src/bcar.cc

   1 #include <cmath>
   2 #include "bcar.hh"
   3
   4 namespace bcar {
   5
   6 Point::Point(double x, double y) : x_(x), y_(y)
   7 {
   8 }
   9
  10 Point::Point() : Point::Point(0.0, 0.0)
  11 {
  12 }
  13
  14 double
  15 Point::x() const
  16 {
  17         return this->x_;
  18 }
  19
  20 void
  21 Point::x(double x)
  22 {
  23         this->x_ = x;
  24 }
  25
  26 double
  27 Point::y() const
  28 {
  29         return this->y_;
  30 }
  31
  32 void
  33 Point::y(double y)
  34 {
  35         this->y_ = y;
  36 }
  37
  38 double
  39 Point::min_angle_between(Point const& p1, Point const& p2) const
  40 {
  41         double d1x = p1.x() - this->x();
  42         double d1y = p1.y() - this->y();
  43         double d2x = p2.x() - p1.x();
  44         double d2y = p2.y() - p1.y();
  45
  46         double dot = d1x*d2x + d1y*d2y;
  47         double d1 = sqrt(d1x*d1x + d1y*d1y);
  48         double d2 = sqrt(d2x*d2x + d2y*d2y);
  49
  50         double delta = acos(dot / (d1 * d2));
  51         return std::min(delta, M_PI - delta);
  52 }
  53
  54 bool
  55 Point::inside_of(std::vector<Point> const& poly) const
  56 {
  57         unsigned int num = poly.size();
  58         unsigned int j = num - 1;
  59         bool c = false;
  60         for (unsigned int i = 0; i < num; i++) {
  61                 if (this->x() == poly[i].x() && this->y() == poly[i].y()) {
  62                         return true;
  63                 }
  64                 if ((poly[i].y() > this->y()) != (poly[j].y() > this->y())) {
  65                         auto slope1 = this->x() - poly[i].x();
  66                         slope1 *= poly[j].y() - poly[i].y();
  67                         auto slope2 = poly[j].x() - poly[i].x();
  68                         slope2 *= this->y() - poly[i].y();
  69                         auto slope = slope1 - slope2;
  70                         if (slope == 0.0) {
  71                                 return true;
  72                         }
  73                         if ((slope < 0.0) != (poly[j].y() < poly[i].y())) {
  74                                 c = !c;
  75                         }
  76                 }
  77                 j = i;
  78         }
  79         return c;
  80 }
  81
  82 bool
  83 Point::on_right_side_of(Line const& li) const
  84 {
  85         auto x1 = li.fp().x();
  86         auto y1 = li.fp().y();
  87         auto x2 = li.lp().x();
  88         auto y2 = li.lp().y();
  89         auto x3 = this->x_;
  90         auto y3 = this->y_;
  91         if (sgn((x3 - x1) * (y2 - y1) - (y3 - y1) * (x2 - x1)) < 0.0) {
  92                 return false;
  93         } else {
  94                 return true;
  95         }
  96 }
  97
  98 void
  99 Point::rotate(Point const& c, double const angl)
 100 {
 101         double px = this->x();
 102         double py = this->y();
 103         px -= c.x();
 104         py -= c.y();
 105         double nx = px * cos(angl) - py * sin(angl);
 106         double ny = px * sin(angl) + py * cos(angl);
 107         this->x(nx + c.x());
 108         this->y(ny + c.y());
 109 }
 110
 111 std::ostream&
 112 operator<<(std::ostream& out, Point const& p)
 113 {
 114         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "]";
 115         return out;
 116 }
 117
 118 Line::Line(Point const& fp, Point const& lp): first(fp), last(lp),
 119                 intersection1(Point(0.0, 0.0)), intersection2(Point(0.0, 0.0))
 120 {
 121 }
 122
 123 Point
 124 Line::fp() const&
 125 {
 126         return this->first;
 127 }
 128
 129 Point
 130 Line::lp() const&
 131 {
 132         return this->last;
 133 }
 134
 135 Point
 136 Line::in1() const&
 137 {
 138         return this->intersection1;
 139 }
 140
 141 Point
 142 Line::in2() const&
 143 {
 144         return this->intersection2;
 145 }
 146
 147 bool
 148 Line::intersects_with(Line const& li)
 149 {
 150         auto x1 = this->fp().x();
 151         auto y1 = this->fp().y();
 152         auto x2 = this->lp().x();
 153         auto y2 = this->lp().y();
 154         auto x3 = li.fp().x();
 155         auto y3 = li.fp().y();
 156         auto x4 = li.lp().x();
 157         auto y4 = li.lp().y();
 158         double deno = (x1 - x2) * (y3 - y4) - (y1 - y2) * (x3 - x4);
 159         if (deno == 0.0) {
 160                 return false;
 161         }
 162         double t = (x1 - x3) * (y3 - y4) - (y1 - y3) * (x3 - x4);
 163         t /= deno;
 164         double u = (x1 - x2) * (y1 - y3) - (y1 - y2) * (x1 - x3);
 165         u *= -1.0;
 166         u /= deno;
 167         if (t < 0.0 || t > 1.0 || u < 0.0 || u > 1.0) {
 168                 return false;
 169         }
 170         this->intersection1.x(x1 + t * (x2 - x1));
 171         this->intersection1.y(y1 + t * (y2 - y1));
 172         return true;
 173 }
 174
 175 bool
 176 Line::intersects_with(Point const& c, double const r)
 177 {
 178         auto x1 = this->fp().x();
 179         auto y1 = this->fp().y();
 180         auto x2 = this->lp().x();
 181         auto y2 = this->lp().y();
 182         auto cx = c.x();
 183         auto cy = c.y();
 184         x2 -= cx;
 185         x1 -= cx;
 186         y2 -= cy;
 187         y1 -= cy;
 188         if (y1 == y2) {
 189                 y1 += 0.00001;
 190         }
 191         double dx = x2 - x1;
 192         double dy = y2 - y1;
 193         double dr = sqrt(dx*dx + dy*dy);
 194         double D = x1*y2 - x2*y1;
 195         if (r*r * dr*dr - D*D < 0.0) {
 196                 return false;
 197         }
 198         // intersection coordinates
 199         double ix1 = (D*dy + sgn(dy)*dx*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 200         ix1 += cx;
 201         double ix2 = (D*dy - sgn(dy)*dx*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 202         ix2 += cx;
 203         double iy1 = (-D*dx + std::abs(dy)*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 204         iy1 += cy;
 205         double iy2 = (-D*dx - std::abs(dy)*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 206         iy2 += cy;
 207         this->intersection1.x(ix1);
 208         this->intersection1.y(iy1);
 209         this->intersection2.x(ix2);
 210         this->intersection2.y(iy2);
 211         return true;
 212 }
 213
 214 double
 215 Line::len() const
 216 {
 217         double dx = this->lp().x() - this->fp().x();
 218         double dy = this->lp().y() - this->fp().y();
 219         return sqrt(dx * dx + dy * dy);
 220 }
 221
 222 Pose::Pose() : Point()
 223 {
 224 }
 225
 226 Pose::Pose(double x, double y, double h) : Point(x, y), h_(h)
 227 {
 228 }
 229
 230 double
 231 Pose::h() const
 232 {
 233         return this->h_;
 234 }
 235
 236 void
 237 Pose::h(double h)
 238 {
 239         while (h < -M_PI) {
 240                 h += 2 * M_PI;
 241         }
 242         while (h > +M_PI) {
 243                 h -= 2 * M_PI;
 244         }
 245         this->h_ = h;
 246 }
 247
 248 void
 249 Pose::set_pose(Pose const& p)
 250 {
 251         this->x(p.x());
 252         this->y(p.y());
 253         this->h(p.h());
 254 }
 255
 256 void
 257 Pose::rotate(Point const& c, double const angl)
 258 {
 259         Point::rotate(c, angl);
 260         this->h(this->h() + angl);
 261 }
 262
 263 std::ostream&
 264 operator<<(std::ostream& out, Pose const& p)
 265 {
 266         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.h() << "]";
 267         return out;
 268 }
 269
 270 double
 271 PoseRange::b() const
 272 {
 273         return this->h();
 274 }
 275
 276 void
 277 PoseRange::b(double b)
 278 {
 279         this->h(b);
 280 }
 281
 282 double
 283 PoseRange::e() const
 284 {
 285         return this->e_;
 286 }
 287
 288 void
 289 PoseRange::e(double e)
 290 {
 291         while (e < -M_PI) {
 292                 e += 2 * M_PI;
 293         }
 294         while (e > +M_PI) {
 295                 e -= 2 * M_PI;
 296         }
 297         this->e_ = e;
 298 }
 299
 300 void
 301 PoseRange::rotate(Point const& c, double const angl)
 302 {
 303         Pose::rotate(c, angl);
 304         this->e(this->e() + angl);
 305 }
 306
 307 std::ostream&
 308 operator<<(std::ostream& out, PoseRange const& p)
 309 {
 310         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.b() << "," << p.e();
 311         out << "]";
 312         return out;
 313 }
 314
 315 double
 316 CarSize::ctc() const
 317 {
 318         return this->curb_to_curb;
 319 }
 320
 321 void
 322 CarSize::ctc(double ctc)
 323 {
 324         this->curb_to_curb = ctc;
 325 }
 326
 327 double
 328 CarSize::wb() const
 329 {
 330         return this->wheelbase;
 331 }
 332
 333 void
 334 CarSize::wb(double wb)
 335 {
 336         this->wheelbase = wb;
 337 }
 338
 339 double
 340 CarSize::w() const
 341 {
 342         return this->width;
 343 }
 344
 345 void
 346 CarSize::w(double w)
 347 {
 348         this->width = w;
 349 }
 350
 351 double
 352 CarSize::len() const
 353 {
 354         return this->length;
 355 }
 356
 357 void
 358 CarSize::len(double len)
 359 {
 360         this->length = len;
 361 }
 362
 363 double
 364 CarSize::df() const
 365 {
 366         return this->distance_to_front;
 367 }
 368
 369 void
 370 CarSize::df(double df)
 371 {
 372         this->distance_to_front = df;
 373 }
 374
 375 double
 376 CarSize::dr() const
 377 {
 378         return this->len() - this->df();
 379 }
 380
 381 double
 382 CarSize::mtr() const
 383 {
 384         auto ctc2 = pow(this->ctc() / 2.0, 2.0);
 385         auto wb2 = pow(this->wb(), 2.0);
 386         return sqrt(ctc2 - wb2) - this->w() / 2.0;
 387 }
 388
 389 double
 390 CarSize::iradi() const
 391 {
 392         return this->mtr() - this->w() / 2;
 393 }
 394
 395 double
 396 CarSize::ofradi() const
 397 {
 398         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 399         auto df2 = pow(this->df(), 2.0);
 400         return sqrt(mtrw2 + df2);
 401 }
 402
 403 double
 404 CarSize::orradi() const
 405 {
 406         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 407         auto dr2 = pow(this->dr(), 2.0);
 408         return sqrt(mtrw2 + dr2);
 409 }
 410
 411 double
 412 CarSize::perfect_parking_slot_len() const
 413 {
 414         auto r = this->ctc() / 2.0;
 415         auto l = this->wb();
 416         auto k = this->df() - this->wb();
 417         auto w = this->w();
 418         auto r2l2 = r * r - l * l;
 419         auto s = r2l2 + pow(l + k, 2.0) - pow(sqrt(r2l2) - w, 2.0);
 420         return this->len() + sqrt(s) - l - k;
 421 }
 422
 423 double
 424 CarMove::sp() const
 425 {
 426         return this->speed;
 427 }
 428
 429 void
 430 CarMove::sp(double sp)
 431 {
 432         this->speed = sp;
 433 }
 434
 435 double
 436 CarMove::st() const
 437 {
 438         return this->steer;
 439 }
 440
 441 void
 442 CarMove::st(double st)
 443 {
 444         this->steer = st;
 445 }
 446
 447 bool
 448 BicycleCar::drivable(Pose const& p) const
 449 {
 450         PoseRange pr;
 451         pr.x(p.x());
 452         pr.y(p.y());
 453         pr.b(p.h());
 454         pr.e(p.h());
 455         return this->drivable(pr);
 456 }
 457
 458 bool
 459 BicycleCar::drivable(PoseRange const& p) const
 460 {
 461         double h = (p.b() + p.e()) / 2.0;
 462         double a_1 = atan2(p.y() - this->y(), p.x() - this->x()) - this->h();
 463         while (a_1 < -M_PI)
 464                 a_1 += 2 * M_PI;
 465         while (a_1 > +M_PI)
 466                 a_1 -= 2 * M_PI;
 467         double h_d = h - this->h();
 468         while (h_d < -M_PI)
 469                 h_d += 2 * M_PI;
 470         while (h_d > +M_PI)
 471                 h_d -= 2 * M_PI;
 472         double a_2 = 0;
 473         if (h_d == 0 && (a_1 == 0 || a_2 == M_PI || a_2 == -M_PI)) {
 474                 return true;
 475         } else if (0 < a_1 && a_1 <= M_PI/2) { // left front
 476                 BicycleCar z(*this); // zone border
 477                 z.h(p.e());
 478                 h_d = h - this->h();
 479                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 480                 // assert z.h() == h
 481                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 482                         return true;
 483                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 484                 while (a_2 < -M_PI)
 485                         a_2 += 2 * M_PI;
 486                 while (a_2 > +M_PI)
 487                         a_2 -= 2 * M_PI;
 488                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 489                         return true;
 490         } else if (M_PI/2 < a_1 && a_1 <= M_PI) { // left rear
 491                 BicycleCar z(*this); // zone border
 492                 z.h(p.e());
 493                 h_d = h - this->h();
 494                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 495                 // assert z.h() == h
 496                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 497                         return true;
 498                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 499                 a_2 -= M_PI;
 500                 while (a_2 < -M_PI)
 501                         a_2 += 2 * M_PI;
 502                 while (a_2 > +M_PI)
 503                         a_2 -= 2 * M_PI;
 504                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 505                         return true;
 506         } else if (0 > a_1 && a_1 >= -M_PI/2) { // right front
 507                 BicycleCar z(*this); // zone border
 508                 z.h(p.b());
 509                 h_d = h - this->h();
 510                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 511                 // assert z.h() == h
 512                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 513                         return true;
 514                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 515                 while (a_2 < -M_PI)
 516                         a_2 += 2 * M_PI;
 517                 while (a_2 > +M_PI)
 518                         a_2 -= 2 * M_PI;
 519                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 520                         return true;
 521         } else if (-M_PI/2 > a_1 && a_1 >= -M_PI) { // right rear
 522                 BicycleCar z(*this); // zone border
 523                 z.h(p.b());
 524                 h_d = h - this->h();
 525                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 526                 // assert z.h() == h
 527                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 528                         return true;
 529                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 530                 a_2 -= M_PI;
 531                 while (a_2 < -M_PI)
 532                         a_2 += 2 * M_PI;
 533                 while (a_2 > +M_PI)
 534                         a_2 -= 2 * M_PI;
 535                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 536                         return true;
 537         } else {
 538                 // Not happenning, as ``-pi <= a <= pi``.
 539         }
 540         return false;
 541 }
 542
 543 void
 544 BicycleCar::set_max_steer()
 545 {
 546         this->st(atan(this->wb() / this->mtr()));
 547 }
 548
 549 double
 550 BicycleCar::lfx() const
 551 {
 552         double lfx = this->x();
 553         lfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 554         lfx += this->df() * cos(this->h());
 555         return lfx;
 556 }
 557
 558 double
 559 BicycleCar::lfy() const
 560 {
 561         double lfy = this->y();
 562         lfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 563         lfy += this->df() * sin(this->h());
 564         return lfy;
 565 }
 566
 567 double
 568 BicycleCar::lrx() const
 569 {
 570         double lrx = this->x();
 571         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 572         lrx += -this->dr() * cos(this->h());
 573         return lrx;
 574 }
 575
 576 double
 577 BicycleCar::lry() const
 578 {
 579         double lry = this->y();
 580         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 581         lry += -this->dr() * sin(this->h());
 582         return lry;
 583 }
 584
 585 double
 586 BicycleCar::rrx() const
 587 {
 588         double rrx = this->x();
 589         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 590         rrx += -this->dr() * cos(this->h());
 591         return rrx;
 592 }
 593
 594 double
 595 BicycleCar::rry() const
 596 {
 597         double rry = this->y();
 598         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 599         rry += -this->dr() * sin(this->h());
 600         return rry;
 601 }
 602
 603 double
 604 BicycleCar::rfx() const
 605 {
 606         double rfx = this->x();
 607         rfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 608         rfx += this->df() * cos(this->h());
 609         return rfx;
 610 }
 611
 612 double
 613 BicycleCar::rfy() const
 614 {
 615         double rfy = this->y();
 616         rfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 617         rfy += this->df() * sin(this->h());
 618         return rfy;
 619 }
 620
 621 double
 622 BicycleCar::ralx() const
 623 {
 624         double lrx = this->x();
 625         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 626         return lrx;
 627 }
 628 double
 629 BicycleCar::raly() const
 630 {
 631         double lry = this->y();
 632         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 633         return lry;
 634 }
 635
 636 double
 637 BicycleCar::rarx() const
 638 {
 639         double rrx = this->x();
 640         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 641         return rrx;
 642 }
 643
 644 double
 645 BicycleCar::rary() const
 646 {
 647         double rry = this->y();
 648         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 649         return rry;
 650 }
 651
 652 Point
 653 BicycleCar::ccl() const
 654 {
 655         return Point(
 656                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() + M_PI / 2.0),
 657                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() + M_PI / 2.0)
 658         );
 659 }
 660
 661 Point
 662 BicycleCar::ccr() const
 663 {
 664         return Point(
 665                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() - M_PI / 2.0),
 666                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() - M_PI / 2.0)
 667         );
 668 }
 669
 670 void
 671 BicycleCar::next()
 672 {
 673         this->x(this->x() + this->sp() * cos(this->h()));
 674         this->y(this->y() + this->sp() * sin(this->h()));
 675         this->h(this->h() + this->sp() / this->wb() * tan(this->st()));
 676 }
 677
 678 } // namespace bcar