[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 "Euler.h"
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---|
| 20 | #include "RotationMatrix.h"
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| 21 | #include <math.h>
|
---|
| 22 | #include <stdio.h>
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| 23 |
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| 24 | namespace flair {
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| 25 | namespace core {
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| 26 |
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[15] | 27 | Quaternion::Quaternion(float inQ0, float inQ1, float inQ2, float inQ3)
|
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| 28 | : q0(inQ0), q1(inQ1), q2(inQ2), q3(inQ3) {}
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[2] | 29 |
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[15] | 30 | Quaternion::~Quaternion() {}
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[2] | 31 |
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[15] | 32 | Quaternion &Quaternion::operator=(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
| 33 | q0 = quaternion.q0;
|
---|
| 34 | q1 = quaternion.q1;
|
---|
| 35 | q2 = quaternion.q2;
|
---|
| 36 | q3 = quaternion.q3;
|
---|
| 37 | return (*this);
|
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[2] | 38 | }
|
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| 39 |
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| 40 | float Quaternion::GetNorm(void) const {
|
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[336] | 41 | return sqrtf(q0 * q0 + q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
|
---|
[2] | 42 | }
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| 43 |
|
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| 44 | void Quaternion::Normalize(void) {
|
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[15] | 45 | float n = GetNorm();
|
---|
| 46 | if (n != 0) {
|
---|
| 47 | q0 = q0 / n;
|
---|
| 48 | q1 = q1 / n;
|
---|
| 49 | q2 = q2 / n;
|
---|
| 50 | q3 = q3 / n;
|
---|
| 51 | }
|
---|
[2] | 52 | }
|
---|
| 53 |
|
---|
| 54 | void Quaternion::Conjugate(void) {
|
---|
[15] | 55 | q1 = -q1;
|
---|
| 56 | q2 = -q2;
|
---|
| 57 | q3 = -q3;
|
---|
[2] | 58 | }
|
---|
| 59 |
|
---|
| 60 | Quaternion Quaternion::GetConjugate(void) {
|
---|
[15] | 61 | return Quaternion(q0, -q1, -q2, -q3);
|
---|
[2] | 62 | }
|
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| 63 |
|
---|
[167] | 64 | void Quaternion::GetLogarithm(Vector3Df &logarithm) {
|
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[15] | 65 | Normalize();
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| 66 | float v_norm = sqrtf(q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
|
---|
[2] | 67 |
|
---|
[15] | 68 | if (v_norm != 0) {
|
---|
| 69 | float v_arccos = acosf(q0);
|
---|
| 70 | logarithm.x = (q1 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 71 | logarithm.y = (q2 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 72 | logarithm.z = (q3 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
| 73 | } else {
|
---|
| 74 | logarithm.x = 0;
|
---|
| 75 | logarithm.y = 0;
|
---|
| 76 | logarithm.z = 0;
|
---|
| 77 | }
|
---|
[2] | 78 | }
|
---|
| 79 |
|
---|
[167] | 80 | Vector3Df Quaternion::GetLogarithm(void) {
|
---|
| 81 | Vector3Df vector;
|
---|
[15] | 82 | GetLogarithm(vector);
|
---|
| 83 | return vector;
|
---|
[2] | 84 | }
|
---|
| 85 |
|
---|
[167] | 86 | Quaternion Quaternion::GetDerivative(const Vector3Df &angularSpeed) const {
|
---|
[15] | 87 | const Quaternion Qw(0, angularSpeed.x, angularSpeed.y, angularSpeed.z);
|
---|
| 88 | return 0.5 * (*this) * Qw;
|
---|
[2] | 89 | }
|
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| 90 |
|
---|
[167] | 91 | void Quaternion::Derivate(const Vector3Df &angularSpeed) {
|
---|
[15] | 92 | Quaternion Q = GetDerivative(angularSpeed);
|
---|
| 93 | (*this) = Q;
|
---|
[2] | 94 | }
|
---|
| 95 |
|
---|
[336] | 96 | float Quaternion::GetEulerRoll(void) const {
|
---|
| 97 | return atan2f(2 * (q0 * q1 + q2 * q3), 1 - 2 * (q1 * q1 + q2 * q2));
|
---|
| 98 | }
|
---|
| 99 |
|
---|
| 100 |
|
---|
| 101 | float Quaternion::GetEulerPitch(void) const {
|
---|
| 102 | return asinf(2 * (q0 * q2 - q1 * q3));
|
---|
| 103 | }
|
---|
| 104 |
|
---|
| 105 |
|
---|
| 106 | float Quaternion::GetEulerYaw(void) const {
|
---|
| 107 | return atan2f(2 * (q0 * q3 + q1 * q2), 1 - 2 * (q2 * q2 + q3 * q3));
|
---|
| 108 | }
|
---|
| 109 |
|
---|
[2] | 110 | void Quaternion::ToEuler(Euler &euler) const {
|
---|
[336] | 111 | euler.roll = GetEulerRoll();
|
---|
| 112 | euler.pitch = GetEulerPitch();
|
---|
| 113 | euler.yaw = GetEulerYaw();
|
---|
[2] | 114 | }
|
---|
| 115 |
|
---|
| 116 | Euler Quaternion::ToEuler(void) const {
|
---|
[15] | 117 | Euler euler;
|
---|
| 118 | ToEuler(euler);
|
---|
| 119 | return euler;
|
---|
[2] | 120 | }
|
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| 121 |
|
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| 122 | void Quaternion::ToRotationMatrix(RotationMatrix &matrix) const {
|
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[15] | 123 | float aSq = q0 * q0;
|
---|
| 124 | float bSq = q1 * q1;
|
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| 125 | float cSq = q2 * q2;
|
---|
| 126 | float dSq = q3 * q3;
|
---|
| 127 | matrix.m[0][0] = aSq + bSq - cSq - dSq;
|
---|
| 128 | matrix.m[0][1] = 2.0f * (q1 * q2 - q0 * q3);
|
---|
| 129 | matrix.m[0][2] = 2.0f * (q0 * q2 + q1 * q3);
|
---|
| 130 | matrix.m[1][0] = 2.0f * (q1 * q2 + q0 * q3);
|
---|
| 131 | matrix.m[1][1] = aSq - bSq + cSq - dSq;
|
---|
| 132 | matrix.m[1][2] = 2.0f * (q2 * q3 - q0 * q1);
|
---|
| 133 | matrix.m[2][0] = 2.0f * (q1 * q3 - q0 * q2);
|
---|
| 134 | matrix.m[2][1] = 2.0f * (q0 * q1 + q2 * q3);
|
---|
| 135 | matrix.m[2][2] = aSq - bSq - cSq + dSq;
|
---|
[2] | 136 | }
|
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| 137 |
|
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| 138 | Quaternion &Quaternion::operator+=(const Quaternion &quaternion) {
|
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[15] | 139 | q0 += quaternion.q0;
|
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| 140 | q1 += quaternion.q1;
|
---|
| 141 | q2 += quaternion.q2;
|
---|
| 142 | q3 += quaternion.q3;
|
---|
| 143 | return (*this);
|
---|
[2] | 144 | }
|
---|
| 145 |
|
---|
| 146 | Quaternion &Quaternion::operator-=(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
[15] | 147 | q0 -= quaternion.q0;
|
---|
| 148 | q1 -= quaternion.q1;
|
---|
| 149 | q2 -= quaternion.q2;
|
---|
| 150 | q3 -= quaternion.q3;
|
---|
| 151 | return (*this);
|
---|
[2] | 152 | }
|
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| 153 |
|
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[15] | 154 | Quaternion operator+(const Quaternion &quaternionA,
|
---|
| 155 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
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| 156 | return Quaternion(
|
---|
| 157 | quaternionA.q0 + quaterniontB.q0, quaternionA.q1 + quaterniontB.q1,
|
---|
| 158 | quaternionA.q2 + quaterniontB.q2, quaternionA.q3 + quaterniontB.q3);
|
---|
[2] | 159 | }
|
---|
| 160 |
|
---|
[15] | 161 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaterniontA,
|
---|
| 162 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
---|
| 163 | return Quaternion(
|
---|
| 164 | quaterniontA.q0 - quaterniontB.q0, quaterniontA.q1 - quaterniontB.q1,
|
---|
| 165 | quaterniontA.q2 - quaterniontB.q2, quaterniontA.q3 - quaterniontB.q3);
|
---|
[2] | 166 | }
|
---|
| 167 |
|
---|
| 168 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
[15] | 169 | return Quaternion(-quaternion.q0, -quaternion.q1, -quaternion.q2,
|
---|
| 170 | -quaternion.q3);
|
---|
[2] | 171 | }
|
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| 172 |
|
---|
[15] | 173 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaterniontA,
|
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| 174 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
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| 175 | return Quaternion(
|
---|
| 176 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q0 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q1 -
|
---|
| 177 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q3,
|
---|
| 178 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q0 +
|
---|
| 179 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q3 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q2,
|
---|
| 180 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q3 +
|
---|
| 181 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q0 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q1,
|
---|
| 182 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q3 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q2 -
|
---|
[161] | 183 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q0);
|
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[2] | 184 | }
|
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| 185 |
|
---|
[15] | 186 | Quaternion operator*(float coeff, const Quaternion &quaternion) {
|
---|
| 187 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
| 188 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
[2] | 189 | }
|
---|
| 190 |
|
---|
[15] | 191 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaternion, float coeff) {
|
---|
| 192 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
| 193 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
[2] | 194 | }
|
---|
| 195 |
|
---|
| 196 | } // end namespace core
|
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| 197 | } // end namespace flair
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