| [658] | 1 | #include <math.h> | 
|---|
|  | 2 | #include "vector3d.h" | 
|---|
|  | 3 | #include "utilgeom.h" | 
|---|
|  | 4 | //++ | 
|---|
|  | 5 | // Class        Vector3d | 
|---|
|  | 6 | // | 
|---|
|  | 7 | // include      vector3d.h utilgeom.h  longlat.h math.h | 
|---|
|  | 8 | // | 
|---|
|  | 9 | // | 
|---|
|  | 10 | //    3-D geometry. | 
|---|
|  | 11 | //    All computations are made with angles in radians and with spherical | 
|---|
|  | 12 | //    coordinates theta, phi. | 
|---|
|  | 13 | // | 
|---|
|  | 14 | //    Concerning Euler's angles, the reference is : | 
|---|
|  | 15 | // | 
|---|
|  | 16 | //    "Classical Mechanics" 2nd edition, H. Goldstein, Addison Wesley | 
|---|
|  | 17 | //-- | 
|---|
|  | 18 | //++ | 
|---|
|  | 19 | // Titre        Constructors | 
|---|
|  | 20 | //-- | 
|---|
|  | 21 | //++ | 
|---|
|  | 22 | Vector3d::Vector3d() | 
|---|
|  | 23 | // | 
|---|
|  | 24 | //-- | 
|---|
|  | 25 | { | 
|---|
|  | 26 | Setxyz(1.,0.,0.); | 
|---|
|  | 27 | } | 
|---|
|  | 28 | //++ | 
|---|
|  | 29 | Vector3d::Vector3d(double x, double y, double z) | 
|---|
|  | 30 | // | 
|---|
|  | 31 | //-- | 
|---|
|  | 32 | { | 
|---|
|  | 33 | _x=x; | 
|---|
|  | 34 | _y=y; | 
|---|
|  | 35 | _z=z; | 
|---|
|  | 36 | xyz2ThetaPhi(); | 
|---|
|  | 37 | } | 
|---|
|  | 38 | //++ | 
|---|
|  | 39 | Vector3d::Vector3d(double theta, double phi) | 
|---|
|  | 40 | // | 
|---|
|  | 41 | //-- | 
|---|
|  | 42 | { | 
|---|
|  | 43 | _theta=mod(theta,M_PI); // dans [0;pi] | 
|---|
|  | 44 | _phi=mod(phi,pi2); // dans [0;2pi] | 
|---|
|  | 45 | ThetaPhi2xyz(); | 
|---|
|  | 46 | } | 
|---|
|  | 47 | //++ | 
|---|
|  | 48 | Vector3d::Vector3d(const LongLat& ll) | 
|---|
|  | 49 | // | 
|---|
|  | 50 | //-- | 
|---|
|  | 51 | { | 
|---|
|  | 52 | _theta=ll.Theta(); // dans [0;pi] | 
|---|
|  | 53 | _phi=ll.Phi(); // dans [0;2pi] | 
|---|
|  | 54 | ThetaPhi2xyz(); | 
|---|
|  | 55 | } | 
|---|
|  | 56 | //++ | 
|---|
|  | 57 | Vector3d::Vector3d(const Vector3d& v) | 
|---|
|  | 58 | // | 
|---|
|  | 59 | //-- | 
|---|
|  | 60 | { | 
|---|
|  | 61 | _x=v._x; | 
|---|
|  | 62 | _y=v._y; | 
|---|
|  | 63 | _z=v._z; | 
|---|
|  | 64 | _theta=v._theta; | 
|---|
|  | 65 | _phi=v._phi; | 
|---|
|  | 66 | } | 
|---|
|  | 67 | //++ | 
|---|
|  | 68 | // Titre        Public methods | 
|---|
|  | 69 | //-- | 
|---|
|  | 70 | //++ | 
|---|
|  | 71 | void Vector3d::SetThetaPhi(double theta, double phi) | 
|---|
|  | 72 | // | 
|---|
|  | 73 | //-- | 
|---|
|  | 74 | { | 
|---|
|  | 75 | _theta=mod(theta,M_PI); | 
|---|
|  | 76 | _phi=mod(phi,pi2); | 
|---|
|  | 77 | ThetaPhi2xyz(); | 
|---|
|  | 78 | } | 
|---|
|  | 79 | //++ | 
|---|
|  | 80 | void Vector3d::Setxyz(double x, double y, double z) | 
|---|
|  | 81 | // | 
|---|
|  | 82 | //-- | 
|---|
|  | 83 | { | 
|---|
|  | 84 | _x=x; | 
|---|
|  | 85 | _y=y; | 
|---|
|  | 86 | _z=z; | 
|---|
|  | 87 | xyz2ThetaPhi(); | 
|---|
|  | 88 | } | 
|---|
|  | 89 | //++ | 
|---|
|  | 90 | void Vector3d::ThetaPhi2xyz() | 
|---|
|  | 91 | // | 
|---|
|  | 92 | //-- | 
|---|
|  | 93 | { | 
|---|
|  | 94 | _x=sin(_theta)*cos(_phi); | 
|---|
|  | 95 | _y=sin(_theta)*sin(_phi); | 
|---|
|  | 96 | _z=cos(_theta); | 
|---|
|  | 97 | } | 
|---|
|  | 98 | //++ | 
|---|
|  | 99 | void Vector3d::xyz2ThetaPhi() | 
|---|
|  | 100 | // | 
|---|
|  | 101 | //-- | 
|---|
|  | 102 | { | 
|---|
|  | 103 | double norm=this->Norm(); | 
|---|
|  | 104 | if( norm != 0. ) | 
|---|
|  | 105 | { | 
|---|
|  | 106 | _theta=acos(_z/norm); // dans [0,Pi] | 
|---|
|  | 107 | if( mod(_theta,M_PI) == 0. ) _phi=0.; // on est sur +-Oz, le vecteur z est en phi=0 | 
|---|
|  | 108 | //      else _phi=acos(_x/sin(_theta)/norm)+M_PI*(_y<0); | 
|---|
|  | 109 | else _phi=scangle(_y/sin(_theta)/norm,_x/sin(_theta)/norm); | 
|---|
|  | 110 | } | 
|---|
|  | 111 | else // vecteur nul | 
|---|
|  | 112 | { | 
|---|
|  | 113 | _theta=0.; | 
|---|
|  | 114 | _phi=0.; | 
|---|
|  | 115 | } | 
|---|
|  | 116 | } | 
|---|
|  | 117 | //++ | 
|---|
|  | 118 | Vector3d& Vector3d::Normalize() | 
|---|
|  | 119 | // | 
|---|
|  | 120 | //-- | 
|---|
|  | 121 | { | 
|---|
|  | 122 | double norm=this->Norm(); | 
|---|
|  | 123 | if( norm != 0. )  (*this)/=norm; | 
|---|
|  | 124 | else cerr << "Division par zero" << endl; | 
|---|
|  | 125 | return *this; | 
|---|
|  | 126 | } | 
|---|
|  | 127 | //++ | 
|---|
|  | 128 | double Vector3d::Norm() const | 
|---|
|  | 129 | // | 
|---|
|  | 130 | //-- | 
|---|
|  | 131 | { | 
|---|
|  | 132 | return sqrt(_x*_x+_y*_y+_z*_z); | 
|---|
|  | 133 | } | 
|---|
|  | 134 | //++ | 
|---|
|  | 135 | double Vector3d::Psc(const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 136 | // | 
|---|
|  | 137 | //    dot product | 
|---|
|  | 138 | //-- | 
|---|
|  | 139 | { | 
|---|
|  | 140 | return _x*v._x+_y*v._y+_z*v._z; | 
|---|
|  | 141 | } | 
|---|
|  | 142 | //++ | 
|---|
|  | 143 | double Vector3d::SepAngle(const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 144 | // | 
|---|
|  | 145 | //    angular gap between 2 vectors in [0,Pi] | 
|---|
|  | 146 | //-- | 
|---|
|  | 147 | { | 
|---|
|  | 148 | double n1=this->Norm(); | 
|---|
|  | 149 | double n2=v.Norm(); | 
|---|
|  | 150 | double ret; | 
|---|
|  | 151 | if( n1!=0. && n2!=0. ) ret=acos((this->Psc(v))/n1/n2); | 
|---|
|  | 152 | else | 
|---|
|  | 153 | { | 
|---|
|  | 154 | cerr << "Division par zero" << endl; | 
|---|
|  | 155 | ret=0.; | 
|---|
|  | 156 | } | 
|---|
|  | 157 | return ret; | 
|---|
|  | 158 | } | 
|---|
|  | 159 | //++ | 
|---|
|  | 160 | Vector3d Vector3d::Vect(const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 161 | // | 
|---|
|  | 162 | //    vector product | 
|---|
|  | 163 | //-- | 
|---|
|  | 164 | { | 
|---|
|  | 165 | double xo=_y*v._z-_z*v._y; | 
|---|
|  | 166 | double yo=_z*v._x-_x*v._z; | 
|---|
|  | 167 | double zo=_x*v._y-_y*v._x; | 
|---|
|  | 168 | return Vector3d(xo,yo,zo); | 
|---|
|  | 169 | } | 
|---|
|  | 170 | //++ | 
|---|
|  | 171 | Vector3d Vector3d::VperpPhi() const | 
|---|
|  | 172 | // | 
|---|
|  | 173 | //    perpendicular vector, with equal phi | 
|---|
|  | 174 | //-- | 
|---|
|  | 175 | { | 
|---|
|  | 176 | double theta; | 
|---|
|  | 177 | if( _theta != pi_over_2 ) theta=_theta+(0.5-(_theta>pi_over_2))*M_PI; // on tourne theta de +-pi/2 | 
|---|
|  | 178 | else theta=0.; | 
|---|
|  | 179 | return Vector3d(theta,_phi); | 
|---|
|  | 180 | } | 
|---|
|  | 181 | //++ | 
|---|
|  | 182 | Vector3d Vector3d::VperpTheta() const | 
|---|
|  | 183 | // | 
|---|
|  | 184 | //    perpendicular vector with equal theta | 
|---|
|  | 185 | //-- | 
|---|
|  | 186 | { | 
|---|
|  | 187 | double phi=mod(_phi+pi_over_2,pi2); // on tourne phi de pi/2 | 
|---|
|  | 188 | return Vector3d(_theta,phi); | 
|---|
|  | 189 | } | 
|---|
|  | 190 |  | 
|---|
|  | 191 | Vector3d Vector3d::EPhi() const | 
|---|
|  | 192 | { | 
|---|
|  | 193 | Vector3d temp; | 
|---|
|  | 194 | if ( fabs(_z) == 1. ) // si on est en +- Oz | 
|---|
|  | 195 | { | 
|---|
|  | 196 | temp=Vector3d(1.,0.,0.); | 
|---|
|  | 197 | } | 
|---|
|  | 198 | else | 
|---|
|  | 199 | { | 
|---|
|  | 200 | Vector3d k(0,0,-1); | 
|---|
|  | 201 | temp=this->Vect(k); | 
|---|
|  | 202 | temp.Normalize(); | 
|---|
|  | 203 | } | 
|---|
|  | 204 | return temp; | 
|---|
|  | 205 | } | 
|---|
|  | 206 | //++ | 
|---|
|  | 207 | Vector3d Vector3d::ETheta() const | 
|---|
|  | 208 | // | 
|---|
|  | 209 | //-- | 
|---|
|  | 210 | { | 
|---|
|  | 211 | Vector3d temp=this->Vect(EPhi()); | 
|---|
|  | 212 | temp.Normalize(); | 
|---|
|  | 213 | return temp; | 
|---|
|  | 214 | } | 
|---|
|  | 215 |  | 
|---|
|  | 216 | //++ | 
|---|
|  | 217 | Vector3d Vector3d::Euler(double phi, double theta, double psi) const | 
|---|
|  | 218 | // | 
|---|
|  | 219 | //    Euler's rotations | 
|---|
|  | 220 | //-- | 
|---|
|  | 221 | { | 
|---|
|  | 222 | double cpsi=cos(psi); | 
|---|
|  | 223 | double ctheta=cos(theta); | 
|---|
|  | 224 | double cphi=cos(phi); | 
|---|
|  | 225 | double spsi=sin(psi); | 
|---|
|  | 226 | double stheta=sin(theta); | 
|---|
|  | 227 | double sphi=sin(phi); | 
|---|
|  | 228 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x | 
|---|
|  | 229 | +(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_y | 
|---|
|  | 230 | +spsi*stheta*_z; | 
|---|
|  | 231 | double ynew=(-spsi*cphi-ctheta*sphi*cpsi)*_x | 
|---|
|  | 232 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y | 
|---|
|  | 233 | +cpsi*stheta*_z; | 
|---|
|  | 234 | double znew=stheta*sphi*_x-stheta*cphi*_y+ctheta*_z; | 
|---|
|  | 235 | return Vector3d(xnew,ynew,znew); | 
|---|
|  | 236 | } | 
|---|
|  | 237 | //++ | 
|---|
|  | 238 | Vector3d Vector3d::InvEuler(double phi, double theta, double psi) const | 
|---|
|  | 239 | // | 
|---|
|  | 240 | //    inverse rotation | 
|---|
|  | 241 | //-- | 
|---|
|  | 242 | { | 
|---|
|  | 243 | double cpsi=cos(psi); | 
|---|
|  | 244 | double ctheta=cos(theta); | 
|---|
|  | 245 | double cphi=cos(phi); | 
|---|
|  | 246 | double spsi=sin(psi); | 
|---|
|  | 247 | double stheta=sin(theta); | 
|---|
|  | 248 | double sphi=sin(phi); | 
|---|
|  | 249 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x | 
|---|
|  | 250 | -(spsi*cphi+ctheta*sphi*cpsi)*_y | 
|---|
|  | 251 | +sphi*stheta*_z; | 
|---|
|  | 252 | double ynew=(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_x | 
|---|
|  | 253 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y | 
|---|
|  | 254 | -cphi*stheta*_z; | 
|---|
|  | 255 | double znew=stheta*spsi*_x+stheta*cpsi*_y+ctheta*_z; | 
|---|
|  | 256 | return Vector3d(xnew,ynew,znew); | 
|---|
|  | 257 | } | 
|---|
|  | 258 | //++ | 
|---|
|  | 259 | Vector3d Vector3d::Rotate(const Vector3d& omega, double phi) | 
|---|
|  | 260 | // | 
|---|
|  | 261 | //    rotation of angle phi around an axis omega (Maxwell's rule) | 
|---|
|  | 262 | //-- | 
|---|
|  | 263 | { | 
|---|
|  | 264 | Vector3d rotationaxis=omega; | 
|---|
|  | 265 | rotationaxis.Normalize(); | 
|---|
|  | 266 | double n=this->Psc(rotationaxis); | 
|---|
|  | 267 | Vector3d myself=*this; | 
|---|
|  | 268 | Vector3d rotate=n*rotationaxis+(myself-n*rotationaxis)*cos(phi)-(myself^rotationaxis)*sin(phi); | 
|---|
|  | 269 | return rotate; | 
|---|
|  | 270 | } | 
|---|
|  | 271 | //++ | 
|---|
|  | 272 | void Vector3d::Print(ostream& os) const | 
|---|
|  | 273 | // | 
|---|
|  | 274 | //-- | 
|---|
|  | 275 | { | 
|---|
|  | 276 | os << "Vector3: (X,Y,Z)= (" << _x << ", " << _y << ", " << _z | 
|---|
|  | 277 | << ") --- Theta,Phi= " << _theta << ", " << _phi << "\n" | 
|---|
|  | 278 | << "Norme = " << this->Norm() << endl; | 
|---|
|  | 279 | } | 
|---|
|  | 280 | //++ | 
|---|
|  | 281 | // Titre        Operators | 
|---|
|  | 282 | //-- | 
|---|
|  | 283 | //++ | 
|---|
|  | 284 | Vector3d& Vector3d::operator += (const Vector3d& v) | 
|---|
|  | 285 | // | 
|---|
|  | 286 | //-- | 
|---|
|  | 287 | { | 
|---|
|  | 288 | *this=*this+v; | 
|---|
|  | 289 | return *this; | 
|---|
|  | 290 | } | 
|---|
|  | 291 | //++ | 
|---|
|  | 292 | Vector3d& Vector3d::operator -= (const Vector3d& v) | 
|---|
|  | 293 | // | 
|---|
|  | 294 | //-- | 
|---|
|  | 295 | { | 
|---|
|  | 296 | *this=*this-v; | 
|---|
|  | 297 | return *this; | 
|---|
|  | 298 | } | 
|---|
|  | 299 | //++ | 
|---|
|  | 300 | Vector3d& Vector3d::operator += (double d) | 
|---|
|  | 301 | // | 
|---|
|  | 302 | //-- | 
|---|
|  | 303 | { | 
|---|
|  | 304 | Setxyz(_x+d,_y+d,_z+d); | 
|---|
|  | 305 | return *this; | 
|---|
|  | 306 | } | 
|---|
|  | 307 | //++ | 
|---|
|  | 308 | Vector3d& Vector3d::operator /= (double d) | 
|---|
|  | 309 | // | 
|---|
|  | 310 | //-- | 
|---|
|  | 311 | { | 
|---|
|  | 312 | if( d != 0. ) Setxyz(_x/d,_y/d,_z/d); | 
|---|
|  | 313 | else cerr << "Division par zero." << endl; | 
|---|
|  | 314 | return *this; | 
|---|
|  | 315 | } | 
|---|
|  | 316 | //++ | 
|---|
|  | 317 | Vector3d& Vector3d::operator *= (double d) | 
|---|
|  | 318 | // | 
|---|
|  | 319 | //-- | 
|---|
|  | 320 | { | 
|---|
|  | 321 | Setxyz(_x*d,_y*d,_z*d); | 
|---|
|  | 322 | return *this; | 
|---|
|  | 323 | } | 
|---|
|  | 324 | //++ | 
|---|
|  | 325 | Vector3d Vector3d::operator ^ (const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 326 | // | 
|---|
|  | 327 | //    vector product | 
|---|
|  | 328 | //-- | 
|---|
|  | 329 | { | 
|---|
|  | 330 | return this->Vect(v); | 
|---|
|  | 331 | } | 
|---|
|  | 332 | //++ | 
|---|
|  | 333 | Vector3d Vector3d::operator + (double d) const | 
|---|
|  | 334 | // | 
|---|
|  | 335 | //-- | 
|---|
|  | 336 | { | 
|---|
|  | 337 | return Vector3d(_x+d,_y+d,_z+d); | 
|---|
|  | 338 | } | 
|---|
|  | 339 | //++ | 
|---|
|  | 340 | Vector3d Vector3d::operator + (const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 341 | // | 
|---|
|  | 342 | //-- | 
|---|
|  | 343 | { | 
|---|
|  | 344 | return Vector3d(_x+v._x,_y+v._y,_z+v._z); | 
|---|
|  | 345 | } | 
|---|
|  | 346 | //++ | 
|---|
|  | 347 | Vector3d Vector3d::operator - (double d) const | 
|---|
|  | 348 | // | 
|---|
|  | 349 | //-- | 
|---|
|  | 350 | { | 
|---|
|  | 351 | return *this+(-d); | 
|---|
|  | 352 | } | 
|---|
|  | 353 | //++ | 
|---|
|  | 354 | Vector3d Vector3d::operator - (const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 355 | // | 
|---|
|  | 356 | //-- | 
|---|
|  | 357 | { | 
|---|
|  | 358 | return *this+(v*(-1.)); | 
|---|
|  | 359 | } | 
|---|
|  | 360 | //++ | 
|---|
|  | 361 | Vector3d Vector3d::operator * (double d) const | 
|---|
|  | 362 | // | 
|---|
|  | 363 | //-- | 
|---|
|  | 364 | { | 
|---|
|  | 365 | return Vector3d(d*_x,d*_y,d*_z); | 
|---|
|  | 366 | } | 
|---|
|  | 367 | //++ | 
|---|
|  | 368 | double Vector3d::operator * (const Vector3d& v) const | 
|---|
|  | 369 | // | 
|---|
|  | 370 | //    dot product | 
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|  | 371 | //-- | 
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|  | 372 | { | 
|---|
|  | 373 | return this->Psc(v); | 
|---|
|  | 374 | } | 
|---|
|  | 375 | //++ | 
|---|
|  | 376 | Vector3d Vector3d::operator / (double d) const | 
|---|
|  | 377 | // | 
|---|
|  | 378 | //-- | 
|---|
|  | 379 | { | 
|---|
|  | 380 | Vector3d ret=*this; | 
|---|
|  | 381 | if( d != 0. ) ret/=d; | 
|---|
|  | 382 | else  cerr << "Division par zero." << endl; | 
|---|
|  | 383 | return ret; | 
|---|
|  | 384 | } | 
|---|
|  | 385 | //++ | 
|---|
|  | 386 | Vector3d& Vector3d::operator = (const Vector3d& v) | 
|---|
|  | 387 | // | 
|---|
|  | 388 | //-- | 
|---|
|  | 389 | { | 
|---|
|  | 390 | if( this != &v ) | 
|---|
|  | 391 | { | 
|---|
|  | 392 | _x=v._x; | 
|---|
|  | 393 | _y=v._y; | 
|---|
|  | 394 | _z=v._z; | 
|---|
|  | 395 | _theta=v._theta; | 
|---|
|  | 396 | _phi=v._phi; | 
|---|
|  | 397 | } | 
|---|
|  | 398 | return *this; | 
|---|
|  | 399 | } | 
|---|
|  | 400 | //++ | 
|---|
|  | 401 | bool Vector3d::operator == (const Vector3d& v) | 
|---|
|  | 402 | // | 
|---|
|  | 403 | //-- | 
|---|
|  | 404 | { | 
|---|
|  | 405 | return (this==&v); | 
|---|
|  | 406 | } | 
|---|
|  | 407 |  | 
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