1 | // %flair:license{
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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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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>
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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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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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29 |
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30 | Quaternion::~Quaternion() {}
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31 |
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32 | Quaternion &Quaternion::operator=(const Quaternion &quaternion) {
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33 | q0 = quaternion.q0;
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34 | q1 = quaternion.q1;
|
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35 | q2 = quaternion.q2;
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36 | q3 = quaternion.q3;
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37 | return (*this);
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38 | }
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39 |
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40 | float Quaternion::GetNorm(void) const {
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41 | return sqrt(q0 * q0 + q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
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42 | }
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43 |
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44 | void Quaternion::Normalize(void) {
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45 | float n = GetNorm();
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46 | if (n != 0) {
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47 | q0 = q0 / n;
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48 | q1 = q1 / n;
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49 | q2 = q2 / n;
|
---|
50 | q3 = q3 / n;
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---|
51 | }
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52 | }
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53 |
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54 | void Quaternion::Conjugate(void) {
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55 | q1 = -q1;
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56 | q2 = -q2;
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---|
57 | q3 = -q3;
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58 | }
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59 |
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60 | Quaternion Quaternion::GetConjugate(void) {
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61 | return Quaternion(q0, -q1, -q2, -q3);
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62 | }
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63 |
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64 | void Quaternion::GetLogarithm(Vector3Df &logarithm) {
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65 | Normalize();
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66 | float v_norm = sqrtf(q1 * q1 + q2 * q2 + q3 * q3);
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67 |
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---|
68 | if (v_norm != 0) {
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69 | float v_arccos = acosf(q0);
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70 | logarithm.x = (q1 * v_arccos) / v_norm;
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71 | logarithm.y = (q2 * v_arccos) / v_norm;
|
---|
72 | logarithm.z = (q3 * v_arccos) / v_norm;
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73 | } else {
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74 | logarithm.x = 0;
|
---|
75 | logarithm.y = 0;
|
---|
76 | logarithm.z = 0;
|
---|
77 | }
|
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78 | }
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79 |
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80 | Vector3Df Quaternion::GetLogarithm(void) {
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81 | Vector3Df vector;
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82 | GetLogarithm(vector);
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83 | return vector;
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84 | }
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85 |
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86 | Quaternion Quaternion::GetDerivative(const Vector3Df &angularSpeed) const {
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87 | const Quaternion Qw(0, angularSpeed.x, angularSpeed.y, angularSpeed.z);
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88 | return 0.5 * (*this) * Qw;
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89 | }
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90 |
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91 | void Quaternion::Derivate(const Vector3Df &angularSpeed) {
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92 | Quaternion Q = GetDerivative(angularSpeed);
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93 | (*this) = Q;
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94 | }
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95 |
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96 | void Quaternion::ToEuler(Euler &euler) const {
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97 | euler.roll = atan2(2 * (q0 * q1 + q2 * q3), 1 - 2 * (q1 * q1 + q2 * q2));
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98 | euler.pitch = asin(2 * (q0 * q2 - q1 * q3));
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---|
99 | euler.yaw = atan2(2 * (q0 * q3 + q1 * q2), 1 - 2 * (q2 * q2 + q3 * q3));
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100 | }
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101 |
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102 | Euler Quaternion::ToEuler(void) const {
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103 | Euler euler;
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104 | ToEuler(euler);
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105 | return euler;
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106 | }
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107 |
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108 | void Quaternion::ToRotationMatrix(RotationMatrix &matrix) const {
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109 | float aSq = q0 * q0;
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110 | float bSq = q1 * q1;
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111 | float cSq = q2 * q2;
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112 | float dSq = q3 * q3;
|
---|
113 | matrix.m[0][0] = aSq + bSq - cSq - dSq;
|
---|
114 | matrix.m[0][1] = 2.0f * (q1 * q2 - q0 * q3);
|
---|
115 | matrix.m[0][2] = 2.0f * (q0 * q2 + q1 * q3);
|
---|
116 | matrix.m[1][0] = 2.0f * (q1 * q2 + q0 * q3);
|
---|
117 | matrix.m[1][1] = aSq - bSq + cSq - dSq;
|
---|
118 | matrix.m[1][2] = 2.0f * (q2 * q3 - q0 * q1);
|
---|
119 | matrix.m[2][0] = 2.0f * (q1 * q3 - q0 * q2);
|
---|
120 | matrix.m[2][1] = 2.0f * (q0 * q1 + q2 * q3);
|
---|
121 | matrix.m[2][2] = aSq - bSq - cSq + dSq;
|
---|
122 | }
|
---|
123 |
|
---|
124 | Quaternion &Quaternion::operator+=(const Quaternion &quaternion) {
|
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125 | q0 += quaternion.q0;
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---|
126 | q1 += quaternion.q1;
|
---|
127 | q2 += quaternion.q2;
|
---|
128 | q3 += quaternion.q3;
|
---|
129 | return (*this);
|
---|
130 | }
|
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131 |
|
---|
132 | Quaternion &Quaternion::operator-=(const Quaternion &quaternion) {
|
---|
133 | q0 -= quaternion.q0;
|
---|
134 | q1 -= quaternion.q1;
|
---|
135 | q2 -= quaternion.q2;
|
---|
136 | q3 -= quaternion.q3;
|
---|
137 | return (*this);
|
---|
138 | }
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139 |
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140 | Quaternion operator+(const Quaternion &quaternionA,
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141 | const Quaternion &quaterniontB) {
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142 | return Quaternion(
|
---|
143 | quaternionA.q0 + quaterniontB.q0, quaternionA.q1 + quaterniontB.q1,
|
---|
144 | quaternionA.q2 + quaterniontB.q2, quaternionA.q3 + quaterniontB.q3);
|
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145 | }
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146 |
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147 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaterniontA,
|
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148 | const Quaternion &quaterniontB) {
|
---|
149 | return Quaternion(
|
---|
150 | quaterniontA.q0 - quaterniontB.q0, quaterniontA.q1 - quaterniontB.q1,
|
---|
151 | quaterniontA.q2 - quaterniontB.q2, quaterniontA.q3 - quaterniontB.q3);
|
---|
152 | }
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153 |
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154 | Quaternion operator-(const Quaternion &quaternion) {
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155 | return Quaternion(-quaternion.q0, -quaternion.q1, -quaternion.q2,
|
---|
156 | -quaternion.q3);
|
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157 | }
|
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158 |
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159 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaterniontA,
|
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160 | const Quaternion &quaterniontB) {
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161 | return Quaternion(
|
---|
162 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q0 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q1 -
|
---|
163 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q3,
|
---|
164 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q0 +
|
---|
165 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q3 - quaterniontA.q3 * quaterniontB.q2,
|
---|
166 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q2 - quaterniontA.q1 * quaterniontB.q3 +
|
---|
167 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q0 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q1,
|
---|
168 | quaterniontA.q0 * quaterniontB.q3 + quaterniontA.q1 * quaterniontB.q2 -
|
---|
169 | quaterniontA.q2 * quaterniontB.q1 + quaterniontA.q3 * quaterniontB.q0);
|
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170 | }
|
---|
171 |
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---|
172 | Quaternion operator*(float coeff, const Quaternion &quaternion) {
|
---|
173 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
174 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
175 | }
|
---|
176 |
|
---|
177 | Quaternion operator*(const Quaternion &quaternion, float coeff) {
|
---|
178 | return Quaternion(coeff * quaternion.q0, coeff * quaternion.q1,
|
---|
179 | coeff * quaternion.q2, coeff * quaternion.q3);
|
---|
180 | }
|
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181 |
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182 | } // end namespace core
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183 | } // end namespace flair
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