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 std::ostream&
 223 operator<<(std::ostream& out, Line const& li)
 224 {
 225         out << "[" << li.first << "," << li.last << "]";
 226         return out;
 227 }
 228
 229 Pose::Pose() : Point()
 230 {
 231 }
 232
 233 Pose::Pose(double x, double y, double h) : Point(x, y), h_(h)
 234 {
 235 }
 236
 237 double
 238 Pose::h() const
 239 {
 240         return this->h_;
 241 }
 242
 243 void
 244 Pose::h(double h)
 245 {
 246         while (h < -M_PI) {
 247                 h += 2 * M_PI;
 248         }
 249         while (h > +M_PI) {
 250                 h -= 2 * M_PI;
 251         }
 252         this->h_ = h;
 253 }
 254
 255 void
 256 Pose::set_pose(Pose const& p)
 257 {
 258         this->x(p.x());
 259         this->y(p.y());
 260         this->h(p.h());
 261 }
 262
 263 void
 264 Pose::rotate(Point const& c, double const angl)
 265 {
 266         Point::rotate(c, angl);
 267         this->h(this->h() + angl);
 268 }
 269
 270 std::ostream&
 271 operator<<(std::ostream& out, Pose const& p)
 272 {
 273         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.h() << "]";
 274         return out;
 275 }
 276
 277 double
 278 PoseRange::b() const
 279 {
 280         return this->h();
 281 }
 282
 283 void
 284 PoseRange::b(double b)
 285 {
 286         this->h(b);
 287 }
 288
 289 double
 290 PoseRange::e() const
 291 {
 292         return this->e_;
 293 }
 294
 295 void
 296 PoseRange::e(double e)
 297 {
 298         while (e < -M_PI) {
 299                 e += 2 * M_PI;
 300         }
 301         while (e > +M_PI) {
 302                 e -= 2 * M_PI;
 303         }
 304         this->e_ = e;
 305 }
 306
 307 void
 308 PoseRange::rotate(Point const& c, double const angl)
 309 {
 310         Pose::rotate(c, angl);
 311         this->e(this->e() + angl);
 312 }
 313
 314 std::ostream&
 315 operator<<(std::ostream& out, PoseRange const& p)
 316 {
 317         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.b() << "," << p.e();
 318         out << "]";
 319         return out;
 320 }
 321
 322 double
 323 CarSize::ctc() const
 324 {
 325         return this->curb_to_curb;
 326 }
 327
 328 void
 329 CarSize::ctc(double ctc)
 330 {
 331         this->curb_to_curb = ctc;
 332 }
 333
 334 double
 335 CarSize::wb() const
 336 {
 337         return this->wheelbase;
 338 }
 339
 340 void
 341 CarSize::wb(double wb)
 342 {
 343         this->wheelbase = wb;
 344 }
 345
 346 double
 347 CarSize::w() const
 348 {
 349         return this->width;
 350 }
 351
 352 void
 353 CarSize::w(double w)
 354 {
 355         this->width = w;
 356 }
 357
 358 double
 359 CarSize::len() const
 360 {
 361         return this->length;
 362 }
 363
 364 void
 365 CarSize::len(double len)
 366 {
 367         this->length = len;
 368 }
 369
 370 double
 371 CarSize::df() const
 372 {
 373         return this->distance_to_front;
 374 }
 375
 376 void
 377 CarSize::df(double df)
 378 {
 379         this->distance_to_front = df;
 380 }
 381
 382 double
 383 CarSize::dr() const
 384 {
 385         return this->len() - this->df();
 386 }
 387
 388 double
 389 CarSize::mtr() const
 390 {
 391         auto ctc2 = pow(this->ctc() / 2.0, 2.0);
 392         auto wb2 = pow(this->wb(), 2.0);
 393         return sqrt(ctc2 - wb2) - this->w() / 2.0;
 394 }
 395
 396 double
 397 CarSize::iradi() const
 398 {
 399         return this->mtr() - this->w() / 2;
 400 }
 401
 402 double
 403 CarSize::ofradi() const
 404 {
 405         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 406         auto df2 = pow(this->df(), 2.0);
 407         return sqrt(mtrw2 + df2);
 408 }
 409
 410 double
 411 CarSize::orradi() const
 412 {
 413         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 414         auto dr2 = pow(this->dr(), 2.0);
 415         return sqrt(mtrw2 + dr2);
 416 }
 417
 418 double
 419 CarSize::perfect_parking_slot_len() const
 420 {
 421         auto r = this->ctc() / 2.0;
 422         auto l = this->wb();
 423         auto k = this->df() - this->wb();
 424         auto w = this->w();
 425         auto r2l2 = r * r - l * l;
 426         auto s = r2l2 + pow(l + k, 2.0) - pow(sqrt(r2l2) - w, 2.0);
 427         return this->len() + sqrt(s) - l - k;
 428 }
 429
 430 double
 431 CarMove::sp() const
 432 {
 433         return this->speed;
 434 }
 435
 436 void
 437 CarMove::sp(double sp)
 438 {
 439         this->speed = sp;
 440 }
 441
 442 double
 443 CarMove::st() const
 444 {
 445         return this->steer;
 446 }
 447
 448 void
 449 CarMove::st(double st)
 450 {
 451         this->steer = st;
 452 }
 453
 454 bool
 455 BicycleCar::drivable(Pose const& p) const
 456 {
 457         PoseRange pr;
 458         pr.x(p.x());
 459         pr.y(p.y());
 460         pr.b(p.h());
 461         pr.e(p.h());
 462         return this->drivable(pr);
 463 }
 464
 465 bool
 466 BicycleCar::drivable(PoseRange const& p) const
 467 {
 468         double h = (p.b() + p.e()) / 2.0;
 469         double a_1 = atan2(p.y() - this->y(), p.x() - this->x()) - this->h();
 470         while (a_1 < -M_PI)
 471                 a_1 += 2 * M_PI;
 472         while (a_1 > +M_PI)
 473                 a_1 -= 2 * M_PI;
 474         double h_d = h - this->h();
 475         while (h_d < -M_PI)
 476                 h_d += 2 * M_PI;
 477         while (h_d > +M_PI)
 478                 h_d -= 2 * M_PI;
 479         double a_2 = 0;
 480         if (h_d == 0 && (a_1 == 0 || a_2 == M_PI || a_2 == -M_PI)) {
 481                 return true;
 482         } else if (0 < a_1 && a_1 <= M_PI/2) { // left front
 483                 BicycleCar z(*this); // zone border
 484                 z.h(p.e());
 485                 h_d = h - this->h();
 486                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 487                 // assert z.h() == h
 488                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 489                         return true;
 490                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 491                 while (a_2 < -M_PI)
 492                         a_2 += 2 * M_PI;
 493                 while (a_2 > +M_PI)
 494                         a_2 -= 2 * M_PI;
 495                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 496                         return true;
 497         } else if (M_PI/2 < a_1 && a_1 <= M_PI) { // left rear
 498                 BicycleCar z(*this); // zone border
 499                 z.h(p.e());
 500                 h_d = h - this->h();
 501                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 502                 // assert z.h() == h
 503                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 504                         return true;
 505                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 506                 a_2 -= M_PI;
 507                 while (a_2 < -M_PI)
 508                         a_2 += 2 * M_PI;
 509                 while (a_2 > +M_PI)
 510                         a_2 -= 2 * M_PI;
 511                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 512                         return true;
 513         } else if (0 > a_1 && a_1 >= -M_PI/2) { // right front
 514                 BicycleCar z(*this); // zone border
 515                 z.h(p.b());
 516                 h_d = h - this->h();
 517                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 518                 // assert z.h() == h
 519                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 520                         return true;
 521                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 522                 while (a_2 < -M_PI)
 523                         a_2 += 2 * M_PI;
 524                 while (a_2 > +M_PI)
 525                         a_2 -= 2 * M_PI;
 526                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 527                         return true;
 528         } else if (-M_PI/2 > a_1 && a_1 >= -M_PI) { // right rear
 529                 BicycleCar z(*this); // zone border
 530                 z.h(p.b());
 531                 h_d = h - this->h();
 532                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 533                 // assert z.h() == h
 534                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 535                         return true;
 536                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 537                 a_2 -= M_PI;
 538                 while (a_2 < -M_PI)
 539                         a_2 += 2 * M_PI;
 540                 while (a_2 > +M_PI)
 541                         a_2 -= 2 * M_PI;
 542                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 543                         return true;
 544         } else {
 545                 // Not happenning, as ``-pi <= a <= pi``.
 546         }
 547         return false;
 548 }
 549
 550 void
 551 BicycleCar::set_max_steer()
 552 {
 553         this->st(atan(this->wb() / this->mtr()));
 554 }
 555
 556 double
 557 BicycleCar::lfx() const
 558 {
 559         double lfx = this->x();
 560         lfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 561         lfx += this->df() * cos(this->h());
 562         return lfx;
 563 }
 564
 565 double
 566 BicycleCar::lfy() const
 567 {
 568         double lfy = this->y();
 569         lfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 570         lfy += this->df() * sin(this->h());
 571         return lfy;
 572 }
 573
 574 double
 575 BicycleCar::lrx() const
 576 {
 577         double lrx = this->x();
 578         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 579         lrx += -this->dr() * cos(this->h());
 580         return lrx;
 581 }
 582
 583 double
 584 BicycleCar::lry() const
 585 {
 586         double lry = this->y();
 587         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 588         lry += -this->dr() * sin(this->h());
 589         return lry;
 590 }
 591
 592 double
 593 BicycleCar::rrx() const
 594 {
 595         double rrx = this->x();
 596         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 597         rrx += -this->dr() * cos(this->h());
 598         return rrx;
 599 }
 600
 601 double
 602 BicycleCar::rry() const
 603 {
 604         double rry = this->y();
 605         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 606         rry += -this->dr() * sin(this->h());
 607         return rry;
 608 }
 609
 610 double
 611 BicycleCar::rfx() const
 612 {
 613         double rfx = this->x();
 614         rfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 615         rfx += this->df() * cos(this->h());
 616         return rfx;
 617 }
 618
 619 double
 620 BicycleCar::rfy() const
 621 {
 622         double rfy = this->y();
 623         rfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 624         rfy += this->df() * sin(this->h());
 625         return rfy;
 626 }
 627
 628 double
 629 BicycleCar::ralx() const
 630 {
 631         double lrx = this->x();
 632         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 633         return lrx;
 634 }
 635 double
 636 BicycleCar::raly() const
 637 {
 638         double lry = this->y();
 639         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 640         return lry;
 641 }
 642
 643 double
 644 BicycleCar::rarx() const
 645 {
 646         double rrx = this->x();
 647         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 648         return rrx;
 649 }
 650
 651 double
 652 BicycleCar::rary() const
 653 {
 654         double rry = this->y();
 655         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 656         return rry;
 657 }
 658
 659 Point
 660 BicycleCar::ccl() const
 661 {
 662         return Point(
 663                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() + M_PI / 2.0),
 664                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() + M_PI / 2.0)
 665         );
 666 }
 667
 668 Point
 669 BicycleCar::ccr() const
 670 {
 671         return Point(
 672                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() - M_PI / 2.0),
 673                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() - M_PI / 2.0)
 674         );
 675 }
 676
 677 void
 678 BicycleCar::next()
 679 {
 680         this->x(this->x() + this->sp() * cos(this->h()));
 681         this->y(this->y() + this->sp() * sin(this->h()));
 682         this->h(this->h() + this->sp() / this->wb() * tan(this->st()));
 683 }
 684
 685 } // namespace bcar