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root/group/trunk/OOPSE-4/src/math/SquareMatrix3.hpp
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Comparing trunk/OOPSE-4/src/math/SquareMatrix3.hpp (file contents):
Revision 1594 by tim, Mon Oct 18 23:13:23 2004 UTC vs.
Revision 1644 by tim, Mon Oct 25 22:46:19 2004 UTC

# Line 29 | Line 29
29   * @date 10/11/2004
30   * @version 1.0
31   */
32 < #ifndef MATH_SQUAREMATRIX3_HPP
32 > #ifndef MATH_SQUAREMATRIX3_HPP
33   #define  MATH_SQUAREMATRIX3_HPP
34  
35   #include "Quaternion.hpp"
# Line 41 | Line 41 | namespace oopse {
41      template<typename Real>
42      class SquareMatrix3 : public SquareMatrix<Real, 3> {
43          public:
44 +
45 +            typedef Real ElemType;
46 +            typedef Real* ElemPoinerType;
47              
48              /** default constructor */
49              SquareMatrix3() : SquareMatrix<Real, 3>() {
50              }
51  
52 +            /** Constructs and initializes every element of this matrix to a scalar */
53 +            SquareMatrix3(Real s) : SquareMatrix<Real,3>(s){
54 +            }
55 +
56 +            /** Constructs and initializes from an array */
57 +            SquareMatrix3(Real* array) : SquareMatrix<Real,3>(array){
58 +            }
59 +
60 +
61              /** copy  constructor */
62              SquareMatrix3(const SquareMatrix<Real, 3>& m)  : SquareMatrix<Real, 3>(m) {
63              }
# Line 59 | Line 71 | namespace oopse {
71              }
72  
73              SquareMatrix3(const Quaternion<Real>& q) {
74 <                *this = q.toRotationMatrix3();
74 >                setupRotMat(q);
75 >
76              }
77  
78              SquareMatrix3(Real w, Real x, Real y, Real z) {
79 <                Quaternion<Real> q(w, x, y, z);
67 <                *this = q.toRotationMatrix3();
79 >                setupRotMat(w, x, y, z);
80              }
81              
82              /** copy assignment operator */
# Line 119 | Line 131 | namespace oopse {
131               * @param quat
132              */
133              void setupRotMat(const Quaternion<Real>& quat) {
134 <                *this = quat.toRotationMatrix3();
134 >                setupRotMat(quat.w(), quat.x(), quat.y(), quat.z());
135              }
136  
137              /**
# Line 196 | Line 208 | namespace oopse {
208               * z-axis (again).
209              */            
210              Vector3<Real> toEulerAngles() {
211 <                Vector<Real> myEuler;
211 >                Vector3<Real> myEuler;
212                  Real phi,theta,psi,eps;
213                  Real ctheta,stheta;
214                  
215                  // set the tolerance for Euler angles and rotation elements
216  
217 <                theta = acos(min(1.0,max(-1.0,data_[2][2])));
217 >                theta = acos(std::min(1.0, std::max(-1.0,data_[2][2])));
218                  ctheta = data_[2][2];
219                  stheta = sqrt(1.0 - ctheta * ctheta);
220  
# Line 275 | Line 287 | namespace oopse {
287                  m /= det;
288                  return m;
289              }
290 <
291 <            void diagonalize(SquareMatrix3<Real>& a, Vector3<Real>& w, SquareMatrix3<Real>& v) {
292 <                int i,j,k,maxI;
293 <                Real tmp, maxVal;
294 <                Vector3<Real> v_maxI, v_k, v_j;
295 <
296 <                // diagonalize using Jacobi
297 <                jacobi(a, w, v);
290 >            /**
291 >             * Extract the eigenvalues and eigenvectors from a 3x3 matrix.
292 >             * The eigenvectors (the columns of V) will be normalized.
293 >             * The eigenvectors are aligned optimally with the x, y, and z
294 >             * axes respectively.
295 >             * @param a symmetric matrix whose eigenvectors are to be computed. On return, the matrix is
296 >             *     overwritten            
297 >             * @param w will contain the eigenvalues of the matrix On return of this function
298 >             * @param v the columns of this matrix will contain the eigenvectors. The eigenvectors are
299 >             *    normalized and mutually orthogonal.              
300 >             * @warning a will be overwritten
301 >             */
302 >            static void diagonalize(SquareMatrix3<Real>& a, Vector3<Real>& w, SquareMatrix3<Real>& v);
303 >    };
304 > /*=========================================================================
305  
306 <                // if all the eigenvalues are the same, return identity matrix
307 <                if (w[0] == w[1] && w[0] == w[2] ){
289 <                      v = SquareMatrix3<Real>::identity();
290 <                      return
291 <                }
306 >  Program:   Visualization Toolkit
307 >  Module:    $RCSfile: SquareMatrix3.hpp,v $
308  
309 <                // transpose temporarily, it makes it easier to sort the eigenvectors
310 <                v = v.tanspose();
311 <                
312 <                // if two eigenvalues are the same, re-orthogonalize to optimally line
313 <                // up the eigenvectors with the x, y, and z axes
314 <                for (i = 0; i < 3; i++) {
315 <                    if (w((i+1)%3) == w((i+2)%3)) {// two eigenvalues are the same
316 <                    // find maximum element of the independant eigenvector
317 <                    maxVal = fabs(v(i, 0));
318 <                    maxI = 0;
319 <                    for (j = 1; j < 3; j++) {
320 <                        if (maxVal < (tmp = fabs(v(i, j)))){
321 <                            maxVal = tmp;
322 <                            maxI = j;
323 <                        }
308 <                    }
309 <                    
310 <                    // swap the eigenvector into its proper position
311 <                    if (maxI != i) {
312 <                        tmp = w(maxI);
313 <                        w(maxI) = w(i);
314 <                        w(i) = tmp;
309 >  Copyright (c) Ken Martin, Will Schroeder, Bill Lorensen
310 >  All rights reserved.
311 >  See Copyright.txt or http://www.kitware.com/Copyright.htm for details.
312 >
313 >     This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
314 >     the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
315 >     PURPOSE.  See the above copyright notice for more information.
316 >
317 > =========================================================================*/
318 >    template<typename Real>
319 >    void SquareMatrix3<Real>::diagonalize(SquareMatrix3<Real>& a, Vector3<Real>& w,
320 >                                                                           SquareMatrix3<Real>& v) {
321 >        int i,j,k,maxI;
322 >        Real tmp, maxVal;
323 >        Vector3<Real> v_maxI, v_k, v_j;
324  
325 <                        v.swapRow(i, maxI);
326 <                    }
327 <                    // maximum element of eigenvector should be positive
328 <                    if (v(maxI, maxI) < 0) {
329 <                        v(maxI, 0) = -v(maxI, 0);
330 <                        v(maxI, 1) = -v(maxI, 1);
331 <                        v(maxI, 2) = -v(maxI, 2);
323 <                    }
324 <
325 <                    // re-orthogonalize the other two eigenvectors
326 <                    j = (maxI+1)%3;
327 <                    k = (maxI+2)%3;
328 <
329 <                    v(j, 0) = 0.0;
330 <                    v(j, 1) = 0.0;
331 <                    v(j, 2) = 0.0;
332 <                    v(j, j) = 1.0;
333 <
334 <                    /** @todo */
335 <                    v_maxI = v.getRow(maxI);
336 <                    v_j = v.getRow(j);
337 <                    v_k = cross(v_maxI, v_j);
338 <                    v_k.normailze();
339 <                    v_j = cross(v_k, v_maxI);
340 <                    v.setRow(j, v_j);
341 <                    v.setRow(k, v_k);
342 <
343 <
344 <                    // transpose vectors back to columns
345 <                    v = v.transpose();
346 <                    return;
347 <                    }
348 <                }
349 <
350 <                // the three eigenvalues are different, just sort the eigenvectors
351 <                // to align them with the x, y, and z axes
352 <
353 <                // find the vector with the largest x element, make that vector
354 <                // the first vector
355 <                maxVal = fabs(v(0, 0));
356 <                maxI = 0;
357 <                for (i = 1; i < 3; i++) {
358 <                    if (maxVal < (tmp = fabs(v(i, 0)))) {
359 <                        maxVal = tmp;
360 <                        maxI = i;
361 <                    }
362 <                }
325 >        // diagonalize using Jacobi
326 >        jacobi(a, w, v);
327 >        // if all the eigenvalues are the same, return identity matrix
328 >        if (w[0] == w[1] && w[0] == w[2] ) {
329 >              v = SquareMatrix3<Real>::identity();
330 >              return;
331 >        }
332  
333 <                // swap eigenvalue and eigenvector
334 <                if (maxI != 0) {
335 <                    tmp = w(maxI);
336 <                    w(maxI) = w(0);
337 <                    w(0) = tmp;
338 <                    v.swapRow(maxI, 0);
333 >        // transpose temporarily, it makes it easier to sort the eigenvectors
334 >        v = v.transpose();
335 >        
336 >        // if two eigenvalues are the same, re-orthogonalize to optimally line
337 >        // up the eigenvectors with the x, y, and z axes
338 >        for (i = 0; i < 3; i++) {
339 >            if (w((i+1)%3) == w((i+2)%3)) {// two eigenvalues are the same
340 >            // find maximum element of the independant eigenvector
341 >            maxVal = fabs(v(i, 0));
342 >            maxI = 0;
343 >            for (j = 1; j < 3; j++) {
344 >                if (maxVal < (tmp = fabs(v(i, j)))){
345 >                    maxVal = tmp;
346 >                    maxI = j;
347                  }
348 <                // do the same for the y element
349 <                if (fabs(v(1, 1)) < fabs(v(2, 1))) {
350 <                    tmp = w(2);
351 <                    w(2) = w(1);
352 <                    w(1) = tmp;
353 <                    v.swapRow(2, 1);
354 <                }
348 >            }
349 >            
350 >            // swap the eigenvector into its proper position
351 >            if (maxI != i) {
352 >                tmp = w(maxI);
353 >                w(maxI) = w(i);
354 >                w(i) = tmp;
355  
356 <                // ensure that the sign of the eigenvectors is correct
357 <                for (i = 0; i < 2; i++) {
358 <                    if (v(i, i) < 0) {
359 <                        v(i, 0) = -v(i, 0);
360 <                        v(i, 1) = -v(i, 1);
361 <                        v(i, 2) = -v(i, 2);
362 <                    }
363 <                }
356 >                v.swapRow(i, maxI);
357 >            }
358 >            // maximum element of eigenvector should be positive
359 >            if (v(maxI, maxI) < 0) {
360 >                v(maxI, 0) = -v(maxI, 0);
361 >                v(maxI, 1) = -v(maxI, 1);
362 >                v(maxI, 2) = -v(maxI, 2);
363 >            }
364  
365 <                // set sign of final eigenvector to ensure that determinant is positive
366 <                if (determinant(v) < 0) {
367 <                    v(2, 0) = -v(2, 0);
391 <                    v(2, 1) = -v(2, 1);
392 <                    v(2, 2) = -v(2, 2);
393 <                }
365 >            // re-orthogonalize the other two eigenvectors
366 >            j = (maxI+1)%3;
367 >            k = (maxI+2)%3;
368  
369 <                // transpose the eigenvectors back again
370 <                v = v.transpose();
371 <                return ;
369 >            v(j, 0) = 0.0;
370 >            v(j, 1) = 0.0;
371 >            v(j, 2) = 0.0;
372 >            v(j, j) = 1.0;
373 >
374 >            /** @todo */
375 >            v_maxI = v.getRow(maxI);
376 >            v_j = v.getRow(j);
377 >            v_k = cross(v_maxI, v_j);
378 >            v_k.normalize();
379 >            v_j = cross(v_k, v_maxI);
380 >            v.setRow(j, v_j);
381 >            v.setRow(k, v_k);
382 >
383 >
384 >            // transpose vectors back to columns
385 >            v = v.transpose();
386 >            return;
387              }
388 <    };
388 >        }
389  
390 +        // the three eigenvalues are different, just sort the eigenvectors
391 +        // to align them with the x, y, and z axes
392 +
393 +        // find the vector with the largest x element, make that vector
394 +        // the first vector
395 +        maxVal = fabs(v(0, 0));
396 +        maxI = 0;
397 +        for (i = 1; i < 3; i++) {
398 +            if (maxVal < (tmp = fabs(v(i, 0)))) {
399 +                maxVal = tmp;
400 +                maxI = i;
401 +            }
402 +        }
403 +
404 +        // swap eigenvalue and eigenvector
405 +        if (maxI != 0) {
406 +            tmp = w(maxI);
407 +            w(maxI) = w(0);
408 +            w(0) = tmp;
409 +            v.swapRow(maxI, 0);
410 +        }
411 +        // do the same for the y element
412 +        if (fabs(v(1, 1)) < fabs(v(2, 1))) {
413 +            tmp = w(2);
414 +            w(2) = w(1);
415 +            w(1) = tmp;
416 +            v.swapRow(2, 1);
417 +        }
418 +
419 +        // ensure that the sign of the eigenvectors is correct
420 +        for (i = 0; i < 2; i++) {
421 +            if (v(i, i) < 0) {
422 +                v(i, 0) = -v(i, 0);
423 +                v(i, 1) = -v(i, 1);
424 +                v(i, 2) = -v(i, 2);
425 +            }
426 +        }
427 +
428 +        // set sign of final eigenvector to ensure that determinant is positive
429 +        if (v.determinant() < 0) {
430 +            v(2, 0) = -v(2, 0);
431 +            v(2, 1) = -v(2, 1);
432 +            v(2, 2) = -v(2, 2);
433 +        }
434 +
435 +        // transpose the eigenvectors back again
436 +        v = v.transpose();
437 +        return ;
438 +    }
439      typedef SquareMatrix3<double> Mat3x3d;
440      typedef SquareMatrix3<double> RotMat3x3d;
441  
442   } //namespace oopse
443   #endif // MATH_SQUAREMATRIX_HPP
444 +

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