[764] | 1 | #include "machdefs.h"
|
---|
| 2 | #include <math.h>
|
---|
| 3 | #include "pexceptions.h"
|
---|
| 4 | #include "vector3d.h"
|
---|
| 5 | #include "utilgeom.h"
|
---|
| 6 | //++
|
---|
| 7 | // Class Vector3d
|
---|
| 8 | //
|
---|
| 9 | // include vector3d.h utilgeom.h longlat.h math.h
|
---|
| 10 | //
|
---|
| 11 | //
|
---|
| 12 | // 3-D geometry.
|
---|
| 13 | // All computations are made with angles in radians and with spherical
|
---|
| 14 | // coordinates theta, phi.
|
---|
| 15 | //
|
---|
| 16 | // Concerning Euler's angles, the reference is :
|
---|
| 17 | //
|
---|
| 18 | // "Classical Mechanics" 2nd edition, H. Goldstein, Addison Wesley
|
---|
| 19 | //--
|
---|
| 20 | //++
|
---|
| 21 | // Titre Constructors
|
---|
| 22 | //--
|
---|
| 23 | //++
|
---|
| 24 | Vector3d::Vector3d()
|
---|
| 25 | //
|
---|
| 26 | //--
|
---|
| 27 | {
|
---|
| 28 | Setxyz(1.,0.,0.);
|
---|
| 29 | }
|
---|
| 30 | //++
|
---|
| 31 | Vector3d::Vector3d(double x, double y, double z)
|
---|
| 32 | //
|
---|
| 33 | //--
|
---|
| 34 | {
|
---|
| 35 | _x=x;
|
---|
| 36 | _y=y;
|
---|
| 37 | _z=z;
|
---|
| 38 | xyz2ThetaPhi();
|
---|
| 39 | }
|
---|
| 40 | //++
|
---|
| 41 | Vector3d::Vector3d(double theta, double phi)
|
---|
| 42 | //
|
---|
| 43 | //--
|
---|
| 44 | {
|
---|
| 45 | _theta=mod(theta,M_PI); // dans [0;pi]
|
---|
| 46 | _phi=mod(phi,pi2); // dans [0;2pi]
|
---|
| 47 | ThetaPhi2xyz();
|
---|
| 48 | }
|
---|
| 49 | //++
|
---|
| 50 | Vector3d::Vector3d(const LongLat& ll)
|
---|
| 51 | //
|
---|
| 52 | //--
|
---|
| 53 | {
|
---|
| 54 | _theta=ll.Theta(); // dans [0;pi]
|
---|
| 55 | _phi=ll.Phi(); // dans [0;2pi]
|
---|
| 56 | ThetaPhi2xyz();
|
---|
| 57 | }
|
---|
| 58 | //++
|
---|
| 59 | Vector3d::Vector3d(const Vector3d& v)
|
---|
| 60 | //
|
---|
| 61 | //--
|
---|
| 62 | {
|
---|
| 63 | _x=v._x;
|
---|
| 64 | _y=v._y;
|
---|
| 65 | _z=v._z;
|
---|
| 66 | _theta=v._theta;
|
---|
| 67 | _phi=v._phi;
|
---|
| 68 | }
|
---|
| 69 | //++
|
---|
| 70 | // Titre Public methods
|
---|
| 71 | //--
|
---|
| 72 | //++
|
---|
| 73 | void Vector3d::SetThetaPhi(double theta, double phi)
|
---|
| 74 | //
|
---|
| 75 | //--
|
---|
| 76 | {
|
---|
| 77 | _theta=mod(theta,M_PI);
|
---|
| 78 | _phi=mod(phi,pi2);
|
---|
| 79 | ThetaPhi2xyz();
|
---|
| 80 | }
|
---|
| 81 | //++
|
---|
| 82 | void Vector3d::Setxyz(double x, double y, double z)
|
---|
| 83 | //
|
---|
| 84 | //--
|
---|
| 85 | {
|
---|
| 86 | _x=x;
|
---|
| 87 | _y=y;
|
---|
| 88 | _z=z;
|
---|
| 89 | xyz2ThetaPhi();
|
---|
| 90 | }
|
---|
| 91 | //++
|
---|
| 92 | void Vector3d::ThetaPhi2xyz()
|
---|
| 93 | //
|
---|
| 94 | //--
|
---|
| 95 | {
|
---|
| 96 | _x=sin(_theta)*cos(_phi);
|
---|
| 97 | _y=sin(_theta)*sin(_phi);
|
---|
| 98 | _z=cos(_theta);
|
---|
| 99 | }
|
---|
| 100 | //++
|
---|
| 101 | void Vector3d::xyz2ThetaPhi()
|
---|
| 102 | //
|
---|
| 103 | //--
|
---|
| 104 | {
|
---|
| 105 | double norm=this->Norm();
|
---|
| 106 | if( norm != 0. )
|
---|
| 107 | {
|
---|
| 108 | _theta=acos(_z/norm); // dans [0,Pi]
|
---|
| 109 | if( mod(_theta,M_PI) == 0. ) _phi=0.; // on est sur +-Oz, le vecteur z est en phi=0
|
---|
| 110 | // else _phi=acos(_x/sin(_theta)/norm)+M_PI*(_y<0);
|
---|
| 111 | else _phi=scangle(_y/sin(_theta)/norm,_x/sin(_theta)/norm);
|
---|
| 112 | }
|
---|
| 113 | else // vecteur nul
|
---|
| 114 | {
|
---|
| 115 | _theta=0.;
|
---|
| 116 | _phi=0.;
|
---|
| 117 | }
|
---|
| 118 | }
|
---|
| 119 | //++
|
---|
| 120 | Vector3d& Vector3d::Normalize()
|
---|
| 121 | //
|
---|
| 122 | //--
|
---|
| 123 | {
|
---|
| 124 | double norm=this->Norm();
|
---|
| 125 | if( norm != 0. ) (*this)/=norm;
|
---|
| 126 | else cerr << "Division par zero" << endl;
|
---|
| 127 | return *this;
|
---|
| 128 | }
|
---|
| 129 | //++
|
---|
| 130 | double Vector3d::Norm() const
|
---|
| 131 | //
|
---|
| 132 | //--
|
---|
| 133 | {
|
---|
| 134 | return sqrt(_x*_x+_y*_y+_z*_z);
|
---|
| 135 | }
|
---|
| 136 | //++
|
---|
| 137 | double Vector3d::Psc(const Vector3d& v) const
|
---|
| 138 | //
|
---|
| 139 | // dot product
|
---|
| 140 | //--
|
---|
| 141 | {
|
---|
| 142 | return _x*v._x+_y*v._y+_z*v._z;
|
---|
| 143 | }
|
---|
| 144 | //++
|
---|
| 145 | double Vector3d::SepAngle(const Vector3d& v) const
|
---|
| 146 | //
|
---|
| 147 | // angular gap between 2 vectors in [0,Pi]
|
---|
| 148 | //--
|
---|
| 149 | {
|
---|
| 150 | double n1=this->Norm();
|
---|
| 151 | double n2=v.Norm();
|
---|
| 152 | double ret;
|
---|
| 153 | if( n1!=0. && n2!=0. ) ret=acos((this->Psc(v))/n1/n2);
|
---|
| 154 | else
|
---|
| 155 | {
|
---|
| 156 | cerr << "Division par zero" << endl;
|
---|
| 157 | ret=0.;
|
---|
| 158 | }
|
---|
| 159 | return ret;
|
---|
| 160 | }
|
---|
| 161 | //++
|
---|
| 162 | Vector3d Vector3d::Vect(const Vector3d& v) const
|
---|
| 163 | //
|
---|
| 164 | // vector product
|
---|
| 165 | //--
|
---|
| 166 | {
|
---|
| 167 | double xo=_y*v._z-_z*v._y;
|
---|
| 168 | double yo=_z*v._x-_x*v._z;
|
---|
| 169 | double zo=_x*v._y-_y*v._x;
|
---|
| 170 | return Vector3d(xo,yo,zo);
|
---|
| 171 | }
|
---|
| 172 | //++
|
---|
| 173 | Vector3d Vector3d::VperpPhi() const
|
---|
| 174 | //
|
---|
| 175 | // perpendicular vector, with equal phi
|
---|
| 176 | //--
|
---|
| 177 | {
|
---|
| 178 | double theta;
|
---|
| 179 | if( _theta != pi_over_2 ) theta=_theta+(0.5-(_theta>pi_over_2))*M_PI; // on tourne theta de +-pi/2
|
---|
| 180 | else theta=0.;
|
---|
| 181 | return Vector3d(theta,_phi);
|
---|
| 182 | }
|
---|
| 183 | //++
|
---|
| 184 | Vector3d Vector3d::VperpTheta() const
|
---|
| 185 | //
|
---|
| 186 | // perpendicular vector with equal theta
|
---|
| 187 | //--
|
---|
| 188 | {
|
---|
| 189 | throw PError("Vector3d::VperpTheta() - Logic Error DY/Reza 20/02/2000");
|
---|
| 190 | // Bug ??? (D. Yvon, Fevrier 2000)
|
---|
| 191 | // double phi=mod(_phi+pi_over_2,pi2); // on tourne phi de pi/2
|
---|
| 192 | // return Vector3d(_theta,phi);
|
---|
| 193 | }
|
---|
| 194 |
|
---|
| 195 | Vector3d Vector3d::EPhi() const
|
---|
| 196 | {
|
---|
| 197 | Vector3d temp;
|
---|
| 198 | if ( fabs(_z) == 1. ) // si on est en +- Oz
|
---|
| 199 | {
|
---|
| 200 | temp=Vector3d(1.,0.,0.);
|
---|
| 201 | }
|
---|
| 202 | else
|
---|
| 203 | {
|
---|
| 204 | Vector3d k(0,0,-1);
|
---|
| 205 | temp=this->Vect(k);
|
---|
| 206 | temp.Normalize();
|
---|
| 207 | }
|
---|
| 208 | return temp;
|
---|
| 209 | }
|
---|
| 210 | //++
|
---|
| 211 | Vector3d Vector3d::ETheta() const
|
---|
| 212 | //
|
---|
| 213 | //--
|
---|
| 214 | {
|
---|
| 215 | Vector3d temp=this->Vect(EPhi());
|
---|
| 216 | temp.Normalize();
|
---|
| 217 | return temp;
|
---|
| 218 | }
|
---|
| 219 |
|
---|
| 220 | //++
|
---|
| 221 | Vector3d Vector3d::Euler(double phi, double theta, double psi) const
|
---|
| 222 | //
|
---|
| 223 | // Euler's rotations
|
---|
| 224 | //--
|
---|
| 225 | {
|
---|
| 226 | double cpsi=cos(psi);
|
---|
| 227 | double ctheta=cos(theta);
|
---|
| 228 | double cphi=cos(phi);
|
---|
| 229 | double spsi=sin(psi);
|
---|
| 230 | double stheta=sin(theta);
|
---|
| 231 | double sphi=sin(phi);
|
---|
| 232 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x
|
---|
| 233 | +(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_y
|
---|
| 234 | +spsi*stheta*_z;
|
---|
| 235 | double ynew=(-spsi*cphi-ctheta*sphi*cpsi)*_x
|
---|
| 236 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y
|
---|
| 237 | +cpsi*stheta*_z;
|
---|
| 238 | double znew=stheta*sphi*_x-stheta*cphi*_y+ctheta*_z;
|
---|
| 239 | return Vector3d(xnew,ynew,znew);
|
---|
| 240 | }
|
---|
| 241 | //++
|
---|
| 242 | Vector3d Vector3d::InvEuler(double phi, double theta, double psi) const
|
---|
| 243 | //
|
---|
| 244 | // inverse rotation
|
---|
| 245 | //--
|
---|
| 246 | {
|
---|
| 247 | double cpsi=cos(psi);
|
---|
| 248 | double ctheta=cos(theta);
|
---|
| 249 | double cphi=cos(phi);
|
---|
| 250 | double spsi=sin(psi);
|
---|
| 251 | double stheta=sin(theta);
|
---|
| 252 | double sphi=sin(phi);
|
---|
| 253 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x
|
---|
| 254 | -(spsi*cphi+ctheta*sphi*cpsi)*_y
|
---|
| 255 | +sphi*stheta*_z;
|
---|
| 256 | double ynew=(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_x
|
---|
| 257 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y
|
---|
| 258 | -cphi*stheta*_z;
|
---|
| 259 | double znew=stheta*spsi*_x+stheta*cpsi*_y+ctheta*_z;
|
---|
| 260 | return Vector3d(xnew,ynew,znew);
|
---|
| 261 | }
|
---|
| 262 | //++
|
---|
| 263 | Vector3d Vector3d::Rotate(const Vector3d& omega, double phi)
|
---|
| 264 | //
|
---|
| 265 | // rotation of angle phi around an axis omega (Maxwell's rule)
|
---|
| 266 | //--
|
---|
| 267 | {
|
---|
| 268 | Vector3d rotationaxis=omega;
|
---|
| 269 | rotationaxis.Normalize();
|
---|
| 270 | double n=this->Psc(rotationaxis);
|
---|
| 271 | Vector3d myself=*this;
|
---|
| 272 | Vector3d rotate=n*rotationaxis+(myself-n*rotationaxis)*cos(phi)-(myself^rotationaxis)*sin(phi);
|
---|
| 273 | return rotate;
|
---|
| 274 | }
|
---|
| 275 | //++
|
---|
| 276 | void Vector3d::Print(ostream& os) const
|
---|
| 277 | //
|
---|
| 278 | //--
|
---|
| 279 | {
|
---|
| 280 | os << "Vector3: (X,Y,Z)= (" << _x << ", " << _y << ", " << _z
|
---|
| 281 | << ") --- Theta,Phi= " << _theta << ", " << _phi << "\n"
|
---|
| 282 | << "Norme = " << this->Norm() << endl;
|
---|
| 283 | }
|
---|
| 284 | //++
|
---|
| 285 | // Titre Operators
|
---|
| 286 | //--
|
---|
| 287 | //++
|
---|
| 288 | Vector3d& Vector3d::operator += (const Vector3d& v)
|
---|
| 289 | //
|
---|
| 290 | //--
|
---|
| 291 | {
|
---|
| 292 | *this=*this+v;
|
---|
| 293 | return *this;
|
---|
| 294 | }
|
---|
| 295 | //++
|
---|
| 296 | Vector3d& Vector3d::operator -= (const Vector3d& v)
|
---|
| 297 | //
|
---|
| 298 | //--
|
---|
| 299 | {
|
---|
| 300 | *this=*this-v;
|
---|
| 301 | return *this;
|
---|
| 302 | }
|
---|
| 303 | //++
|
---|
| 304 | Vector3d& Vector3d::operator += (double d)
|
---|
| 305 | //
|
---|
| 306 | //--
|
---|
| 307 | {
|
---|
| 308 | Setxyz(_x+d,_y+d,_z+d);
|
---|
| 309 | return *this;
|
---|
| 310 | }
|
---|
| 311 | //++
|
---|
| 312 | Vector3d& Vector3d::operator /= (double d)
|
---|
| 313 | //
|
---|
| 314 | //--
|
---|
| 315 | {
|
---|
| 316 | if( d != 0. ) Setxyz(_x/d,_y/d,_z/d);
|
---|
| 317 | else cerr << "Division par zero." << endl;
|
---|
| 318 | return *this;
|
---|
| 319 | }
|
---|
| 320 | //++
|
---|
| 321 | Vector3d& Vector3d::operator *= (double d)
|
---|
| 322 | //
|
---|
| 323 | //--
|
---|
| 324 | {
|
---|
| 325 | Setxyz(_x*d,_y*d,_z*d);
|
---|
| 326 | return *this;
|
---|
| 327 | }
|
---|
| 328 | //++
|
---|
| 329 | Vector3d Vector3d::operator ^ (const Vector3d& v) const
|
---|
| 330 | //
|
---|
| 331 | // vector product
|
---|
| 332 | //--
|
---|
| 333 | {
|
---|
| 334 | return this->Vect(v);
|
---|
| 335 | }
|
---|
| 336 | //++
|
---|
| 337 | Vector3d Vector3d::operator + (double d) const
|
---|
| 338 | //
|
---|
| 339 | //--
|
---|
| 340 | {
|
---|
| 341 | return Vector3d(_x+d,_y+d,_z+d);
|
---|
| 342 | }
|
---|
| 343 | //++
|
---|
| 344 | Vector3d Vector3d::operator + (const Vector3d& v) const
|
---|
| 345 | //
|
---|
| 346 | //--
|
---|
| 347 | {
|
---|
| 348 | return Vector3d(_x+v._x,_y+v._y,_z+v._z);
|
---|
| 349 | }
|
---|
| 350 | //++
|
---|
| 351 | Vector3d Vector3d::operator - (double d) const
|
---|
| 352 | //
|
---|
| 353 | //--
|
---|
| 354 | {
|
---|
| 355 | return *this+(-d);
|
---|
| 356 | }
|
---|
| 357 | //++
|
---|
| 358 | Vector3d Vector3d::operator - (const Vector3d& v) const
|
---|
| 359 | //
|
---|
| 360 | //--
|
---|
| 361 | {
|
---|
| 362 | return *this+(v*(-1.));
|
---|
| 363 | }
|
---|
| 364 | //++
|
---|
| 365 | Vector3d Vector3d::operator * (double d) const
|
---|
| 366 | //
|
---|
| 367 | //--
|
---|
| 368 | {
|
---|
| 369 | return Vector3d(d*_x,d*_y,d*_z);
|
---|
| 370 | }
|
---|
| 371 | //++
|
---|
| 372 | double Vector3d::operator * (const Vector3d& v) const
|
---|
| 373 | //
|
---|
| 374 | // dot product
|
---|
| 375 | //--
|
---|
| 376 | {
|
---|
| 377 | return this->Psc(v);
|
---|
| 378 | }
|
---|
| 379 | //++
|
---|
| 380 | Vector3d Vector3d::operator / (double d) const
|
---|
| 381 | //
|
---|
| 382 | //--
|
---|
| 383 | {
|
---|
| 384 | Vector3d ret=*this;
|
---|
| 385 | if( d != 0. ) ret/=d;
|
---|
| 386 | else cerr << "Division par zero." << endl;
|
---|
| 387 | return ret;
|
---|
| 388 | }
|
---|
| 389 | //++
|
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| 390 | Vector3d& Vector3d::operator = (const Vector3d& v)
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| 391 | //
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| 392 | //--
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| 393 | {
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| 394 | if( this != &v )
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| 395 | {
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| 396 | _x=v._x;
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| 397 | _y=v._y;
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| 398 | _z=v._z;
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| 399 | _theta=v._theta;
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| 400 | _phi=v._phi;
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| 401 | }
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| 402 | return *this;
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| 403 | }
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| 404 | //++
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| 405 | bool Vector3d::operator == (const Vector3d& v)
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| 406 | //
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| 407 | //--
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| 408 | {
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| 409 | return (this==&v);
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| 410 | }
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| 411 |
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