions:
10
111. The origin of this software must not be misrepresented; you must not claim that you wrote the original software. If you use this software in a product, an acknowledgment in the product documentation would be appreciated but is not required.
122. Altered source versions must be plainly marked as such, and must not be misrepresented as being the original software.
133. This notice may not be removed or altered from any source distribution.
14
15Written by: Marcus Hennix
16*/
17
18
19#include "btConeTwistConstraint.h"
20#include "BulletDynamics/Dynamics/btRigidBody.h"
21#include "LinearMath/btTransformUtil.h"
22#include "LinearMath/btMinMax.h"
23#include <new>
24
25//-----------------------------------------------------------------------------
26
27#define CONETWIST_USE_OBSOLETE_SOLVER false
28#define CONETWIST_DEF_FIX_THRESH btScalar(.05f)
29
30//-----------------------------------------------------------------------------
31
32btConeTwistConstraint::btConeTwistConstraint()
33:btTypedConstraint(CONETWIST_CONSTRAINT_TYPE),
34m_useSolveConstraintObsolete(CONETWIST_USE_OBSOLETE_SOLVER)
35{
36}
37
38
39btConeTwistConstraint::btConeTwistConstraint(btRigidBody& rbA,btRigidBody& rbB, 
40                                                                                         const btTransform& rbAFrame,const btTransform& rbBFrame)
41                                                                                         :btTypedConstraint(CONETWIST_CONSTRAINT_TYPE, rbA,rbB),m_rbAFrame(rbAFrame),m_rbBFrame(rbBFrame),
42                                                                                         m_angularOnly(false),
43                                                                                         m_useSolveConstraintObsolete(CONETWIST_USE_OBSOLETE_SOLVER)
44{
45        init();
46}
47
48btConeTwistConstraint::btConeTwistConstraint(btRigidBody& rbA,const btTransform& rbAFrame)
49                                                                                        :btTypedConstraint(CONETWIST_CONSTRAINT_TYPE,rbA),m_rbAFrame(rbAFrame),
50                                                                                         m_angularOnly(false),
51                                                                                         m_useSolveConstraintObsolete(CONETWIST_USE_OBSOLETE_SOLVER)
52{
53        m_rbBFrame = m_rbAFrame;
54        init(); 
55}
56
57
58void btConeTwistConstraint::init()
59{
60        m_angularOnly = false;
61        m_solveTwistLimit = false;
62        m_solveSwingLimit = false;
63        m_bMotorEnabled = false;
64        m_maxMotorImpulse = btScalar(-1);
65
66        setLimit(btScalar(1e30), btScalar(1e30), btScalar(1e30));
67        m_damping = btScalar(0.01);
68        m_fixThresh = CONETWIST_DEF_FIX_THRESH;
69}
70
71
72//-----------------------------------------------------------------------------
73
74void btConeTwistConstraint::getInfo1 (btConstraintInfo1* info)
75{
76        if (m_useSolveConstraintObsolete)
77        {
78                info->m_numConstraintRows = 0;
79                info->nub = 0;
80        } 
81        else
82        {
83                info->m_numConstraintRows = 3;
84                info->nub = 3;
85                calcAngleInfo2();
86                if(m_solveSwingLimit)
87                {
88                        info->m_numConstraintRows++;
89                        info->nub--;
90                        if((m_swingSpan1 < m_fixThresh) && (m_swingSpan2 < m_fixThresh))
91                        {
92                                info->m_numConstraintRows++;
93                                info->nub--;
94                        }
95                }
96                if(m_solveTwistLimit)
97                {
98                        info->m_numConstraintRows++;
99                        info->nub--;
100                }
101        }
102} // btConeTwistConstraint::getInfo1()
103       
104//-----------------------------------------------------------------------------
105
106void btConeTwistConstraint::getInfo2 (btConstraintInfo2* info)
107{
108        btAssert(!m_useSolveConstraintObsolete);
109        //retrieve matrices
110        btTransform body0_trans;
111        body0_trans = m_rbA.getCenterOfMassTransform();
112    btTransform body1_trans;
113        body1_trans = m_rbB.getCenterOfMassTransform();
114    // set jacobian
115    info->m_J1linearAxis[0] = 1;
116    info->m_J1linearAxis[info->rowskip+1] = 1;
117    info->m_J1linearAxis[2*info->rowskip+2] = 1;
118        btVector3 a1 = body0_trans.getBasis() * m_rbAFrame.getOrigin();
119        {
120                btVector3* angular0 = (btVector3*)(info->m_J1angularAxis);
121                btVector3* angular1 = (btVector3*)(info->m_J1angularAxis+info->rowskip);
122                btVector3* angular2 = (btVector3*)(info->m_J1angularAxis+2*info->rowskip);
123                btVector3 a1neg = -a1;
124                a1neg.getSkewSymmetricMatrix(angular0,angular1,angular2);
125        }
126        btVector3 a2 = body1_trans.getBasis() * m_rbBFrame.getOrigin();
127        {
128                btVector3* angular0 = (btVector3*)(info->m_J2angularAxis);
129                btVector3* angular1 = (btVector3*)(info->m_J2angularAxis+info->rowskip);
130                btVector3* angular2 = (btVector3*)(info->m_J2angularAxis+2*info->rowskip);
131                a2.getSkewSymmetricMatrix(angular0,angular1,angular2);
132        }
133    // set right hand side
134    btScalar k = info->fps * info->erp;
135    int j;
136        for (j=0; j<3; j++)
137    {
138        info->m_constraintError[j*info->rowskip] = k * (a2[j] + body1_trans.getOrigin()[j] - a1[j] - body0_trans.getOrigin()[j]);
139                info->m_lowerLimit[j*info->rowskip] = -SIMD_INFINITY;
140                info->m_upperLimit[j*info->rowskip] = SIMD_INFINITY;
141    }
142        int row = 3;
143    int srow = row * info->rowskip;
144        btVector3 ax1;
145        // angular limits
146        if(m_solveSwingLimit)
147        {
148                btScalar *J1 = info->m_J1angularAxis;
149                btScalar *J2 = info->m_J2angularAxis;
150                if((m_swingSpan1 < m_fixThresh) && (m_swingSpan2 < m_fixThresh))
151                {
152                        btTransform trA = m_rbA.getCenterOfMassTransform()*m_rbAFrame;
153                        btVector3 p = trA.getBasis().getColumn(1);
154                        btVector3 q = trA.getBasis().getColumn(2);
155                        int srow1 = srow + info->rowskip;
156                        J1[srow+0] = p[0];
157                        J1[srow+1] = p[1];
158                        J1[srow+2] = p[2];
159                        J1[srow1+0] = q[0];
160                        J1[srow1+1] = q[1];
161                        J1[srow1+2] = q[2];
162                        J2[srow+0] = -p[0];
163                        J2[srow+1] = -p[1];
164                        J2[srow+2] = -p[2];
165                        J2[srow1+0] = -q[0];
166                        J2[srow1+1] = -q[1];
167                        J2[srow1+2] = -q[2];
168                        btScalar fact = info->fps * m_relaxationFactor;
169                        info->m_constraintError[srow] =   fact * m_swingAxis.dot(p);
170                        info->m_constraintError[srow1] =  fact * m_swingAxis.dot(q);
171                        info->m_lowerLimit[srow] = -SIMD_INFINITY;
172                        info->m_upperLimit[srow] = SIMD_INFINITY;
173                        info->m_lowerLimit[srow1] = -SIMD_INFINITY;
174                        info->m_upperLimit[srow1] = SIMD_INFINITY;
175                        srow = srow1 + info->rowskip;
176                }
177                else
178                {
179                        ax1 = m_swingAxis * m_relaxationFactor * m_relaxationFactor;
180                        J1[srow+0] = ax1[0];
181                        J1[srow+1] = ax1[1];
182                        J1[srow+2] = ax1[2];
183                        J2[srow+0] = -ax1[0];
184                        J2[srow+1] = -ax1[1];
185                        J2[srow+2] = -ax1[2];
186                        btScalar k = info->fps * m_biasFactor;
187
188                        info->m_constraintError[srow] = k * m_swingCorrection;
189                        info->cfm[srow] = 0.0f;
190                        // m_swingCorrection is always positive or 0
191                        info->m_lowerLimit[srow] = 0;
192                        info->m_upperLimit[srow] = SIMD_INFINITY;
193                        srow += info->rowskip;
194                }
195        }
196        if(m_solveTwistLimit)
197        {
198                ax1 = m_twistAxis * m_relaxationFactor * m_relaxationFactor;
199                btScalar *J1 = info->m_J1angularAxis;
200                btScalar *J2 = info->m_J2angularAxis;
201                J1[srow+0] = ax1[0];
202                J1[srow+1] = ax1[1];
203                J1[srow+2] = ax1[2];
204                J2[srow+0] = -ax1[0];
205                J2[srow+1] = -ax1[1];
206                J2[srow+2] = -ax1[2];
207                btScalar k = info->fps * m_biasFactor;
208                info->m_constraintError[srow] = k * m_twistCorrection;
209                info->cfm[srow] = 0.0f;
210                if(m_twistSpan > 0.0f)
211                {
212
213                        if(m_twistCorrection > 0.0f)
214                        {
215                                info->m_lowerLimit[srow] = 0;
216                                info->m_upperLimit[srow] = SIMD_INFINITY;
217                        } 
218                        else
219                        {
220                                info->m_lowerLimit[srow] = -SIMD_INFINITY;
221                                info->m_upperLimit[srow] = 0;
222                        } 
223                }
224                else
225                {
226                        info->m_lowerLimit[srow] = -SIMD_INFINITY;
227                        info->m_upperLimit[srow] = SIMD_INFINITY;
228                }
229                srow += info->rowskip;
230        }
231}
232       
233//-----------------------------------------------------------------------------
234
235void    btConeTwistConstraint::buildJacobian()
236{
237        if (m_useSolveConstraintObsolete)
238        {
239                m_appliedImpulse = btScalar(0.);
240                m_accTwistLimitImpulse = btScalar(0.);
241                m_accSwingLimitImpulse = btScalar(0.);
242
243                if (!m_angularOnly)
244                {
245                        btVector3 pivotAInW = m_rbA.getCenterOfMassTransform()*m_rbAFrame.getOrigin();
246                        btVector3 pivotBInW = m_rbB.getCenterOfMassTransform()*m_rbBFrame.getOrigin();
247                        btVector3 relPos = pivotBInW - pivotAInW;
248
249                        btVector3 normal[3];
250                        if (relPos.length2() > SIMD_EPSILON)
251                        {
252                                normal[0] = relPos.normalized();
253                        }
254                        else
255                        {
256                                normal[0].setValue(btScalar(1.0),0,0);
257                        }
258
259                        btPlaneSpace1(normal[0], normal[1], normal[2]);
260
261                        for (int i=0;i<3;i++)
262                        {
263                                new (&m_jac[i]) btJacobianEntry(
264                                m_rbA.getCenterOfMassTransform().getBasis().transpose(),
265                                m_rbB.getCenterOfMassTransform().getBasis().transpose(),
266                                pivotAInW - m_rbA.getCenterOfMassPosition(),
267                                pivotBInW - m_rbB.getCenterOfMassPosition(),
268                                normal[i],
269                                m_rbA.getInvInertiaDiagLocal(),
270                                m_rbA.getInvMass(),
271                                m_rbB.getInvInertiaDiagLocal(),
272                                m_rbB.getInvMass());
273                        }
274                }
275
276                calcAngleInfo2();
277        }
278}
279
280//-----------------------------------------------------------------------------
281
282void    btConeTwistConstraint::solveConstraintObsolete(btSolverBody& bodyA,btSolverBody& bodyB,btScalar timeStep)
283{
284        if (m_useSolveConstraintObsolete)
285        {
286                btVector3 pivotAInW = m_rbA.getCenterOfMassTransform()*m_rbAFrame.getOrigin();
287                btVector3 pivotBInW = m_rbB.getCenterOfMassTransform()*m_rbBFrame.getOrigin();
288
289                btScalar tau = btScalar(0.3);
290
291                //linear part
292                if (!m_angularOnly)
293                {
294                        btVector3 rel_pos1 = pivotAInW - m_rbA.getCenterOfMassPosition(); 
295                        btVector3 rel_pos2 = pivotBInW - m_rbB.getCenterOfMassPosition();
296
297                        btVector3 vel1;
298                        bodyA.getVelocityInLocalPointObsolete(rel_pos1,vel1);
299                        btVector3 vel2;
300                        bodyB.getVelocityInLocalPointObsolete(rel_pos2,vel2);
301                        btVector3 vel = vel1 - vel2;
302
303                        for (int i=0;i<3;i++)
304                        {               
305                                const btVector3& normal = m_jac[i].m_linearJointAxis;
306                                btScalar jacDiagABInv = btScalar(1.) / m_jac[i].getDiagonal();
307
308                                btScalar rel_vel;
309                                rel_vel = normal.dot(vel);
310                                //positional error (zeroth order error)
311                                btScalar depth = -(pivotAInW - pivotBInW).dot(normal); //this is the error projected on the normal
312                                btScalar impulse = depth*tau/timeStep  * jacDiagABInv -  rel_vel * jacDiagABInv;
313                                m_appliedImpulse += impulse;
314                               
315                                btVector3 ftorqueAxis1 = rel_pos1.cross(normal);
316                                btVector3 ftorqueAxis2 = rel_pos2.cross(normal);
317                                bodyA.applyImpulse(normal*m_rbA.getInvMass(), m_rbA.getInvInertiaTensorWorld()*ftorqueAxis1,impulse);
318                                bodyB.applyImpulse(normal*m_rbB.getInvMass(), m_rbB.getInvInertiaTensorWorld()*ftorqueAxis2,-impulse);
319               
320                        }
321                }
322
323                // apply motor
324                if (m_bMotorEnabled)
325                {
326                        // compute current and predicted transforms
327                        btTransform trACur = m_rbA.getCenterOfMassTransform();
328                        btTransform trBCur = m_rbB.getCenterOfMassTransform();
329                        btVector3 omegaA; bodyA.getAngularVelocity(omegaA);
330                        btVector3 omegaB; bodyB.getAngularVelocity(omegaB);
331                        btTransform trAPred; trAPred.setIdentity(); 
332                        btVector3 zerovec(0,0,0);
333                        btTransformUtil::integrateTransform(
334                                trACur, zerovec, omegaA, timeStep, trAPred);
335                        btTransform trBPred; trBPred.setIdentity(); 
336                        btTransformUtil::integrateTransform(
337                                trBCur, zerovec, omegaB, timeStep, trBPred);
338
339                        // compute desired transforms in world
340                        btTransform trPose(m_qTarget);
341                        btTransform trABDes = m_rbBFrame * trPose * m_rbAFrame.inverse();
342                        btTransform trADes = trBPred * trABDes;
343                        btTransform trBDes = trAPred * trABDes.inverse();
344
345                        // compute desired omegas in world
346                        btVector3 omegaADes, omegaBDes;
347                       
348                        btTransformUtil::calculateVelocity(trACur, trADes, timeStep, zerovec, omegaADes);
349                        btTransformUtil::calculateVelocity(trBCur, trBDes, timeStep, zerovec, omegaBDes);
350
351                        // compute delta omegas
352                        btVector3 dOmegaA = omegaADes - omegaA;
353                        btVector3 dOmegaB = omegaBDes - omegaB;
354
355                        // compute weighted avg axis of dOmega (weighting based on inertias)
356                        btVector3 axisA, axisB;
357                        btScalar kAxisAInv = 0, kAxisBInv = 0;
358
359                        if (dOmegaA.length2() > SIMD_EPSILON)
360                        {
361                                axisA = dOmegaA.normalized();
362                                kAxisAInv = getRigidBodyA().computeAngularImpulseDenominator(axisA);
363                        }
364
365                        if (dOmegaB.length2() > SIMD_EPSILON)
366                        {
367                                axisB = dOmegaB.normalized();
368                                kAxisBInv = getRigidBodyB().computeAngularImpulseDenominator(axisB);
369                        }
370
371                        btVector3 avgAxis = kAxisAInv * axisA + kAxisBInv * axisB;
372
373                        static bool bDoTorque = true;
374                        if (bDoTorque && avgAxis.length2() > SIMD_EPSILON)
375                        {
376                                avgAxis.normalize();
377                                kAxisAInv = getRigidBodyA().computeAngularImpulseDenominator(avgAxis);
378                                kAxisBInv = getRigidBodyB().computeAngularImpulseDenominator(avgAxis);
379                                btScalar kInvCombined = kAxisAInv + kAxisBInv;
380
381                                btVector3 impulse = (kAxisAInv * dOmegaA - kAxisBInv * dOmegaB) /
382                                                                        (kInvCombined * kInvCombined);
383
384                                if (m_maxMotorImpulse >= 0)
385                                {
386                                        btScalar fMaxImpulse = m_maxMotorImpulse;
387                                        if (m_bNormalizedMotorStrength)
388                                                fMaxImpulse = fMaxImpulse/kAxisAInv;
389
390                                        btVector3 newUnclampedAccImpulse = m_accMotorImpulse + impulse;
391                                        btScalar  newUnclampedMag = newUnclampedAccImpulse.length();
392                                        if (newUnclampedMag > fMaxImpulse)
393                                        {
394                                                newUnclampedAccImpulse.normalize();
395                                                newUnclampedAccImpulse *= fMaxImpulse;
396                                                impulse = newUnclampedAccImpulse - m_accMotorImpulse;
397                                        }
398                                        m_accMotorImpulse += impulse;
399                                }
400
401                                btScalar  impulseMag  = impulse.length();
402                                btVector3 impulseAxis =  impulse / impulseMag;
403
404                                bodyA.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbA.getInvInertiaTensorWorld()*impulseAxis, impulseMag);
405                                bodyB.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbB.getInvInertiaTensorWorld()*impulseAxis, -impulseMag);
406
407                        }
408                }
409                else // no motor: do a little damping
410                {
411                        const btVector3& angVelA = getRigidBodyA().getAngularVelocity();
412                        const btVector3& angVelB = getRigidBodyB().getAngularVelocity();
413                        btVector3 relVel = angVelB - angVelA;
414                        if (relVel.length2() > SIMD_EPSILON)
415                        {
416                                btVector3 relVelAxis = relVel.normalized();
417                                btScalar m_kDamping =  btScalar(1.) /
418                                        (getRigidBodyA().computeAngularImpulseDenominator(relVelAxis) +
419                                         getRigidBodyB().computeAngularImpulseDenominator(relVelAxis));
420                                btVector3 impulse = m_damping * m_kDamping * relVel;
421
422                                btScalar  impulseMag  = impulse.length();
423                                btVector3 impulseAxis = impulse / impulseMag;
424                                bodyA.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbA.getInvInertiaTensorWorld()*impulseAxis, impulseMag);
425                                bodyB.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbB.getInvInertiaTensorWorld()*impulseAxis, -impulseMag);
426                        }
427                }
428
429                // joint limits
430                {
431                        ///solve angular part
432                        btVector3 angVelA;
433                        bodyA.getAngularVelocity(angVelA);
434                        btVector3 angVelB;
435                        bodyB.getAngularVelocity(angVelB);
436
437                        // solve swing limit
438                        if (m_solveSwingLimit)
439                        {
440                                btScalar amplitude = m_swingLimitRatio * m_swingCorrection*m_biasFactor/timeStep;
441                                btScalar relSwingVel = (angVelB - angVelA).dot(m_swingAxis);
442                                if (relSwingVel > 0)
443                                        amplitude += m_swingLimitRatio * relSwingVel * m_relaxationFactor;
444                                btScalar impulseMag = amplitude * m_kSwing;
445
446                                // Clamp the accumulated impulse
447                                btScalar temp = m_accSwingLimitImpulse;
448                                m_accSwingLimitImpulse = btMax(m_accSwingLimitImpulse + impulseMag, btScalar(0.0) );
449                                impulseMag = m_accSwingLimitImpulse - temp;
450
451                                btVector3 impulse = m_swingAxis * impulseMag;
452
453                                // don't let cone response affect twist
454                                // (this can happen since body A's twist doesn't match body B's AND we use an elliptical cone limit)
455                                {
456                                        btVector3 impulseTwistCouple = impulse.dot(m_twistAxisA) * m_twistAxisA;
457                                        btVector3 impulseNoTwistCouple = impulse - impulseTwistCouple;
458                                        impulse = impulseNoTwistCouple;
459                                }
460
461                                impulseMag = impulse.length();
462                                btVector3 noTwistSwingAxis = impulse / impulseMag;
463
464                                bodyA.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbA.getInvInertiaTensorWorld()*noTwistSwingAxis, impulseMag);
465                                bodyB.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbB.getInvInertiaTensorWorld()*noTwistSwingAxis, -impulseMag);
466                        }
467
468
469                        // solve twist limit
470                        if (m_solveTwistLimit)
471                        {
472                                btScalar amplitude = m_twistLimitRatio * m_twistCorrection*m_biasFactor/timeStep;
473                                btScalar relTwistVel = (angVelB - angVelA).dot( m_twistAxis );
474                                if (relTwistVel > 0) // only damp when moving towards limit (m_twistAxis flipping is important)
475                                        amplitude += m_twistLimitRatio * relTwistVel * m_relaxationFactor;
476                                btScalar impulseMag = amplitude * m_kTwist;
477
478                                // Clamp the accumulated impulse
479                                btScalar temp = m_accTwistLimitImpulse;
480                                m_accTwistLimitImpulse = btMax(m_accTwistLimitImpulse + impulseMag, btScalar(0.0) );
481                                impulseMag = m_accTwistLimitImpulse - temp;
482
483                                btVector3 impulse = m_twistAxis * impulseMag;
484
485                                bodyA.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbA.getInvInertiaTensorWorld()*m_twistAxis,impulseMag);
486                                bodyB.applyImpulse(btVector3(0,0,0), m_rbB.getInvInertiaTensorWorld()*m_twistAxis,-impulseMag);
487                        }               
488                }
489        }
490
491}
492
493//-----------------------------------------------------------------------------
494
495void    btConeTwistConstraint::updateRHS(btScalar       timeStep)
496{
497        (void)timeStep;
498
499}
500
501//-----------------------------------------------------------------------------
502
503void btConeTwistConstraint::calcAngleInfo()
504{
505        m_swingCorrection = btScalar(0.);
506        m_twistLimitSign = btScalar(0.);
507        m_solveTwistLimit = false;
508        m_solveSwingLimit = false;
509
510        btVector3 b1Axis1,b1Axis2,b1Axis3;
511        btVector3 b2Axis1,b2Axis2;
512
513        b1Axis1 = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * this->m_rbAFrame.getBasis().getColumn(0);
514        b2Axis1 = getRigidBodyB().getCenterOfMassTransform().getBasis() * this->m_rbBFrame.getBasis().getColumn(0);
515
516        btScalar swing1=btScalar(0.),swing2 = btScalar(0.);
517
518        btScalar swx=btScalar(0.),swy = btScalar(0.);
519        btScalar thresh = btScalar(10.);
520        btScalar fact;
521
522        // Get Frame into world space
523        if (m_swingSpan1 >= btScalar(0.05f))
524        {
525                b1Axis2 = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * this->m_rbAFrame.getBasis().getColumn(1);
526                swx = b2Axis1.dot(b1Axis1);
527                swy = b2Axis1.dot(b1Axis2);
528                swing1  = btAtan2Fast(swy, swx);
529                fact = (swy*swy + swx*swx) * thresh * thresh;
530                fact = fact / (fact + btScalar(1.0));
531                swing1 *= fact; 
532        }
533
534        if (m_swingSpan2 >= btScalar(0.05f))
535        {
536                b1Axis3 = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * this->m_rbAFrame.getBasis().getColumn(2);                     
537                swx = b2Axis1.dot(b1Axis1);
538                swy = b2Axis1.dot(b1Axis3);
539                swing2  = btAtan2Fast(swy, swx);
540                fact = (swy*swy + swx*swx) * thresh * thresh;
541                fact = fact / (fact + btScalar(1.0));
542                swing2 *= fact; 
543        }
544
545        btScalar RMaxAngle1Sq = 1.0f / (m_swingSpan1*m_swingSpan1);             
546        btScalar RMaxAngle2Sq = 1.0f / (m_swingSpan2*m_swingSpan2);     
547        btScalar EllipseAngle = btFabs(swing1*swing1)* RMaxAngle1Sq + btFabs(swing2*swing2) * RMaxAngle2Sq;
548
549        if (EllipseAngle > 1.0f)
550        {
551                m_swingCorrection = EllipseAngle-1.0f;
552                m_solveSwingLimit = true;
553                // Calculate necessary axis & factors
554                m_swingAxis = b2Axis1.cross(b1Axis2* b2Axis1.dot(b1Axis2) + b1Axis3* b2Axis1.dot(b1Axis3));
555                m_swingAxis.normalize();
556                btScalar swingAxisSign = (b2Axis1.dot(b1Axis1) >= 0.0f) ? 1.0f : -1.0f;
557                m_swingAxis *= swingAxisSign;
558        }
559
560        // Twist limits
561        if (m_twistSpan >= btScalar(0.))
562        {
563                btVector3 b2Axis2 = getRigidBodyB().getCenterOfMassTransform().getBasis() * this->m_rbBFrame.getBasis().getColumn(1);
564                btQuaternion rotationArc = shortestArcQuat(b2Axis1,b1Axis1);
565                btVector3 TwistRef = quatRotate(rotationArc,b2Axis2); 
566                btScalar twist = btAtan2Fast( TwistRef.dot(b1Axis3), TwistRef.dot(b1Axis2) );
567                m_twistAngle = twist;
568
569//              btScalar lockedFreeFactor = (m_twistSpan > btScalar(0.05f)) ? m_limitSoftness : btScalar(0.);
570                btScalar lockedFreeFactor = (m_twistSpan > btScalar(0.05f)) ? btScalar(1.0f) : btScalar(0.);
571                if (twist <= -m_twistSpan*lockedFreeFactor)
572                {
573                        m_twistCorrection = -(twist + m_twistSpan);
574                        m_solveTwistLimit = true;
575                        m_twistAxis = (b2Axis1 + b1Axis1) * 0.5f;
576                        m_twistAxis.normalize();
577                        m_twistAxis *= -1.0f;
578                }
579                else if (twist >  m_twistSpan*lockedFreeFactor)
580                {
581                        m_twistCorrection = (twist - m_twistSpan);
582                        m_solveTwistLimit = true;
583                        m_twistAxis = (b2Axis1 + b1Axis1) * 0.5f;
584                        m_twistAxis.normalize();
585                }
586        }
587} // btConeTwistConstraint::calcAngleInfo()
588
589
590static btVector3 vTwist(1,0,0); // twist axis in constraint's space
591
592//-----------------------------------------------------------------------------
593
594void btConeTwistConstraint::calcAngleInfo2()
595{
596        m_swingCorrection = btScalar(0.);
597        m_twistLimitSign = btScalar(0.);
598        m_solveTwistLimit = false;
599        m_solveSwingLimit = false;
600
601        {
602                // compute rotation of A wrt B (in constraint space)
603                btQuaternion qA = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getRotation() * m_rbAFrame.getRotation();
604                btQuaternion qB = getRigidBodyB().getCenterOfMassTransform().getRotation() * m_rbBFrame.getRotation();
605                btQuaternion qAB = qB.inverse() * qA;
606
607                // split rotation into cone and twist
608                // (all this is done from B's perspective. Maybe I should be averaging axes...)
609                btVector3 vConeNoTwist = quatRotate(qAB, vTwist); vConeNoTwist.normalize();
610                btQuaternion qABCone  = shortestArcQuat(vTwist, vConeNoTwist); qABCone.normalize();
611                btQuaternion qABTwist = qABCone.inverse() * qAB; qABTwist.normalize();
612
613                if (m_swingSpan1 >= m_fixThresh && m_swingSpan2 >= m_fixThresh)
614                {
615                        btScalar swingAngle, swingLimit = 0; btVector3 swingAxis;
616                        computeConeLimitInfo(qABCone, swingAngle, swingAxis, swingLimit);
617
618                        if (swingAngle > swingLimit * m_limitSoftness)
619                        {
620                                m_solveSwingLimit = true;
621
622                                // compute limit ratio: 0->1, where
623                                // 0 == beginning of soft limit
624                                // 1 == hard/real limit
625                                m_swingLimitRatio = 1.f;
626                                if (swingAngle < swingLimit && m_limitSoftness < 1.f - SIMD_EPSILON)
627                                {
628                                        m_swingLimitRatio = (swingAngle - swingLimit * m_limitSoftness)/
629                                                                                (swingLimit - swingLimit * m_limitSoftness);
630                                }                               
631
632                                // swing correction tries to get back to soft limit
633                                m_swingCorrection = swingAngle - (swingLimit * m_limitSoftness);
634
635                                // adjustment of swing axis (based on ellipse normal)
636                                adjustSwingAxisToUseEllipseNormal(swingAxis);
637
638                                // Calculate necessary axis & factors           
639                                m_swingAxis = quatRotate(qB, -swingAxis);
640
641                                m_twistAxisA.setValue(0,0,0);
642
643                                m_kSwing =  btScalar(1.) /
644                                        (getRigidBodyA().computeAngularImpulseDenominator(m_swingAxis) +
645                                         getRigidBodyB().computeAngularImpulseDenominator(m_swingAxis));
646                        }
647                }
648                else
649                {
650                        // you haven't set any limits;
651                        // or you're trying to set at least one of the swing limits too small. (if so, do you really want a conetwist constraint?)
652                        // anyway, we have either hinge or fixed joint
653                        btVector3 ivA = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * m_rbAFrame.getBasis().getColumn(0);
654                        btVector3 jvA = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * m_rbAFrame.getBasis().getColumn(1);
655                        btVector3 kvA = getRigidBodyA().getCenterOfMassTransform().getBasis() * m_rbAFrame.getBasis().getColumn(2);
656                        btVector3 ivB = getRigidBodyB().getCenterOfMassTransform().getBasis() * m_rbBFrame.getBasis().getColumn(0);
657                        btVector3 target;
658                        btScalar x = ivB.dot(ivA);
659                        btScalar y = ivB.dot(jvA);
660                        btScalar z = ivB.dot(kvA);
661                        if((m_swingSpan1 < m_fixThresh) && (m_swingSpan2 < m_fixThresh))
662                        { // fixed. We'll need to add one more row to constraint
663                                if((!btFuzzyZero(y)) || (!(btFuzzyZero(z))))
664                                {
665                                        m_solveSwingLimit = true;
666                                        m_swingAxis = -ivB.cross(ivA);
667                                }
668                        }
669                        else
670                        {
671                                if(m_swingSpan1 < m_fixThresh)
672                                { // hinge around Y axis
673                                        if(!(btFuzzyZero(y)))
674                                        {
675                                                m_solveSwingLimit = true;
676                                                if(m_swingSpan2 >= m_fixThresh)
677                                                {
678                                                        y = btScalar(0.f);
679                                                        btScalar span2 = btAtan2(z, x);
680                                                        if(span2 > m_swingSpan2)
681                                                        {
682                                                                x = btCos(m_swingSpan2);
683                                                                z = btSin(m_swingSpan2);
684                                                        }
685                                                        else if(span2 < -m_swingSpan2)
686                                                        {
687                                                                x =  btCos(m_swingSpan2);
688                                                                z = -btSin(m_swingSpan2);
689                                                        }
690                                                }
691                                        }
692                                }
693                                else
694                                { // hinge around Z axis
695                                        if(!btFuzzyZero(z))
696                                        {
697                                                m_solveSwingLimit = true;
698                                                if(m_swingSpan1 >= m_fixThresh)
699                                                {
700                                                        z = btScalar(0.f);
701                                                        btScalar span1 = btAtan2(y, x);
702                                                        if(span1 > m_swingSpan1)
703                                                        {
704                                                                x = btCos(m_swingSpan1);
705                                                                y = btSin(m_swingSpan1);
706                                                        }
707                                                        else if(span1 < -m_swingSpan1)
708                                                        {
709                                                                x =  btCos(m_swingSpan1);
710                                                                y = -btSin(m_swingSpan1);
711                                                        }
712                                                }
713                                        }
714                                }
715                                target[0] = x * ivA[0] + y * jvA[0] + z * kvA[0];
716                                target[1] = x * ivA[1] + y * jvA[1] + z * kvA[1];
717                                target[2] = x * ivA[2] + y * jvA[2] + z * kvA[2];
718                                target.normalize();
719                                m_swingAxis = -ivB.cross(target);
720                                m_swingCorrection = m_swingAxis.length();
721                                m_swingAxis.normalize();
722                        }
723                }
724
725                if (m_twistSpan >= btScalar(0.f))
726                {
727                        btVector3 twistAxis;
728                        computeTwistLimitInfo(qABTwist, m_twistAngle, twistAxis);
729
730                        if (m_twistAngle > m_twistSpan*m_limitSoftness)
731                        {
732                                m_solveTwistLimit = true;
733
734                                m_twistLimitRatio = 1.f;
735                                if (m_twistAngle < m_twistSpan && m_limitSoftness < 1.f - SIMD_EPSILON)
736                                {
737                                        m_twistLimitRatio = (m_twistAngle - m_twistSpan * m_limitSoftness)/
738                                                                                (m_twistSpan  - m_twistSpan * m_limitSoftness);
739                                }
740
741                                // twist correction tries to get back to soft limit
742                                m_twistCorrection = m_twistAngle - (m_twistSpan * m_limitSoftness);
743
744                                m_twistAxis = quatRotate(qB, -twistAxis);
745
746                                m_kTwist = btScalar(1.) /
747                                        (getRigidBodyA().computeAngularImpulseDenominator(m_twistAxis) +
748                                         getRigidBodyB().computeAngularImpulseDenominator(m_twistAxis));
749                        }
750
751                        if (m_solveSwingLimit)
752                                m_twistAxisA = quatRotate(qA, -twistAxis);
753                }
754                else
755                {
756                        m_twistAngle = btScalar(0.f);
757                }
758        }
759} // btConeTwistConstraint::calcAngleInfo2()
760
761
762
763// given a cone rotation in constraint space, (pre: twist must already be removed)
764// this method computes its corresponding swing angle and axis.
765// more interestingly, it computes the cone/swing limit (angle) for this cone "pose".
766void btConeTwistConstraint::computeConeLimitInfo(const btQuaternion& qCone,
767                                                                                                 btScalar& swingAngle, // out
768                                                                                                 btVector3& vSwingAxis, // out
769                                                                                                 btScalar& swingLimit) // out
770{
771        swingAngle = qCone.getAngle();
772        if (swingAngle > SIMD_EPSILON)
773        {
774                vSwingAxis = btVector3(qCone.x(), qCone.y(), qCone.z());
775                vSwingAxis.normalize();
776                if (fabs(vSwingAxis.x()) > SIMD_EPSILON)
777                {
778                        // non-zero twist?! this should never happen.
779                        int wtf = 0; wtf = wtf;
780                }
781
782                // Compute limit for given swing. tricky:
783                // Given a swing axis, we're looking for the intersection with the bounding cone ellipse.
784                // (Since we're dealing with angles, this ellipse is embedded on the surface of a sphere.)
785
786                // For starters, compute the direction from center to surface of ellipse.
787                // This is just the perpendicular (ie. rotate 2D vector by PI/2) of the swing axis.
788                // (vSwingAxis is the cone rotation (in z,y); change vars and rotate to (x,y) coords.)
789                btScalar xEllipse =  vSwingAxis.y();
790                btScalar yEllipse = -vSwingAxis.z();
791
792                // Now, we use the slope of the vector (using x/yEllipse) and find the length
793                // of the line that intersects the ellipse:
794                //  x^2   y^2
795                //  --- + --- = 1, where a and b are semi-major axes 2 and 1 respectively (ie. the limits)
796                //  a^2   b^2
797                // Do the math and it should be clear.
798
799                swingLimit = m_swingSpan1; // if xEllipse == 0, we have a pure vSwingAxis.z rotation: just use swingspan1
800                if (fabs(xEllipse) > SIMD_EPSILON)
801                {
802                        btScalar surfaceSlope2 = (yEllipse*yEllipse)/(xEllipse*xEllipse);
803                        btScalar norm = 1 / (m_swingSpan2 * m_swingSpan2);
804                        norm += surfaceSlope2 / (m_swingSpan1 * m_swingSpan1);
805                        btScalar swingLimit2 = (1 + surfaceSlope2) / norm;
806                        swingLimit = sqrt(swingLimit2);
807                }
808
809                // test!
810                /*swingLimit = m_swingSpan2;
811                if (fabs(vSwingAxis.z()) > SIMD_EPSILON)
812                {
813                btScalar mag_2 = m_swingSpan1*m_swingSpan1 + m_swingSpan2*m_swingSpan2;
814                btScalar sinphi = m_swingSpan2 / sqrt(mag_2);
815                btScalar phi = asin(sinphi);
816                btScalar theta = atan2(fabs(vSwingAxis.y()),fabs(vSwingAxis.z()));
817                btScalar alpha = 3.14159f - theta - phi;
818                btScalar sinalpha = sin(alpha);
819                swingLimit = m_swingSpan1 * sinphi/sinalpha;
820                }*/
821        }
822        else if (swingAngle < 0)
823        {
824                // this should never happen!
825                int wtf = 0; wtf = wtf;
826        }
827}
828
829btVector3 btConeTwistConstraint::GetPointForAngle(btScalar fAngleInRadians, btScalar fLength) const
830{
831        // compute x/y in ellipse using cone angle (0 -> 2*PI along surface of cone)
832        btScalar xEllipse = btCos(fAngleInRadians);
833        btScalar yEllipse = btSin(fAngleInRadians);
834
835        // Use the slope of the vector (using x/yEllipse) and find the length
836        // of the line that intersects the ellipse:
837        //  x^2   y^2
838        //  --- + --- = 1, where a and b are semi-major axes 2 and 1 respectively (ie. the limits)
839        //  a^2   b^2
840        // Do the math and it should be clear.
841
842        float swingLimit = m_swingSpan1; // if xEllipse == 0, just use axis b (1)
843        if (fabs(xEllipse) > SIMD_EPSILON)
844        {
845                btScalar surfaceSlope2 = (yEllipse*yEllipse)/(xEllipse*xEllipse);
846                btScalar norm = 1 / (m_swingSpan2 * m_swingSpan2);
847                norm += surfaceSlope2 / (m_swingSpan1 * m_swingSpan1);
848                btScalar swingLimit2 = (1 + surfaceSlope2) / norm;
849                swingLimit = sqrt(swingLimit2);
850        }
851
852        // convert into point in constraint space:
853        // note: twist is x-axis, swing 1 and 2 are along the z and y axes respectively
854        btVector3 vSwingAxis(0, xEllipse, -yEllipse);
855        btQuaternion qSwing(vSwingAxis, swingLimit);
856        btVector3 vPointInConstraintSpace(fLength,0,0);
857        return quatRotate(qSwing, vPointInConstraintSpace);
858}
859
860// given a twist rotation in constraint space, (pre: cone must already be removed)
861// this method computes its corresponding angle and axis.
862void btConeTwistConstraint::computeTwistLimitInfo(const btQuaternion& qTwist,
863                                                                                                  btScalar& twistAngle, // out
864                                                                                                  btVector3& vTwistAxis) // out
865{
866        btQuaternion qMinTwist = qTwist;
867        twistAngle = qTwist.getAngle();
868
869        if (twistAngle > SIMD_PI) // long way around. flip quat and recalculate.
870        {
871                qMinTwist = operator-(qTwist);
872                twistAngle = qMinTwist.getAngle();
873        }
874        if (twistAngle < 0)
875        {
876                // this should never happen
877                int wtf = 0; wtf = wtf;                 
878        }
879
880        vTwistAxis = btVector3(qMinTwist.x(), qMinTwist.y(), qMinTwist.z());
881        if (twistAngle > SIMD_EPSILON)
882                vTwistAxis.normalize();
883}
884
885
886void btConeTwistConstraint::adjustSwingAxisToUseEllipseNormal(btVector3& vSwingAxis) const
887{
888        // the swing axis is computed as the "twist-free" cone rotation,
889        // but the cone limit is not circular, but elliptical (if swingspan1 != swingspan2).
890        // so, if we're outside the limits, the closest way back inside the cone isn't
891        // along the vector back to the center. better (and more stable) to use the ellipse normal.
892
893        // convert swing axis to direction from center to surface of ellipse
894        // (ie. rotate 2D vector by PI/2)
895        btScalar y = -vSwingAxis.z();
896        btScalar z =  vSwingAxis.y();
897
898        // do the math...
899        if (fabs(z) > SIMD_EPSILON) // avoid division by 0. and we don't need an update if z == 0.
900        {
901                // compute gradient/normal of ellipse surface at current "point"
902                btScalar grad = y/z;
903                grad *= m_swingSpan2 / m_swingSpan1;
904
905                // adjust y/z to represent normal at point (instead of vector to point)
906                if (y > 0)
907                        y =  fabs(grad * z);
908                else
909                        y = -fabs(grad * z);
910
911                // convert ellipse direction back to swing axis
912                vSwingAxis.setZ(-y);
913                vSwingAxis.setY( z);
914                vSwingAxis.normalize();
915        }
916}
917
918
919
920void btConeTwistConstraint::setMotorTarget(const btQuaternion &q)
921{
922        btTransform trACur = m_rbA.getCenterOfMassTransform();
923        btTransform trBCur = m_rbB.getCenterOfMassTransform();
924        btTransform trABCur = trBCur.inverse() * trACur;
925        btQuaternion qABCur = trABCur.getRotation();
926        btTransform trConstraintCur = (trBCur * m_rbBFrame).inverse() * (trACur * m_rbAFrame);
927        btQuaternion qConstraintCur = trConstraintCur.getRotation();
928
929        btQuaternion qConstraint = m_rbBFrame.getRotation().inverse() * q * m_rbAFrame.getRotation();
930        setMotorTargetInConstraintSpace(qConstraint);
931}
932
933
934void btConeTwistConstraint::setMotorTargetInConstraintSpace(const btQuaternion &q)
935{
936        m_qTarget = q;
937
938        // clamp motor target to within limits
939        {
940                btScalar softness = 1.f;//m_limitSoftness;
941
942                // split into twist and cone
943                btVector3 vTwisted = quatRotate(m_qTarget, vTwist);
944                btQuaternion qTargetCone  = shortestArcQuat(vTwist, vTwisted); qTargetCone.normalize();
945                btQuaternion qTargetTwist = qTargetCone.inverse() * m_qTarget; qTargetTwist.normalize();
946
947                // clamp cone
948                if (m_swingSpan1 >= btScalar(0.05f) && m_swingSpan2 >= btScalar(0.05f))
949                {
950                        btScalar swingAngle, swingLimit; btVector3 swingAxis;
951                        computeConeLimitInfo(qTargetCone, swingAngle, swingAxis, swingLimit);
952
953                        if (fabs(swingAngle) > SIMD_EPSILON)
954                        {
955                                if (swingAngle > swingLimit*softness)
956                                        swingAngle = swingLimit*softness;
957                                else if (swingAngle < -swingLimit*softness)
958                                        swingAngle = -swingLimit*softness;
959                                qTargetCone = btQuaternion(swingAxis, swingAngle);
960                        }
961                }
962
963                // clamp twist
964                if (m_twistSpan >= btScalar(0.05f))
965                {
966                        btScalar twistAngle; btVector3 twistAxis;
967                        computeTwistLimitInfo(qTargetTwist, twistAngle, twistAxis);
968
969                        if (fabs(twistAngle) > SIMD_EPSILON)
970                        {
971                                // eddy todo: limitSoftness used here???
972                                if (twistAngle > m_twistSpan*softness)
973                                        twistAngle = m_twistSpan*softness;
974                                else if (twistAngle < -m_twistSpan*softness)
975                                        twistAngle = -m_twistSpan*softness;
976                                qTargetTwist = btQuaternion(twistAxis, twistAngle);
977                        }
978                }
979
980                m_qTarget = qTargetCone * qTargetTwist;
981        }
982}
983
984
985//-----------------------------------------------------------------------------
986//-----------------------------------------------------------------------------
987//-----------------------------------------------------------------------------
988
989
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.