Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: code/branches/ode/ode-0.9/ode/src/rotation.cpp @ 216

Last change on this file since 216 was 216, checked in by mathiask, 17 years ago

[Physik] add ode-0.9

File size: 8.4 KB
Line 
1/*************************************************************************
2 *                                                                       *
3 * Open Dynamics Engine, Copyright (C) 2001,2002 Russell L. Smith.       *
4 * All rights reserved.  Email: russ@q12.org   Web: www.q12.org          *
5 *                                                                       *
6 * This library is free software; you can redistribute it and/or         *
7 * modify it under the terms of EITHER:                                  *
8 *   (1) The GNU Lesser General Public License as published by the Free  *
9 *       Software Foundation; either version 2.1 of the License, or (at  *
10 *       your option) any later version. The text of the GNU Lesser      *
11 *       General Public License is included with this library in the     *
12 *       file LICENSE.TXT.                                               *
13 *   (2) The BSD-style license that is included with this library in     *
14 *       the file LICENSE-BSD.TXT.                                       *
15 *                                                                       *
16 * This library is distributed in the hope that it will be useful,       *
17 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of        *
18 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the files    *
19 * LICENSE.TXT and LICENSE-BSD.TXT for more details.                     *
20 *                                                                       *
21 *************************************************************************/
22
23/*
24
25quaternions have the format: (s,vx,vy,vz) where (vx,vy,vz) is the
26"rotation axis" and s is the "rotation angle".
27
28*/
29
30#include <ode/rotation.h>
31#include <ode/odemath.h>
32
33
34#define _R(i,j) R[(i)*4+(j)]
35
36#define SET_3x3_IDENTITY \
37  _R(0,0) = REAL(1.0); \
38  _R(0,1) = REAL(0.0); \
39  _R(0,2) = REAL(0.0); \
40  _R(0,3) = REAL(0.0); \
41  _R(1,0) = REAL(0.0); \
42  _R(1,1) = REAL(1.0); \
43  _R(1,2) = REAL(0.0); \
44  _R(1,3) = REAL(0.0); \
45  _R(2,0) = REAL(0.0); \
46  _R(2,1) = REAL(0.0); \
47  _R(2,2) = REAL(1.0); \
48  _R(2,3) = REAL(0.0);
49
50
51void dRSetIdentity (dMatrix3 R)
52{
53  dAASSERT (R);
54  SET_3x3_IDENTITY;
55}
56
57
58void dRFromAxisAndAngle (dMatrix3 R, dReal ax, dReal ay, dReal az,
59                         dReal angle)
60{
61  dAASSERT (R);
62  dQuaternion q;
63  dQFromAxisAndAngle (q,ax,ay,az,angle);
64  dQtoR (q,R);
65}
66
67
68void dRFromEulerAngles (dMatrix3 R, dReal phi, dReal theta, dReal psi)
69{
70  dReal sphi,cphi,stheta,ctheta,spsi,cpsi;
71  dAASSERT (R);
72  sphi = dSin(phi);
73  cphi = dCos(phi);
74  stheta = dSin(theta);
75  ctheta = dCos(theta);
76  spsi = dSin(psi);
77  cpsi = dCos(psi);
78  _R(0,0) = cpsi*ctheta;
79  _R(0,1) = spsi*ctheta;
80  _R(0,2) =-stheta;
81  _R(0,3) = REAL(0.0);
82  _R(1,0) = cpsi*stheta*sphi - spsi*cphi;
83  _R(1,1) = spsi*stheta*sphi + cpsi*cphi;
84  _R(1,2) = ctheta*sphi;
85  _R(1,3) = REAL(0.0);
86  _R(2,0) = cpsi*stheta*cphi + spsi*sphi;
87  _R(2,1) = spsi*stheta*cphi - cpsi*sphi;
88  _R(2,2) = ctheta*cphi;
89  _R(2,3) = REAL(0.0);
90}
91
92
93void dRFrom2Axes (dMatrix3 R, dReal ax, dReal ay, dReal az,
94                  dReal bx, dReal by, dReal bz)
95{
96  dReal l,k;
97  dAASSERT (R);
98  l = dSqrt (ax*ax + ay*ay + az*az);
99  if (l <= REAL(0.0)) {
100    dDEBUGMSG ("zero length vector");
101    return;
102  }
103  l = dRecip(l);
104  ax *= l;
105  ay *= l;
106  az *= l;
107  k = ax*bx + ay*by + az*bz;
108  bx -= k*ax;
109  by -= k*ay;
110  bz -= k*az;
111  l = dSqrt (bx*bx + by*by + bz*bz);
112  if (l <= REAL(0.0)) {
113    dDEBUGMSG ("zero length vector");
114    return;
115  }
116  l = dRecip(l);
117  bx *= l;
118  by *= l;
119  bz *= l;
120  _R(0,0) = ax;
121  _R(1,0) = ay;
122  _R(2,0) = az;
123  _R(0,1) = bx;
124  _R(1,1) = by;
125  _R(2,1) = bz;
126  _R(0,2) = - by*az + ay*bz;
127  _R(1,2) = - bz*ax + az*bx;
128  _R(2,2) = - bx*ay + ax*by;
129  _R(0,3) = REAL(0.0);
130  _R(1,3) = REAL(0.0);
131  _R(2,3) = REAL(0.0);
132}
133
134
135void dRFromZAxis (dMatrix3 R, dReal ax, dReal ay, dReal az)
136{
137  dVector3 n,p,q;
138  n[0] = ax;
139  n[1] = ay;
140  n[2] = az;
141  dNormalize3 (n);
142  dPlaneSpace (n,p,q);
143  _R(0,0) = p[0];
144  _R(1,0) = p[1];
145  _R(2,0) = p[2];
146  _R(0,1) = q[0];
147  _R(1,1) = q[1];
148  _R(2,1) = q[2];
149  _R(0,2) = n[0];
150  _R(1,2) = n[1];
151  _R(2,2) = n[2];
152  _R(0,3) = REAL(0.0);
153  _R(1,3) = REAL(0.0);
154  _R(2,3) = REAL(0.0);
155}
156
157
158void dQSetIdentity (dQuaternion q)
159{
160  dAASSERT (q);
161  q[0] = 1;
162  q[1] = 0;
163  q[2] = 0;
164  q[3] = 0;
165}
166
167
168void dQFromAxisAndAngle (dQuaternion q, dReal ax, dReal ay, dReal az,
169                         dReal angle)
170{
171  dAASSERT (q);
172  dReal l = ax*ax + ay*ay + az*az;
173  if (l > REAL(0.0)) {
174    angle *= REAL(0.5);
175    q[0] = dCos (angle);
176    l = dSin(angle) * dRecipSqrt(l);
177    q[1] = ax*l;
178    q[2] = ay*l;
179    q[3] = az*l;
180  }
181  else {
182    q[0] = 1;
183    q[1] = 0;
184    q[2] = 0;
185    q[3] = 0;
186  }
187}
188
189
190void dQMultiply0 (dQuaternion qa, const dQuaternion qb, const dQuaternion qc)
191{
192  dAASSERT (qa && qb && qc);
193  qa[0] = qb[0]*qc[0] - qb[1]*qc[1] - qb[2]*qc[2] - qb[3]*qc[3];
194  qa[1] = qb[0]*qc[1] + qb[1]*qc[0] + qb[2]*qc[3] - qb[3]*qc[2];
195  qa[2] = qb[0]*qc[2] + qb[2]*qc[0] + qb[3]*qc[1] - qb[1]*qc[3];
196  qa[3] = qb[0]*qc[3] + qb[3]*qc[0] + qb[1]*qc[2] - qb[2]*qc[1];
197}
198
199
200void dQMultiply1 (dQuaternion qa, const dQuaternion qb, const dQuaternion qc)
201{
202  dAASSERT (qa && qb && qc);
203  qa[0] = qb[0]*qc[0] + qb[1]*qc[1] + qb[2]*qc[2] + qb[3]*qc[3];
204  qa[1] = qb[0]*qc[1] - qb[1]*qc[0] - qb[2]*qc[3] + qb[3]*qc[2];
205  qa[2] = qb[0]*qc[2] - qb[2]*qc[0] - qb[3]*qc[1] + qb[1]*qc[3];
206  qa[3] = qb[0]*qc[3] - qb[3]*qc[0] - qb[1]*qc[2] + qb[2]*qc[1];
207}
208
209
210void dQMultiply2 (dQuaternion qa, const dQuaternion qb, const dQuaternion qc)
211{
212  dAASSERT (qa && qb && qc);
213  qa[0] =  qb[0]*qc[0] + qb[1]*qc[1] + qb[2]*qc[2] + qb[3]*qc[3];
214  qa[1] = -qb[0]*qc[1] + qb[1]*qc[0] - qb[2]*qc[3] + qb[3]*qc[2];
215  qa[2] = -qb[0]*qc[2] + qb[2]*qc[0] - qb[3]*qc[1] + qb[1]*qc[3];
216  qa[3] = -qb[0]*qc[3] + qb[3]*qc[0] - qb[1]*qc[2] + qb[2]*qc[1];
217}
218
219
220void dQMultiply3 (dQuaternion qa, const dQuaternion qb, const dQuaternion qc)
221{
222  dAASSERT (qa && qb && qc);
223  qa[0] =  qb[0]*qc[0] - qb[1]*qc[1] - qb[2]*qc[2] - qb[3]*qc[3];
224  qa[1] = -qb[0]*qc[1] - qb[1]*qc[0] + qb[2]*qc[3] - qb[3]*qc[2];
225  qa[2] = -qb[0]*qc[2] - qb[2]*qc[0] + qb[3]*qc[1] - qb[1]*qc[3];
226  qa[3] = -qb[0]*qc[3] - qb[3]*qc[0] + qb[1]*qc[2] - qb[2]*qc[1];
227}
228
229
230// dRfromQ(), dQfromR() and dDQfromW() are derived from equations in "An Introduction
231// to Physically Based Modeling: Rigid Body Simulation - 1: Unconstrained
232// Rigid Body Dynamics" by David Baraff, Robotics Institute, Carnegie Mellon
233// University, 1997.
234
235void dRfromQ (dMatrix3 R, const dQuaternion q)
236{
237  dAASSERT (q && R);
238  // q = (s,vx,vy,vz)
239  dReal qq1 = 2*q[1]*q[1];
240  dReal qq2 = 2*q[2]*q[2];
241  dReal qq3 = 2*q[3]*q[3];
242  _R(0,0) = 1 - qq2 - qq3;
243  _R(0,1) = 2*(q[1]*q[2] - q[0]*q[3]);
244  _R(0,2) = 2*(q[1]*q[3] + q[0]*q[2]);
245  _R(0,3) = REAL(0.0);
246  _R(1,0) = 2*(q[1]*q[2] + q[0]*q[3]);
247  _R(1,1) = 1 - qq1 - qq3;
248  _R(1,2) = 2*(q[2]*q[3] - q[0]*q[1]);
249  _R(1,3) = REAL(0.0);
250  _R(2,0) = 2*(q[1]*q[3] - q[0]*q[2]);
251  _R(2,1) = 2*(q[2]*q[3] + q[0]*q[1]);
252  _R(2,2) = 1 - qq1 - qq2;
253  _R(2,3) = REAL(0.0);
254}
255
256
257void dQfromR (dQuaternion q, const dMatrix3 R)
258{
259  dAASSERT (q && R);
260  dReal tr,s;
261  tr = _R(0,0) + _R(1,1) + _R(2,2);
262  if (tr >= 0) {
263    s = dSqrt (tr + 1);
264    q[0] = REAL(0.5) * s;
265    s = REAL(0.5) * dRecip(s);
266    q[1] = (_R(2,1) - _R(1,2)) * s;
267    q[2] = (_R(0,2) - _R(2,0)) * s;
268    q[3] = (_R(1,0) - _R(0,1)) * s;
269  }
270  else {
271    // find the largest diagonal element and jump to the appropriate case
272    if (_R(1,1) > _R(0,0)) {
273      if (_R(2,2) > _R(1,1)) goto case_2;
274      goto case_1;
275    }
276    if (_R(2,2) > _R(0,0)) goto case_2;
277    goto case_0;
278
279    case_0:
280    s = dSqrt((_R(0,0) - (_R(1,1) + _R(2,2))) + 1);
281    q[1] = REAL(0.5) * s;
282    s = REAL(0.5) * dRecip(s);
283    q[2] = (_R(0,1) + _R(1,0)) * s;
284    q[3] = (_R(2,0) + _R(0,2)) * s;
285    q[0] = (_R(2,1) - _R(1,2)) * s;
286    return;
287
288    case_1:
289    s = dSqrt((_R(1,1) - (_R(2,2) + _R(0,0))) + 1);
290    q[2] = REAL(0.5) * s;
291    s = REAL(0.5) * dRecip(s);
292    q[3] = (_R(1,2) + _R(2,1)) * s;
293    q[1] = (_R(0,1) + _R(1,0)) * s;
294    q[0] = (_R(0,2) - _R(2,0)) * s;
295    return;
296
297    case_2:
298    s = dSqrt((_R(2,2) - (_R(0,0) + _R(1,1))) + 1);
299    q[3] = REAL(0.5) * s;
300    s = REAL(0.5) * dRecip(s);
301    q[1] = (_R(2,0) + _R(0,2)) * s;
302    q[2] = (_R(1,2) + _R(2,1)) * s;
303    q[0] = (_R(1,0) - _R(0,1)) * s;
304    return;
305  }
306}
307
308
309void dDQfromW (dReal dq[4], const dVector3 w, const dQuaternion q)
310{
311  dAASSERT (w && q && dq);
312  dq[0] = REAL(0.5)*(- w[0]*q[1] - w[1]*q[2] - w[2]*q[3]);
313  dq[1] = REAL(0.5)*(  w[0]*q[0] + w[1]*q[3] - w[2]*q[2]);
314  dq[2] = REAL(0.5)*(- w[0]*q[3] + w[1]*q[0] + w[2]*q[1]);
315  dq[3] = REAL(0.5)*(  w[0]*q[2] - w[1]*q[1] + w[2]*q[0]);
316}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.