Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: downloads/ogreode/src/OgreOdeEigenSolver.cpp @ 45

Last change on this file since 45 was 21, checked in by nicolasc, 17 years ago

added ogreode and Colladaplugin

File size: 9.6 KB
Line 
1
2#include "OgreOdePrecompiledHeaders.h"
3
4#include "OgreOdeEigenSolver.h"
5
6using namespace OgreOde;
7using namespace Ogre;
8
9void EigenSolver::DecrSortEigenStuff3 ()
10{
11        Tridiagonal3();
12        QLAlgorithm();
13        DecreasingSort();
14        GuaranteeRotation();
15}
16
17void EigenSolver::Tridiagonal3 ()
18{
19        const Ogre::Real fM00 = m_kMat[0][0];
20   Ogre::Real fM01 = m_kMat[0][1];
21        Real fM02 = m_kMat[0][2];
22        const Ogre::Real fM11 = m_kMat[1][1];
23        const Ogre::Real fM12 = m_kMat[1][2];
24        const Ogre::Real fM22 = m_kMat[2][2];
25
26        m_afDiag[0] = fM00;
27        m_afSubd[2] = (Real)0.0;
28        if ( fM02 != (Real)0.0 )
29        {
30                const Ogre::Real fLength = sqrtf(fM01*fM01+fM02*fM02);
31                const Ogre::Real fInvLength = ((Real)1.0)/fLength;
32                fM01 *= fInvLength;
33                fM02 *= fInvLength;
34                const Ogre::Real fQ = ((Real)2.0)*fM01*fM12+fM02*(fM22-fM11);
35                m_afDiag[1] = fM11+fM02*fQ;
36                m_afDiag[2] = fM22-fM02*fQ;
37                m_afSubd[0] = fLength;
38                m_afSubd[1] = fM12-fM01*fQ;
39                m_kMat[0][0] = (Real)1.0;
40                m_kMat[0][1] = (Real)0.0;
41                m_kMat[0][2] = (Real)0.0;
42                m_kMat[1][0] = (Real)0.0;
43                m_kMat[1][1] = fM01;
44                m_kMat[1][2] = fM02;
45                m_kMat[2][0] = (Real)0.0;
46                m_kMat[2][1] = fM02;
47                m_kMat[2][2] = -fM01;
48        }
49        else
50        {
51                m_afDiag[1] = fM11;
52                m_afDiag[2] = fM22;
53                m_afSubd[0] = fM01;
54                m_afSubd[1] = fM12;
55                m_kMat[0][0] = (Real)1.0;
56                m_kMat[0][1] = (Real)0.0;
57                m_kMat[0][2] = (Real)0.0;
58                m_kMat[1][0] = (Real)0.0;
59                m_kMat[1][1] = (Real)1.0;
60                m_kMat[1][2] = (Real)0.0;
61                m_kMat[2][0] = (Real)0.0;
62                m_kMat[2][1] = (Real)0.0;
63                m_kMat[2][2] = (Real)1.0;
64        }
65}
66
67bool EigenSolver::QLAlgorithm ()
68{
69        const int iMaxIter = 32;
70
71        for (int i0 = 0; i0 < m_iSize; i0++)
72        {
73                int i1;
74                for (i1 = 0; i1 < iMaxIter; i1++)
75                {
76                        int i2;
77                        for (i2 = i0; i2 <= m_iSize-2; i2++)
78                        {
79                                Real fTmp = fabs(m_afDiag[i2]) + fabs(m_afDiag[i2+1]);
80                                if ( fabs(m_afSubd[i2]) + fTmp == fTmp ) break;
81                        }
82                        if ( i2 == i0 ) break;
83
84                        Real fG = (m_afDiag[i0+1] - m_afDiag[i0])/(((Real)2.0) * m_afSubd[i0]);
85                        Real fR = sqrtf(fG*fG+(Real)1.0);
86                        if ( fG < (Real)0.0 ) fG = m_afDiag[i2]-m_afDiag[i0]+m_afSubd[i0]/(fG-fR);
87                        else fG = m_afDiag[i2]-m_afDiag[i0]+m_afSubd[i0]/(fG+fR);
88                        Real fSin = (Real)1.0, fCos = (Real)1.0, fP = (Real)0.0;
89                        for (int i3 = i2-1; i3 >= i0; i3--)
90                        {
91                                Real fF = fSin*m_afSubd[i3];
92               Ogre::Real fB = fCos*m_afSubd[i3];
93                    if ( fabs(fF) >= fabs(fG) )
94                        {
95                                fCos = fG/fF;
96                                    fR = sqrtf(fCos*fCos+(Real)1.0);
97                                        m_afSubd[i3+1] = fF*fR;
98                    fSin = ((Real)1.0)/fR;
99                        fCos *= fSin;
100                        }
101                            else
102                                {
103                                        fSin = fF/fG;
104                                        fR = sqrtf(fSin*fSin+(Real)1.0);
105                                        m_afSubd[i3+1] = fG*fR;
106                                        fCos = ((Real)1.0)/fR;
107                                        fSin *= fCos;
108                                }
109                                fG = m_afDiag[i3+1]-fP;
110                fR = (m_afDiag[i3]-fG)*fSin+((Real)2.0)*fB*fCos;
111                    fP = fSin*fR;
112                        m_afDiag[i3+1] = fG+fP;
113                            fG = fCos*fR-fB;
114
115                                for (int i4 = 0; i4 < m_iSize; i4++)
116                                {
117                                        fF = m_kMat[i4][i3+1];
118                    m_kMat[i4][i3+1] = fSin*m_kMat[i4][i3]+fCos*fF;
119                        m_kMat[i4][i3] = fCos*m_kMat[i4][i3]-fSin*fF;
120                        }
121                        }
122                        m_afDiag[i0] -= fP;
123                        m_afSubd[i0] = fG;
124                        m_afSubd[i2] = (Real)0.0;
125                }
126                if ( i1 == iMaxIter ) return false;
127        }
128        return true;
129}
130
131void EigenSolver::DecreasingSort ()
132{
133        // sort eigenvalues in decreasing order, e[0] >= ... >= e[iSize-1]
134        for (int i0 = 0, i1; i0 <= m_iSize-2; i0++)
135        {
136                // locate maximum eigenvalue
137                i1 = i0;
138                Real fMax = m_afDiag[i1];
139                int i2;
140                for (i2 = i0+1; i2 < m_iSize; i2++)
141                {
142                        if ( m_afDiag[i2] > fMax )
143                        {
144                                i1 = i2;
145                                fMax = m_afDiag[i1];
146                        }
147                }
148
149                if ( i1 != i0 )
150                {
151                        // swap eigenvalues
152                        m_afDiag[i1] = m_afDiag[i0];
153                        m_afDiag[i0] = fMax;
154
155                        // swap eigenvectors
156                        for (i2 = 0; i2 < m_iSize; i2++)
157                        {
158                                Real fTmp = m_kMat[i2][i0];
159                                m_kMat[i2][i0] = m_kMat[i2][i1];
160                                m_kMat[i2][i1] = fTmp;
161                                m_bIsRotation = !m_bIsRotation;
162                        }
163                }
164        }
165}
166
167void EigenSolver::GuaranteeRotation ()
168{
169        if ( !m_bIsRotation )
170        {
171                // change sign on the first column
172                for (int iRow = 0; iRow < m_iSize; iRow++) 
173            m_kMat[iRow][0] = -m_kMat[iRow][0];
174        }
175}
176
177void EigenSolver::orthogonalLineFit(unsigned int vertex_count, const Ogre::Vector3* vertices,Vector3& origin,Vector3& direction)
178{
179        unsigned int i;
180
181    // compute average of points
182        origin = vertices[0];
183    for(i = 1; i < vertex_count; ++i) 
184        origin += vertices[i];
185
186        const Ogre::Real fInvQuantity = 1.0 / vertex_count;
187        origin *= fInvQuantity;
188
189        // compute sums of products
190        Real fSumXX = 0.0, fSumXY = 0.0, fSumXZ = 0.0;
191   Ogre::Real fSumYY = 0.0, fSumYZ = 0.0, fSumZZ = 0.0;
192        for (i = 0; i < vertex_count; i++) 
193        {
194                const Ogre::Vector3 kDiff (vertices[i] - origin);
195            fSumXX += kDiff.x*kDiff.x;
196        fSumXY += kDiff.x*kDiff.y;
197                fSumXZ += kDiff.x*kDiff.z;
198            fSumYY += kDiff.y*kDiff.y;
199        fSumYZ += kDiff.y*kDiff.z;
200                fSumZZ += kDiff.z*kDiff.z;
201        }
202        fSumXX *= fInvQuantity;
203        fSumXY *= fInvQuantity;
204        fSumXZ *= fInvQuantity;
205        fSumYY *= fInvQuantity;
206        fSumYZ *= fInvQuantity;
207        fSumZZ *= fInvQuantity;
208
209        // setup the eigensolver
210        EigenSolver kES(3);
211        kES(0,0) = fSumYY+fSumZZ;
212        kES(0,1) = -fSumXY;
213        kES(0,2) = -fSumXZ;
214        kES(1,0) = kES(0,1);
215        kES(1,1) = fSumXX+fSumZZ;
216        kES(1,2) = -fSumYZ;
217        kES(2,0) = kES(0,2);
218        kES(2,1) = kES(1,2);
219    kES(2,2) = fSumXX+fSumYY;
220
221        // compute eigenstuff, smallest eigenvalue is in last position
222        kES.DecrSortEigenStuff3();
223
224    // unit-length direction for best-fit line
225        kES.GetEigenvector(2,direction);
226}
227
228Real EigenSolver::SqrDistance(const Ogre::Vector3& rkPoint,const Ogre::Vector3& origin,const Ogre::Vector3& direction)
229{
230        Vector3 kDiff(rkPoint - origin);
231    const Ogre::Real fSqrLen = direction.squaredLength();
232        const Ogre::Real fT = kDiff.dotProduct(direction) / fSqrLen;
233
234    kDiff -= fT*direction;
235
236        return kDiff.squaredLength();
237}
238
239void EigenSolver::GenerateOrthonormalBasis (Vector3& rkU, Ogre::Vector3& rkV, Ogre::Vector3& rkW, bool bUnitLengthW)
240{
241        if ( !bUnitLengthW ) rkW.normalise();
242
243        Real fInvLength;
244
245        if ( fabs(rkW[0]) >= fabs(rkW[1]) )
246        {
247                // W.x or W.z is the largest magnitude component, swap them
248                fInvLength = 1.0 / sqrtf(rkW[0]*rkW[0] + rkW[2]*rkW[2]);
249
250            rkU[0] = -rkW[2]*fInvLength;
251        rkU[1] = (Real)0.0;
252                rkU[2] = +rkW[0]*fInvLength;
253        }
254    else
255        {
256        // W.y or W.z is the largest magnitude component, swap them
257                fInvLength = 1.0 / sqrtf(rkW[1]*rkW[1] + rkW[2]*rkW[2]);
258
259            rkU[0] = (Real)0.0;
260        rkU[1] = +rkW[2]*fInvLength;
261                rkU[2] = -rkW[1]*fInvLength;
262        }
263
264        rkV = rkW.crossProduct(rkU);
265}
266
267EigenSolver::EigenSolver(int iSize)
268{
269        assert( iSize >= 2 );
270    m_iSize = iSize;
271        m_afDiag = new Ogre::Real[m_iSize];
272    m_afSubd = new Ogre::Real[m_iSize];
273
274        // set according to the parity of the number of Householder reflections
275        m_bIsRotation = ((iSize % 2) == 0);
276}
277
278Ogre::Real& EigenSolver::operator() (int iRow, int iCol)
279{
280        return m_kMat[iRow][iCol];
281}
282
283EigenSolver::~EigenSolver()
284{
285    delete[] m_afSubd;
286        delete[] m_afDiag;
287}
288
289void EigenSolver::GetEigenvector (int i, Ogre::Vector3& rkV) const
290{
291        assert( m_iSize == 3 );
292        if ( m_iSize == 3 )
293        {
294                for (int iRow = 0; iRow < m_iSize; iRow++) 
295            rkV[iRow] = m_kMat[iRow][i];
296        }
297        else
298        {
299            rkV = Ogre::Vector3::ZERO;
300    }
301}
302
303void EigenSolver::GaussPointsFit(unsigned int iQuantity,const Ogre::Vector3* akPoint,Vector3 &rkCenter,Vector3 akAxis[3],Real afExtent[3])
304{
305    // compute mean of points
306    rkCenter = akPoint[0];
307    unsigned int i;
308    for (i = 1; i < iQuantity; i++)
309        rkCenter += akPoint[i];
310    const Ogre::Real fInvQuantity = ((Real)1.0)/iQuantity;
311    rkCenter *= fInvQuantity;
312
313    // compute covariances of points
314   Ogre::Real fSumXX = (Real)0.0, fSumXY = (Real)0.0, fSumXZ = (Real)0.0;
315   Ogre::Real fSumYY = (Real)0.0, fSumYZ = (Real)0.0, fSumZZ = (Real)0.0;
316    for (i = 0; i < iQuantity; i++)
317    {
318        const Ogre::Vector3 kDiff (akPoint[i] - rkCenter);
319        fSumXX += kDiff.x*kDiff.x;
320        fSumXY += kDiff.x*kDiff.y;
321        fSumXZ += kDiff.x*kDiff.z;
322        fSumYY += kDiff.y*kDiff.y;
323        fSumYZ += kDiff.y*kDiff.z;
324        fSumZZ += kDiff.z*kDiff.z;
325    }
326    fSumXX *= fInvQuantity;
327    fSumXY *= fInvQuantity;
328    fSumXZ *= fInvQuantity;
329    fSumYY *= fInvQuantity;
330    fSumYZ *= fInvQuantity;
331    fSumZZ *= fInvQuantity;
332
333    // compute eigenvectors for covariance matrix
334    EigenSolver kES(3);
335    kES(0,0) = fSumXX;
336    kES(0,1) = fSumXY;
337    kES(0,2) = fSumXZ;
338    kES(1,0) = fSumXY;
339    kES(1,1) = fSumYY;
340    kES(1,2) = fSumYZ;
341    kES(2,0) = fSumXZ;
342    kES(2,1) = fSumYZ;
343    kES(2,2) = fSumZZ;
344    kES.IncrSortEigenStuff3();
345
346    for (i = 0; i < 3; i++)
347    {
348        afExtent[i] = kES.GetEigenvalue(i);
349        kES.GetEigenvector(i,akAxis[i]);
350    }
351}
352
353Real EigenSolver::GetEigenvalue (int i) const
354{
355    return m_afDiag[i];
356}
357
358void EigenSolver::IncrSortEigenStuff3 ()
359{
360    Tridiagonal3();
361    QLAlgorithm();
362    IncreasingSort();
363    GuaranteeRotation();
364}
365
366void EigenSolver::IncreasingSort ()
367{
368    // sort eigenvalues in increasing order, e[0] <= ... <= e[iSize-1]
369    for (int i0 = 0, i1; i0 <= m_iSize-2; i0++)
370    {
371        // locate minimum eigenvalue
372        i1 = i0;
373       Ogre::Real fMin = m_afDiag[i1];
374        int i2;
375        for (i2 = i0+1; i2 < m_iSize; i2++)
376        {
377            if ( m_afDiag[i2] < fMin )
378            {
379                i1 = i2;
380                fMin = m_afDiag[i1];
381            }
382        }
383
384        if ( i1 != i0 )
385        {
386            // swap eigenvalues
387            m_afDiag[i1] = m_afDiag[i0];
388            m_afDiag[i0] = fMin;
389
390            // swap eigenvectors
391            for (i2 = 0; i2 < m_iSize; i2++)
392            {
393               Ogre::Real fTmp = m_kMat[i2][i0];
394                m_kMat[i2][i0] = m_kMat[i2][i1];
395                m_kMat[i2][i1] = fTmp;
396                m_bIsRotation = !m_bIsRotation;
397            }
398        }
399    }
400}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.