| 1 | // Classes Angle Vector3d
|
|---|
| 2 | // B. Revenu , G. Le Meur 2000
|
|---|
| 3 | // R. Ansari 2006
|
|---|
| 4 | // LAL (Orsay) / IN2P3-CNRS DAPNIA/SPP (Saclay) / CEA
|
|---|
| 5 |
|
|---|
| 6 | #include "sopnamsp.h"
|
|---|
| 7 | #include "machdefs.h"
|
|---|
| 8 | #include <math.h>
|
|---|
| 9 | #include "pexceptions.h"
|
|---|
| 10 | #include "vector3d.h"
|
|---|
| 11 | #include "utilgeom.h"
|
|---|
| 12 |
|
|---|
| 13 | // Class de conversion d'angles R. Ansari , Juin 2006
|
|---|
| 14 | double Angle::_deg2rad = M_PI/180.;
|
|---|
| 15 | double Angle::_rad2deg = 180./M_PI;
|
|---|
| 16 | double Angle::_rad2min = 180./M_PI*60.;
|
|---|
| 17 | double Angle::_rad2sec = 180./M_PI*3600.;
|
|---|
| 18 |
|
|---|
| 19 | /*!
|
|---|
| 20 | \class SOPHYA::Angle
|
|---|
| 21 | \ingroup SkyMap
|
|---|
| 22 | \brief Class to ease angle conversions (radian <> degree <> arcmin <> arcsec).
|
|---|
| 23 | The angle value is kept in radians internally.
|
|---|
| 24 | \code
|
|---|
| 25 | // Example to convert 0.035 radians to arcsec
|
|---|
| 26 | double vr = 0.035;
|
|---|
| 27 | cout << "Angle rad= " << vr << " ->arcsec= " << Angle(vr).ToArcSec() << endl;
|
|---|
| 28 | // Example to convert 2.3 arcmin to radian - we use the conversion operator
|
|---|
| 29 | double vam = 2.3;
|
|---|
| 30 | cout << "Angle arcmin= " << vam << " ->rad= "
|
|---|
| 31 | << (double)Angle(vam, Angle::ArcMin) << endl;
|
|---|
| 32 | \endcode
|
|---|
| 33 |
|
|---|
| 34 | */
|
|---|
| 35 |
|
|---|
| 36 | Angle::Angle(double val, Angle::AngleUnit un)
|
|---|
| 37 | {
|
|---|
| 38 | switch (un) {
|
|---|
| 39 | case Angle::Radian :
|
|---|
| 40 | _angrad = val;
|
|---|
| 41 | break;
|
|---|
| 42 | case Angle::Degree :
|
|---|
| 43 | _angrad = val*_deg2rad;
|
|---|
| 44 | break;
|
|---|
| 45 | case Angle::ArcMin :
|
|---|
| 46 | _angrad = val/_rad2min;
|
|---|
| 47 | break;
|
|---|
| 48 | case Angle::ArcSec :
|
|---|
| 49 | _angrad = val/_rad2sec;
|
|---|
| 50 | break;
|
|---|
| 51 | default:
|
|---|
| 52 | _angrad = val;
|
|---|
| 53 | break;
|
|---|
| 54 | }
|
|---|
| 55 | }
|
|---|
| 56 |
|
|---|
| 57 | // 3-D Geometry
|
|---|
| 58 | // B. Revenu, G. Le Meur 2000
|
|---|
| 59 | // DAPNIA/SPP (Saclay) / CEA LAL - IN2P3/CNRS (Orsay)
|
|---|
| 60 |
|
|---|
| 61 | /*!
|
|---|
| 62 | \class SOPHYA::Vector3d
|
|---|
| 63 | \ingroup SkyMap
|
|---|
| 64 | \brief 3-D geometry.
|
|---|
| 65 | All computations are made with angles in radians and with spherical
|
|---|
| 66 | coordinates theta, phi.
|
|---|
| 67 | Concerning Euler's angles, the reference is :
|
|---|
| 68 |
|
|---|
| 69 | "Classical Mechanics" 2nd edition, H. Goldstein, Addison Wesley
|
|---|
| 70 | */
|
|---|
| 71 |
|
|---|
| 72 | //! default constructor - unit vector along x direction
|
|---|
| 73 | Vector3d::Vector3d()
|
|---|
| 74 | {
|
|---|
| 75 | Setxyz(1.,0.,0.);
|
|---|
| 76 | }
|
|---|
| 77 |
|
|---|
| 78 | //! Constructor with specification of cartesian coordinates
|
|---|
| 79 | Vector3d::Vector3d(double x, double y, double z)
|
|---|
| 80 | {
|
|---|
| 81 | _x=x;
|
|---|
| 82 | _y=y;
|
|---|
| 83 | _z=z;
|
|---|
| 84 | xyz2ThetaPhi();
|
|---|
| 85 | }
|
|---|
| 86 | //! Constructor: unit vector with direction (spherical coordinates) specification
|
|---|
| 87 | Vector3d::Vector3d(double theta, double phi)
|
|---|
| 88 | {
|
|---|
| 89 | // _theta=mod(theta,M_PI); // dans [0;pi]
|
|---|
| 90 | // Version precedente fausse: _theta=M_PI est valide. Or mod(M_PI,M_PI)=0!
|
|---|
| 91 | // De plus theta>pi ou <0 n'a pas de sens. Dominique Yvon
|
|---|
| 92 | if( (theta<0.) || (theta>M_PI) )
|
|---|
| 93 | { string exmsg = "Wrong initialisation of theta in Vector3d::Vector3d(double theta, double phi)";
|
|---|
| 94 | throw( ParmError(exmsg) );
|
|---|
| 95 | }
|
|---|
| 96 | _theta=theta; // dans [0;pi]
|
|---|
| 97 | _phi=mod(phi,pi2); // dans [0;2pi]
|
|---|
| 98 | ThetaPhi2xyz();
|
|---|
| 99 | }
|
|---|
| 100 |
|
|---|
| 101 | //! Constructor: unit vector with longitude-latitude specification
|
|---|
| 102 | Vector3d::Vector3d(const LongLat& ll)
|
|---|
| 103 | {
|
|---|
| 104 | _theta=ll.Theta(); // dans [0;pi]
|
|---|
| 105 | _phi=ll.Phi(); // dans [0;2pi]
|
|---|
| 106 | ThetaPhi2xyz();
|
|---|
| 107 | }
|
|---|
| 108 |
|
|---|
| 109 | //! Copy constructor
|
|---|
| 110 | Vector3d::Vector3d(const Vector3d& v)
|
|---|
| 111 | {
|
|---|
| 112 | _x=v._x;
|
|---|
| 113 | _y=v._y;
|
|---|
| 114 | _z=v._z;
|
|---|
| 115 | _theta=v._theta;
|
|---|
| 116 | _phi=v._phi;
|
|---|
| 117 | }
|
|---|
| 118 |
|
|---|
| 119 | //! Set/changes the vector direction (result is a unit vector)
|
|---|
| 120 | void Vector3d::SetThetaPhi(double theta, double phi)
|
|---|
| 121 | {
|
|---|
| 122 | _theta=mod(theta,M_PI);
|
|---|
| 123 | _phi=mod(phi,pi2);
|
|---|
| 124 | ThetaPhi2xyz();
|
|---|
| 125 | }
|
|---|
| 126 |
|
|---|
| 127 | //! Set/changes the vector specifying cartesian coordinates
|
|---|
| 128 | void Vector3d::Setxyz(double x, double y, double z)
|
|---|
| 129 | {
|
|---|
| 130 | _x=x;
|
|---|
| 131 | _y=y;
|
|---|
| 132 | _z=z;
|
|---|
| 133 | xyz2ThetaPhi();
|
|---|
| 134 | }
|
|---|
| 135 | //++
|
|---|
| 136 | void Vector3d::ThetaPhi2xyz()
|
|---|
| 137 | //
|
|---|
| 138 | //--
|
|---|
| 139 | {
|
|---|
| 140 | _x=sin(_theta)*cos(_phi);
|
|---|
| 141 | _y=sin(_theta)*sin(_phi);
|
|---|
| 142 | _z=cos(_theta);
|
|---|
| 143 | }
|
|---|
| 144 | //++
|
|---|
| 145 | void Vector3d::xyz2ThetaPhi()
|
|---|
| 146 | //
|
|---|
| 147 | //--
|
|---|
| 148 | {
|
|---|
| 149 | double norm=this->Norm();
|
|---|
| 150 | if( norm != 0. )
|
|---|
| 151 | {
|
|---|
| 152 | _theta=acos(_z/norm); // dans [0,Pi]
|
|---|
| 153 | if( mod(_theta,M_PI) == 0. ) _phi=0.; // on est sur +-Oz, le vecteur z est en phi=0
|
|---|
| 154 | // else _phi=acos(_x/sin(_theta)/norm)+M_PI*(_y<0);
|
|---|
| 155 | else _phi=scangle(_y/sin(_theta)/norm,_x/sin(_theta)/norm);
|
|---|
| 156 | }
|
|---|
| 157 | else // vecteur nul
|
|---|
| 158 | {
|
|---|
| 159 | _theta=0.;
|
|---|
| 160 | _phi=0.;
|
|---|
| 161 | }
|
|---|
| 162 | }
|
|---|
| 163 | //! Normalize the vector (-> unit length) for non zero vectors
|
|---|
| 164 | Vector3d& Vector3d::Normalize()
|
|---|
| 165 | {
|
|---|
| 166 | double norm=this->Norm();
|
|---|
| 167 | if( norm != 0. ) (*this)/=norm;
|
|---|
| 168 | //DEL else cerr << "Division par zero" << endl;
|
|---|
| 169 | return *this;
|
|---|
| 170 | }
|
|---|
| 171 |
|
|---|
| 172 | //! Return the vector norm (length)
|
|---|
| 173 | double Vector3d::Norm() const
|
|---|
| 174 | {
|
|---|
| 175 | return sqrt(_x*_x+_y*_y+_z*_z);
|
|---|
| 176 | }
|
|---|
| 177 |
|
|---|
| 178 | //! Return the scalar (dot) product of the two vectors
|
|---|
| 179 | double Vector3d::Psc(const Vector3d& v) const
|
|---|
| 180 | {
|
|---|
| 181 | return _x*v._x+_y*v._y+_z*v._z;
|
|---|
| 182 | }
|
|---|
| 183 | //++
|
|---|
| 184 | double Vector3d::SepAngle(const Vector3d& v) const
|
|---|
| 185 | //
|
|---|
| 186 | // angular gap between 2 vectors in [0,Pi]
|
|---|
| 187 | //--
|
|---|
| 188 | {
|
|---|
| 189 | double n1=this->Norm();
|
|---|
| 190 | double n2=v.Norm();
|
|---|
| 191 | double ret;
|
|---|
| 192 | if( n1!=0. && n2!=0. ) ret=acos((this->Psc(v))/n1/n2);
|
|---|
| 193 | else
|
|---|
| 194 | {
|
|---|
| 195 | cerr << "Division par zero" << endl;
|
|---|
| 196 | ret=0.;
|
|---|
| 197 | }
|
|---|
| 198 | return ret;
|
|---|
| 199 | }
|
|---|
| 200 | //++
|
|---|
| 201 | Vector3d Vector3d::Vect(const Vector3d& v) const
|
|---|
| 202 | //
|
|---|
| 203 | // vector product
|
|---|
| 204 | //--
|
|---|
| 205 | {
|
|---|
| 206 | double xo=_y*v._z-_z*v._y;
|
|---|
| 207 | double yo=_z*v._x-_x*v._z;
|
|---|
| 208 | double zo=_x*v._y-_y*v._x;
|
|---|
| 209 | return Vector3d(xo,yo,zo);
|
|---|
| 210 | }
|
|---|
| 211 | //++
|
|---|
| 212 | Vector3d Vector3d::VperpPhi() const
|
|---|
| 213 | //
|
|---|
| 214 | // perpendicular vector, with equal phi
|
|---|
| 215 | //--
|
|---|
| 216 | {
|
|---|
| 217 | double theta;
|
|---|
| 218 | if( _theta != pi_over_2 ) theta=_theta+(0.5-(_theta>pi_over_2))*M_PI; // on tourne theta de +-pi/2
|
|---|
| 219 | else theta=0.;
|
|---|
| 220 | return Vector3d(theta,_phi);
|
|---|
| 221 | }
|
|---|
| 222 | //++
|
|---|
| 223 | Vector3d Vector3d::VperpTheta() const
|
|---|
| 224 | //
|
|---|
| 225 | // perpendicular vector with equal theta
|
|---|
| 226 | //--
|
|---|
| 227 | { cerr<< " Erreur in Vector3d::VperpTheta()"<<endl;
|
|---|
| 228 | throw PError("Vector3d::VperpTheta() - Logic Error DY/Reza 20/02/2000");
|
|---|
| 229 | // Bug ??? (D. Yvon, Fevrier 2000)
|
|---|
| 230 | // double phi=mod(_phi+pi_over_2,pi2); // on tourne phi de pi/2
|
|---|
| 231 | // return Vector3d(_theta,phi);
|
|---|
| 232 | }
|
|---|
| 233 |
|
|---|
| 234 | Vector3d Vector3d::EPhi() const
|
|---|
| 235 | {
|
|---|
| 236 | Vector3d temp;
|
|---|
| 237 | if ( fabs(_z) == 1. ) // si on est en +- Oz
|
|---|
| 238 | {
|
|---|
| 239 | temp=Vector3d(1.,0.,0.);
|
|---|
| 240 | }
|
|---|
| 241 | else
|
|---|
| 242 | {
|
|---|
| 243 | Vector3d k(0,0,-1);
|
|---|
| 244 | temp=this->Vect(k);
|
|---|
| 245 | temp.Normalize();
|
|---|
| 246 | }
|
|---|
| 247 | return temp;
|
|---|
| 248 | }
|
|---|
| 249 | //++
|
|---|
| 250 | Vector3d Vector3d::ETheta() const
|
|---|
| 251 | //
|
|---|
| 252 | //--
|
|---|
| 253 | {
|
|---|
| 254 | Vector3d temp=this->Vect(EPhi());
|
|---|
| 255 | temp.Normalize();
|
|---|
| 256 | return temp;
|
|---|
| 257 | }
|
|---|
| 258 |
|
|---|
| 259 | //++
|
|---|
| 260 | Vector3d Vector3d::Euler(double phi, double theta, double psi) const
|
|---|
| 261 | //
|
|---|
| 262 | // Euler's rotations
|
|---|
| 263 | //--
|
|---|
| 264 | {
|
|---|
| 265 | double cpsi=cos(psi);
|
|---|
| 266 | double ctheta=cos(theta);
|
|---|
| 267 | double cphi=cos(phi);
|
|---|
| 268 | double spsi=sin(psi);
|
|---|
| 269 | double stheta=sin(theta);
|
|---|
| 270 | double sphi=sin(phi);
|
|---|
| 271 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x
|
|---|
| 272 | +(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_y
|
|---|
| 273 | +spsi*stheta*_z;
|
|---|
| 274 | double ynew=(-spsi*cphi-ctheta*sphi*cpsi)*_x
|
|---|
| 275 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y
|
|---|
| 276 | +cpsi*stheta*_z;
|
|---|
| 277 | double znew=stheta*sphi*_x-stheta*cphi*_y+ctheta*_z;
|
|---|
| 278 | return Vector3d(xnew,ynew,znew);
|
|---|
| 279 | }
|
|---|
| 280 | //++
|
|---|
| 281 | Vector3d Vector3d::InvEuler(double phi, double theta, double psi) const
|
|---|
| 282 | //
|
|---|
| 283 | // inverse rotation
|
|---|
| 284 | //--
|
|---|
| 285 | {
|
|---|
| 286 | double cpsi=cos(psi);
|
|---|
| 287 | double ctheta=cos(theta);
|
|---|
| 288 | double cphi=cos(phi);
|
|---|
| 289 | double spsi=sin(psi);
|
|---|
| 290 | double stheta=sin(theta);
|
|---|
| 291 | double sphi=sin(phi);
|
|---|
| 292 | double xnew=(cpsi*cphi-ctheta*sphi*spsi)*_x
|
|---|
| 293 | -(spsi*cphi+ctheta*sphi*cpsi)*_y
|
|---|
| 294 | +sphi*stheta*_z;
|
|---|
| 295 | double ynew=(cpsi*sphi+ctheta*cphi*spsi)*_x
|
|---|
| 296 | +(-spsi*sphi+ctheta*cphi*cpsi)*_y
|
|---|
| 297 | -cphi*stheta*_z;
|
|---|
| 298 | double znew=stheta*spsi*_x+stheta*cpsi*_y+ctheta*_z;
|
|---|
| 299 | return Vector3d(xnew,ynew,znew);
|
|---|
| 300 | }
|
|---|
| 301 | //++
|
|---|
| 302 | Vector3d Vector3d::Rotate(const Vector3d& omega, double phi) const
|
|---|
| 303 | //
|
|---|
| 304 | // rotation of angle phi around an axis omega (Maxwell's rule)
|
|---|
| 305 | //--
|
|---|
| 306 | {
|
|---|
| 307 | Vector3d rotationaxis=omega;
|
|---|
| 308 | rotationaxis.Normalize();
|
|---|
| 309 | double n=this->Psc(rotationaxis);
|
|---|
| 310 | Vector3d myself=*this;
|
|---|
| 311 | Vector3d rotate=n*rotationaxis+(myself-n*rotationaxis)*cos(phi)-(myself^rotationaxis)*sin(phi);
|
|---|
| 312 | return rotate;
|
|---|
| 313 | }
|
|---|
| 314 | //++
|
|---|
| 315 | void Vector3d::Print(ostream& os) const
|
|---|
| 316 | //
|
|---|
| 317 | //--
|
|---|
| 318 | {
|
|---|
| 319 | os << "Vector3: (X,Y,Z)= (" << _x << ", " << _y << ", " << _z
|
|---|
| 320 | << ") --- Theta,Phi= " << _theta << ", " << _phi << "\n"
|
|---|
| 321 | << "Norme = " << this->Norm() << endl;
|
|---|
| 322 | }
|
|---|
| 323 | //++
|
|---|
| 324 | // Titre Operators
|
|---|
| 325 | //--
|
|---|
| 326 | //++
|
|---|
| 327 | Vector3d& Vector3d::operator += (const Vector3d& v)
|
|---|
| 328 | //
|
|---|
| 329 | //--
|
|---|
| 330 | {
|
|---|
| 331 | *this=*this+v;
|
|---|
| 332 | return *this;
|
|---|
| 333 | }
|
|---|
| 334 | //++
|
|---|
| 335 | Vector3d& Vector3d::operator -= (const Vector3d& v)
|
|---|
| 336 | //
|
|---|
| 337 | //--
|
|---|
| 338 | {
|
|---|
| 339 | *this=*this-v;
|
|---|
| 340 | return *this;
|
|---|
| 341 | }
|
|---|
| 342 | //++
|
|---|
| 343 | Vector3d& Vector3d::operator += (double d)
|
|---|
| 344 | //
|
|---|
| 345 | //--
|
|---|
| 346 | {
|
|---|
| 347 | Setxyz(_x+d,_y+d,_z+d);
|
|---|
| 348 | return *this;
|
|---|
| 349 | }
|
|---|
| 350 | //++
|
|---|
| 351 | Vector3d& Vector3d::operator /= (double d)
|
|---|
| 352 | //
|
|---|
| 353 | //--
|
|---|
| 354 | {
|
|---|
| 355 | if( d != 0. ) Setxyz(_x/d,_y/d,_z/d);
|
|---|
| 356 | else cerr << "Division par zero." << endl;
|
|---|
| 357 | return *this;
|
|---|
| 358 | }
|
|---|
| 359 | //++
|
|---|
| 360 | Vector3d& Vector3d::operator *= (double d)
|
|---|
| 361 | //
|
|---|
| 362 | //--
|
|---|
| 363 | {
|
|---|
| 364 | Setxyz(_x*d,_y*d,_z*d);
|
|---|
| 365 | return *this;
|
|---|
| 366 | }
|
|---|
| 367 | //++
|
|---|
| 368 | Vector3d Vector3d::operator ^ (const Vector3d& v) const
|
|---|
| 369 | //
|
|---|
| 370 | // vector product
|
|---|
| 371 | //--
|
|---|
| 372 | {
|
|---|
| 373 | return this->Vect(v);
|
|---|
| 374 | }
|
|---|
| 375 | //++
|
|---|
| 376 | Vector3d Vector3d::operator + (double d) const
|
|---|
| 377 | //
|
|---|
| 378 | //--
|
|---|
| 379 | {
|
|---|
| 380 | return Vector3d(_x+d,_y+d,_z+d);
|
|---|
| 381 | }
|
|---|
| 382 | //++
|
|---|
| 383 | Vector3d Vector3d::operator + (const Vector3d& v) const
|
|---|
| 384 | //
|
|---|
| 385 | //--
|
|---|
| 386 | {
|
|---|
| 387 | return Vector3d(_x+v._x,_y+v._y,_z+v._z);
|
|---|
| 388 | }
|
|---|
| 389 | //++
|
|---|
| 390 | Vector3d Vector3d::operator - (double d) const
|
|---|
| 391 | //
|
|---|
| 392 | //--
|
|---|
| 393 | {
|
|---|
| 394 | return *this+(-d);
|
|---|
| 395 | }
|
|---|
| 396 | //++
|
|---|
| 397 | Vector3d Vector3d::operator - (const Vector3d& v) const
|
|---|
| 398 | //
|
|---|
| 399 | //--
|
|---|
| 400 | {
|
|---|
| 401 | return *this+(v*(-1.));
|
|---|
| 402 | }
|
|---|
| 403 | //++
|
|---|
| 404 | Vector3d Vector3d::operator * (double d) const
|
|---|
| 405 | //
|
|---|
| 406 | //--
|
|---|
| 407 | {
|
|---|
| 408 | return Vector3d(d*_x,d*_y,d*_z);
|
|---|
| 409 | }
|
|---|
| 410 | //++
|
|---|
| 411 | double Vector3d::operator * (const Vector3d& v) const
|
|---|
| 412 | //
|
|---|
| 413 | // dot product
|
|---|
| 414 | //--
|
|---|
| 415 | {
|
|---|
| 416 | return this->Psc(v);
|
|---|
| 417 | }
|
|---|
| 418 | //++
|
|---|
| 419 | Vector3d Vector3d::operator / (double d) const
|
|---|
| 420 | //
|
|---|
| 421 | //--
|
|---|
| 422 | {
|
|---|
| 423 | Vector3d ret=*this;
|
|---|
| 424 | if( d != 0. ) ret/=d;
|
|---|
| 425 | else cerr << "Division par zero." << endl;
|
|---|
| 426 | return ret;
|
|---|
| 427 | }
|
|---|
| 428 | //++
|
|---|
| 429 | Vector3d& Vector3d::operator = (const Vector3d& v)
|
|---|
| 430 | //
|
|---|
| 431 | //--
|
|---|
| 432 | {
|
|---|
| 433 | if( this != &v )
|
|---|
| 434 | {
|
|---|
| 435 | _x=v._x;
|
|---|
| 436 | _y=v._y;
|
|---|
| 437 | _z=v._z;
|
|---|
| 438 | _theta=v._theta;
|
|---|
| 439 | _phi=v._phi;
|
|---|
| 440 | }
|
|---|
| 441 | return *this;
|
|---|
| 442 | }
|
|---|
| 443 | //++
|
|---|
| 444 | bool Vector3d::operator == (const Vector3d& v)
|
|---|
| 445 | //
|
|---|
| 446 | //--
|
|---|
| 447 | {
|
|---|
| 448 | return (this==&v);
|
|---|
| 449 | }
|
|---|
| 450 |
|
|---|