[2] | 1 | // %flair:license{
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[15] | 2 | // This file is part of the Flair framework distributed under the
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| 3 | // CECILL-C License, Version 1.0.
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[2] | 4 | // %flair:license}
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| 5 | // created: 2016/02/03
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| 6 | // filename: Quaternion.cpp
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| 7 | //
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| 8 | // author: Guillaume Sanahuja
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| 9 | // Copyright Heudiasyc UMR UTC/CNRS 7253
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| 10 | //
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| 11 | // version: $Id: $
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| 12 | //
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| 13 | // purpose: Class defining a quaternion
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| 14 | //
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| 15 | //
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| 16 | /*********************************************************************/
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| 17 |
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| 18 | #include "Quaternion.h"
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---|
| 19 | #include "Vector3D.h"
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| 20 | #include "Euler.h"
|
---|
| 21 | #include "RotationMatrix.h"
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| 22 | #include <math.h>
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---|
| 23 | #include <stdio.h>
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| 24 |
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| 25 | namespace flair {
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| 26 | namespace core {
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| 27 |
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[15] | 28 | Quaternion::Quaternion(float inQ0, float inQ1, float inQ2, float inQ3)
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| 29 | : q0(inQ0), q1(inQ1), q2(inQ2), q3(inQ3) {}
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[2] | 30 |
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[15] | 31 | Quaternion::~Quaternion() {}
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[2] | 32 |
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[15] | 33 | Quaternion &Quaternion::operator=(const Quaternion &quaternion) {
|
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| 34 | q0 = quaternion.q0;
|
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| 35 | q1 = quaternion.q1;
|
---|
| 36 | q2 = quaternion.q2;
|
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| 37 | q3 = quaternion.q3;
|
---|
| 38 | return (*this);
|
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[2] | 39 | }
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| 40 |
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| 41 | float Quaternion::GetNorm(void) const {
|
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[15] | 42 | return sqrt(q0 * q0 + q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
|
---|
[2] | 43 | }
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| 44 |
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| 45 | void Quaternion::Normalize(void) {
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[15] | 46 | float n = GetNorm();
|
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| 47 | if (n != 0) {
|
---|
| 48 | q0 = q0 / n;
|
---|
| 49 | q1 = q1 / n;
|
---|
| 50 | q2 = q2 / n;
|
---|
| 51 | q3 = q3 / n;
|
---|
| 52 | }
|
---|
[2] | 53 | }
|
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| 54 |
|
---|
| 55 | void Quaternion::Conjugate(void) {
|
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[15] | 56 | q1 = -q1;
|
---|
| 57 | q2 = -q2;
|
---|
| 58 | q3 = -q3;
|
---|
[2] | 59 | }
|
---|
| 60 |
|
---|
| 61 | Quaternion Quaternion::GetConjugate(void) {
|
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[15] | 62 | return Quaternion(q0, -q1, -q2, -q3);
|
---|
[2] | 63 | }
|
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| 64 |
|
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| 65 | void Quaternion::GetLogarithm(Vector3D &logarithm) {
|
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[15] | 66 | Normalize();
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| 67 | float v_norm = sqrtf(q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
|
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[2] | 68 |
|
---|
[15] | 69 | if (v_norm != 0) {
|
---|
| 70 | float v_arccos = acosf(q0);
|
---|
| 71 | logarithm.x = (q1 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 72 | logarithm.y = (q2 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 73 | logarithm.z = (q3 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 74 | } else {
|
---|
| 75 | logarithm.x = 0;
|
---|
| 76 | logarithm.y = 0;
|
---|
| 77 | logarithm.z = 0;
|
---|
| 78 | }
|
---|
[2] | 79 | }
|
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| 80 |
|
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| 81 | Vector3D Quaternion::GetLogarithm(void) {
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[15] | 82 | Vector3D vector;
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| 83 | GetLogarithm(vector);
|
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| 84 | return vector;
|
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[2] | 85 | }
|
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| 86 |
|
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| 87 | Quaternion Quaternion::GetDerivative(const Vector3D &angularSpeed) const {
|
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[15] | 88 | const Quaternion Qw(0, angularSpeed.x, angularSpeed.y, angularSpeed.z);
|
---|
| 89 | return 0.5 * (*this) * Qw;
|
---|
[2] | 90 | }
|
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| 91 |
|
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| 92 | void Quaternion::Derivate(const Vector3D &angularSpeed) {
|
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[15] | 93 | Quaternion Q = GetDerivative(angularSpeed);
|
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| 94 | (*this) = Q;
|
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[2] | 95 | }
|
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| 96 |
|
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| 97 | void Quaternion::ToEuler(Euler &euler) const {
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[15] | 98 | euler.roll = atan2(2 * (q0 * q1 + q2 * q3), 1 - 2 * (q1 * q1 + q2 * q2));
|
---|
| 99 | euler.pitch = asin(2 * (q0 * q2 - q1 * q3));
|
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| 100 | euler.yaw = atan2(2 * (q0 * q3 + q1 * q2), 1 - 2 * (q2 * q2 + q3 * q3));
|
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[2] | 101 | }
|
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| 102 |
|
---|
| 103 | Euler Quaternion::ToEuler(void) const {
|
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[15] | 104 | Euler euler;
|
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| 105 | ToEuler(euler);
|
---|
| 106 | return euler;
|
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[2] | 107 | }
|
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| 108 |
|
---|
| 109 | void Quaternion::ToRotationMatrix(RotationMatrix &matrix) const {
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[15] | 110 | float aSq = q0 * q0;
|
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| 111 | float bSq = q1 * q1;
|
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| 112 | float cSq = q2 * q2;
|
---|
| 113 | float dSq = q3 * q3;
|
---|
| 114 | matrix.m[0][0] = aSq + bSq - cSq - dSq;
|
---|
| 115 | matrix.m[0][1] = 2.0f * (q1 * q2 - q0 * q3);
|
---|
| 116 | matrix.m[0][2] = 2.0f * (q0 * q2 + q1 * q3);
|
---|
| 117 | matrix.m[1][0] = 2.0f * (q1 * q2 + q0 * q3);
|
---|
| 118 | matrix.m[1][1] = aSq - bSq + cSq - dSq;
|
---|
| 119 | matrix.m[1][2] = 2.0f * (q2 * q3 - q0 * q1);
|
---|
| 120 | matrix.m[2][0] = 2.0f * (q1 * q3 - q0 * q2);
|
---|
| 121 | matrix.m[2][1] = 2.0f * (q0 * q1 + q2 * q3);
|
---|
| 122 | matrix.m[2][2] = aSq - bSq - cSq + dSq;
|
---|
[2] | 123 | }
|
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| 124 |
|
---|
| 125 | Quaternion &Quaternion::operator+=(const Quaternion &quaternion) {
|
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[15] | 126 | q0 += quaternion.q0;
|
---|
| 127 | q1 += quaternion.q1;
|
---|
| 128 | q2 += quaternion.q2;
|
---|
| 129 | q3 += quaternion.q3;
|
---|
| 130 | return (*this);
|
---|
[2] | 131 | }
|
---|
| 132 |
|
---|
| 133 | Quaternion &Quaternion::operator-=(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
[15] | 134 | q0 -= quaternion.q0;
|
---|
| 135 | q1 -= quaternion.q1;
|
---|
| 136 | q2 -= quaternion.q2;
|
---|
| 137 | q3 -= quaternion.q3;
|
---|
| 138 | return (*this);
|
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[2] | 139 | }
|
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| 140 |
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[15] | 141 | Quaternion operator+(const Quaternion &quaternionA,
|
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| 142 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
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| 143 | return Quaternion(
|
---|
| 144 | quaternionA.q0 + quaterniontB.q0, quaternionA.q1 + quaterniontB.q1,
|
---|
| 145 | quaternionA.q2 + quaterniontB.q2, quaternionA.q3 + quaterniontB.q3);
|
---|
[2] | 146 | }
|
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| 147 |
|
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[15] | 148 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaterniontA,
|
---|
| 149 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
---|
| 150 | return Quaternion(
|
---|
| 151 | quaterniontA.q0 - quaterniontB.q0, quaterniontA.q1 - quaterniontB.q1,
|
---|
| 152 | quaterniontA.q2 - quaterniontB.q2, quaterniontA.q3 - quaterniontB.q3);
|
---|
[2] | 153 | }
|
---|
| 154 |
|
---|
| 155 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
[15] | 156 | return Quaternion(-quaternion.q0, -quaternion.q1, -quaternion.q2,
|
---|
| 157 | -quaternion.q3);
|
---|
[2] | 158 | }
|
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| 159 |
|
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[15] | 160 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaterniontA,
|
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| 161 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
---|
| 162 | return Quaternion(
|
---|
| 163 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q0 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q1 -
|
---|
| 164 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q3,
|
---|
| 165 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q0 +
|
---|
| 166 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q3 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q2,
|
---|
| 167 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q3 +
|
---|
| 168 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q0 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q1,
|
---|
| 169 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q3 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q2 -
|
---|
[161] | 170 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q0);
|
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[2] | 171 | }
|
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| 172 |
|
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[15] | 173 | Quaternion operator*(float coeff, const Quaternion &quaternion) {
|
---|
| 174 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
| 175 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
[2] | 176 | }
|
---|
| 177 |
|
---|
[15] | 178 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaternion, float coeff) {
|
---|
| 179 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
| 180 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
[2] | 181 | }
|
---|
| 182 |
|
---|
| 183 | } // end namespace core
|
---|
| 184 | } // end namespace flair
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