src/bcar.cc

   1 #include <cmath>
   2 #include "bcar.hh"
   3
   4 namespace bcar {
   5
   6 Point::Point()
   7 {
   8 }
   9
  10 Point::Point(double x, double y) : x_(x), y_(y)
  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.b().x();
  86         auto y1 = li.b().y();
  87         auto x2 = li.e().x();
  88         auto y2 = li.e().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 void
 112 Point::reflect(Line const& li)
 113 {
 114         this->rotate(li.b(), -li.h());
 115         this->y_ -= li.b().y();
 116         this->y_ *= -1.0;
 117         this->y_ += li.b().y();
 118         this->rotate(li.b(), li.h());
 119 }
 120
 121 double
 122 Point::edist(Point const& p) const
 123 {
 124         return sqrt(pow(p.x() - this->x_, 2.0) + pow(p.y() - this->y_, 2.0));
 125 }
 126
 127 bool
 128 Point::operator==(Point const& p)
 129 {
 130         return this->x() == p.x() && this->y() == p.y();
 131 }
 132
 133 std::ostream&
 134 operator<<(std::ostream& out, Point const& p)
 135 {
 136         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "]";
 137         return out;
 138 }
 139
 140 Line::Line(Point const& b, Point const& e): b_(b), e_(e)
 141 {
 142 }
 143
 144 Point
 145 Line::b() const&
 146 {
 147         return this->b_;
 148 }
 149
 150 Point
 151 Line::e() const&
 152 {
 153         return this->e_;
 154 }
 155
 156 Point
 157 Line::i1() const&
 158 {
 159         return this->i1_;
 160 }
 161
 162 Point
 163 Line::i2() const&
 164 {
 165         return this->i2_;
 166 }
 167
 168 bool
 169 Line::intersects_with(Line const& li)
 170 {
 171         auto x1 = this->b_.x();
 172         auto y1 = this->b_.y();
 173         auto x2 = this->e_.x();
 174         auto y2 = this->e_.y();
 175         auto x3 = li.b().x();
 176         auto y3 = li.b().y();
 177         auto x4 = li.e().x();
 178         auto y4 = li.e().y();
 179         double deno = (x1 - x2) * (y3 - y4) - (y1 - y2) * (x3 - x4);
 180         if (deno == 0.0) {
 181                 return false;
 182         }
 183         double t = (x1 - x3) * (y3 - y4) - (y1 - y3) * (x3 - x4);
 184         t /= deno;
 185         double u = (x1 - x2) * (y1 - y3) - (y1 - y2) * (x1 - x3);
 186         u *= -1.0;
 187         u /= deno;
 188         if (t < 0.0 || t > 1.0 || u < 0.0 || u > 1.0) {
 189                 return false;
 190         }
 191         this->i1_.x(x1 + t * (x2 - x1));
 192         this->i1_.y(y1 + t * (y2 - y1));
 193         return true;
 194 }
 195
 196 bool
 197 Line::intersects_with(Point const& c, double const r)
 198 {
 199         auto x1 = this->b_.x();
 200         auto y1 = this->b_.y();
 201         auto x2 = this->e_.x();
 202         auto y2 = this->e_.y();
 203         auto cx = c.x();
 204         auto cy = c.y();
 205         x2 -= cx;
 206         x1 -= cx;
 207         y2 -= cy;
 208         y1 -= cy;
 209         if (y1 == y2) {
 210                 y1 += 0.00001;
 211         }
 212         double dx = x2 - x1;
 213         double dy = y2 - y1;
 214         double dr = sqrt(dx*dx + dy*dy);
 215         double D = x1*y2 - x2*y1;
 216         if (r*r * dr*dr - D*D < 0.0) {
 217                 return false;
 218         }
 219         // intersection coordinates
 220         double ix1 = (D*dy + sgn(dy)*dx*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 221         ix1 += cx;
 222         double ix2 = (D*dy - sgn(dy)*dx*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 223         ix2 += cx;
 224         double iy1 = (-D*dx + std::abs(dy)*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 225         iy1 += cy;
 226         double iy2 = (-D*dx - std::abs(dy)*sqrt(r*r * dr*dr - D*D)) / (dr*dr);
 227         iy2 += cy;
 228         this->i1_.x(ix1);
 229         this->i1_.y(iy1);
 230         this->i2_.x(ix2);
 231         this->i2_.y(iy2);
 232         return true;
 233 }
 234
 235 double
 236 Line::len() const
 237 {
 238         return this->b_.edist(this->e_);
 239 }
 240
 241 double
 242 Line::h() const
 243 {
 244         return atan2(this->e_.y() - this->b_.y(), this->e_.x() - this->b_.x());
 245 }
 246
 247 std::ostream&
 248 operator<<(std::ostream& out, Line const& li)
 249 {
 250         out << "[" << li.b_ << "," << li.e_ << "]";
 251         return out;
 252 }
 253
 254 Pose::Pose(double x, double y, double h) : Point(x, y), h_(h)
 255 {
 256 }
 257
 258 double
 259 Pose::h() const
 260 {
 261         return this->h_;
 262 }
 263
 264 void
 265 Pose::h(double h)
 266 {
 267         while (h < -M_PI) {
 268                 h += 2 * M_PI;
 269         }
 270         while (h > +M_PI) {
 271                 h -= 2 * M_PI;
 272         }
 273         this->h_ = h;
 274 }
 275
 276 void
 277 Pose::set_pose(Pose const& p)
 278 {
 279         this->x(p.x());
 280         this->y(p.y());
 281         this->h(p.h());
 282 }
 283
 284 void
 285 Pose::rotate(Point const& c, double const angl)
 286 {
 287         Point::rotate(c, angl);
 288         this->h(this->h() + angl);
 289 }
 290
 291 void
 292 Pose::reflect(Line const& li)
 293 {
 294         Point::reflect(li);
 295         double dh = li.h() - this->h();
 296         this->h(this->h() + 2.0 * dh);
 297 }
 298
 299 bool
 300 Pose::operator==(Pose const& p)
 301 {
 302         return this->x() == p.x() && this->y() == p.y() && this->h() == p.h();
 303 }
 304
 305 std::ostream&
 306 operator<<(std::ostream& out, Pose const& p)
 307 {
 308         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.h() << "]";
 309         return out;
 310 }
 311
 312 void
 313 PoseRange::set_xyh()
 314 {
 315         double clen = 10.0;
 316         double bpbx = this->bp_.x() - clen * cos(this->bp_.h());
 317         double bpby = this->bp_.y() - clen * sin(this->bp_.h());
 318         double bpfx = this->bp_.x() + clen * cos(this->bp_.h());
 319         double bpfy = this->bp_.y() + clen * sin(this->bp_.h());
 320         Line li1(Point(bpbx, bpby), Point(bpfx, bpfy));
 321         double epbx = this->ep_.x() - clen * cos(this->ep_.h());
 322         double epby = this->ep_.y() - clen * sin(this->ep_.h());
 323         double epfx = this->ep_.x() + clen * cos(this->ep_.h());
 324         double epfy = this->ep_.y() + clen * sin(this->ep_.h());
 325         Line li2(Point(epbx, epby), Point(epfx, epfy));
 326         li1.intersects_with(li2);
 327         this->x(li1.i1().x());
 328         this->y(li1.i1().y());
 329         this->h((this->b() + this->e()) / 2.0);
 330 }
 331
 332 PoseRange::PoseRange(Pose bp, Pose ep) : bp_(bp), ep_(ep)
 333 {
 334         if (this->bp_ == this->ep_) {
 335                 this->set_pose(this->ep_);
 336         } else {
 337                 this->set_xyh();
 338         }
 339 }
 340
 341 Pose
 342 PoseRange::bp() const
 343 {
 344         return this->bp_;
 345 }
 346
 347 Pose
 348 PoseRange::ep() const
 349 {
 350         return this->ep_;
 351 }
 352
 353 double
 354 PoseRange::b() const
 355 {
 356         return std::min(this->bp_.h(), this->ep_.h());
 357 }
 358
 359 double
 360 PoseRange::e() const
 361 {
 362         return std::max(this->bp_.h(), this->ep_.h());
 363 }
 364
 365 void
 366 PoseRange::rotate(Point const& c, double const angl)
 367 {
 368         this->bp_.rotate(c, angl);
 369         this->ep_.rotate(c, angl);
 370         this->set_xyh();
 371 }
 372
 373 void
 374 PoseRange::reflect(Line const& li)
 375 {
 376         this->bp_.reflect(li);
 377         this->ep_.reflect(li);
 378         this->set_xyh();
 379 }
 380
 381 std::ostream&
 382 operator<<(std::ostream& out, PoseRange const& p)
 383 {
 384         out << "[" << p.x() << "," << p.y() << "," << p.b() << "," << p.e();
 385         out << "]";
 386         return out;
 387 }
 388
 389 double
 390 CarSize::ctc() const
 391 {
 392         return this->curb_to_curb_;
 393 }
 394
 395 void
 396 CarSize::ctc(double ctc)
 397 {
 398         this->curb_to_curb_ = ctc;
 399 }
 400
 401 double
 402 CarSize::wb() const
 403 {
 404         return this->wheelbase_;
 405 }
 406
 407 void
 408 CarSize::wb(double wb)
 409 {
 410         this->wheelbase_ = wb;
 411 }
 412
 413 double
 414 CarSize::w() const
 415 {
 416         return this->width_;
 417 }
 418
 419 void
 420 CarSize::w(double w)
 421 {
 422         this->width_ = w;
 423 }
 424
 425 double
 426 CarSize::len() const
 427 {
 428         return this->length_;
 429 }
 430
 431 void
 432 CarSize::len(double len)
 433 {
 434         this->length_ = len;
 435 }
 436
 437 double
 438 CarSize::df() const
 439 {
 440         return this->distance_to_front_;
 441 }
 442
 443 void
 444 CarSize::df(double df)
 445 {
 446         this->distance_to_front_ = df;
 447 }
 448
 449 double
 450 CarSize::dr() const
 451 {
 452         return this->len() - this->df();
 453 }
 454
 455 double
 456 CarSize::mtr() const
 457 {
 458         auto ctc2 = pow(this->ctc() / 2.0, 2.0);
 459         auto wb2 = pow(this->wb(), 2.0);
 460         return sqrt(ctc2 - wb2) - this->w() / 2.0;
 461 }
 462
 463 double
 464 CarSize::iradi() const
 465 {
 466         return this->mtr() - this->w() / 2;
 467 }
 468
 469 double
 470 CarSize::ofradi() const
 471 {
 472         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 473         auto df2 = pow(this->df(), 2.0);
 474         return sqrt(mtrw2 + df2);
 475 }
 476
 477 double
 478 CarSize::orradi() const
 479 {
 480         auto mtrw2 = pow(this->mtr() + this->w() / 2.0, 2.0);
 481         auto dr2 = pow(this->dr(), 2.0);
 482         return sqrt(mtrw2 + dr2);
 483 }
 484
 485 double
 486 CarSize::perfect_parking_slot_len() const
 487 {
 488         auto r = this->ctc() / 2.0;
 489         auto l = this->wb();
 490         auto k = this->df() - this->wb();
 491         auto w = this->w();
 492         auto r2l2 = r * r - l * l;
 493         auto s = r2l2 + pow(l + k, 2.0) - pow(sqrt(r2l2) - w, 2.0);
 494         return this->len() + sqrt(s) - l - k;
 495 }
 496
 497 double
 498 CarMove::sp() const
 499 {
 500         return this->speed_;
 501 }
 502
 503 void
 504 CarMove::sp(double sp)
 505 {
 506         this->speed_ = sp;
 507 }
 508
 509 double
 510 CarMove::st() const
 511 {
 512         return this->steer_;
 513 }
 514
 515 void
 516 CarMove::st(double st)
 517 {
 518         this->steer_ = st;
 519 }
 520
 521 bool
 522 BicycleCar::drivable(Pose const& p) const
 523 {
 524         return this->drivable(PoseRange(p, p));
 525 }
 526
 527 bool
 528 BicycleCar::drivable(PoseRange const& p) const
 529 {
 530         double a_1 = atan2(p.y() - this->y(), p.x() - this->x()) - this->h();
 531         while (a_1 < -M_PI)
 532                 a_1 += 2 * M_PI;
 533         while (a_1 > +M_PI)
 534                 a_1 -= 2 * M_PI;
 535         double h_d = p.h() - this->h();
 536         while (h_d < -M_PI)
 537                 h_d += 2 * M_PI;
 538         while (h_d > +M_PI)
 539                 h_d -= 2 * M_PI;
 540         double a_2 = 0;
 541         if (h_d == 0 && (a_1 == 0 || a_2 == M_PI || a_2 == -M_PI)) {
 542                 return true;
 543         } else if (0 < a_1 && a_1 <= M_PI/2) { // left front
 544                 BicycleCar z(*this); // zone border
 545                 z.h(p.e());
 546                 h_d = p.h() - this->h();
 547                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 548                 // assert z.h() == p.h()
 549                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 550                         return true;
 551                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 552                 while (a_2 < -M_PI)
 553                         a_2 += 2 * M_PI;
 554                 while (a_2 > +M_PI)
 555                         a_2 -= 2 * M_PI;
 556                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 557                         return true;
 558         } else if (M_PI/2 < a_1 && a_1 <= M_PI) { // left rear
 559                 BicycleCar z(*this); // zone border
 560                 z.h(p.e());
 561                 h_d = p.h() - this->h();
 562                 z.rotate(this->ccl(), h_d);
 563                 // assert z.h() == p.h()
 564                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 565                         return true;
 566                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 567                 a_2 -= M_PI;
 568                 while (a_2 < -M_PI)
 569                         a_2 += 2 * M_PI;
 570                 while (a_2 > +M_PI)
 571                         a_2 -= 2 * M_PI;
 572                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 573                         return true;
 574         } else if (0 > a_1 && a_1 >= -M_PI/2) { // right front
 575                 BicycleCar z(*this); // zone border
 576                 z.h(p.b());
 577                 h_d = p.h() - this->h();
 578                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 579                 // assert z.h() == p.h()
 580                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 581                         return true;
 582                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 583                 while (a_2 < -M_PI)
 584                         a_2 += 2 * M_PI;
 585                 while (a_2 > +M_PI)
 586                         a_2 -= 2 * M_PI;
 587                 if (this->h() >= a_2 && a_2 >= z.h())
 588                         return true;
 589         } else if (-M_PI/2 > a_1 && a_1 >= -M_PI) { // right rear
 590                 BicycleCar z(*this); // zone border
 591                 z.h(p.b());
 592                 h_d = p.h() - this->h();
 593                 z.rotate(this->ccr(), h_d);
 594                 // assert z.h() == p.h()
 595                 if (p.y() == z.y() && p.x() == z.x()) // p on zone border
 596                         return true;
 597                 a_2 = atan2(p.y() - z.y(), p.x() - z.x());
 598                 a_2 -= M_PI;
 599                 while (a_2 < -M_PI)
 600                         a_2 += 2 * M_PI;
 601                 while (a_2 > +M_PI)
 602                         a_2 -= 2 * M_PI;
 603                 if (z.h() >= a_2 && a_2 >= this->h())
 604                         return true;
 605         } else {
 606                 // Not happenning, as ``-pi <= a <= pi``.
 607         }
 608         return false;
 609 }
 610
 611 void
 612 BicycleCar::set_max_steer()
 613 {
 614         this->st(atan(this->wb() / this->mtr()));
 615 }
 616
 617 double
 618 BicycleCar::lfx() const
 619 {
 620         double lfx = this->x();
 621         lfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 622         lfx += this->df() * cos(this->h());
 623         return lfx;
 624 }
 625
 626 double
 627 BicycleCar::lfy() const
 628 {
 629         double lfy = this->y();
 630         lfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 631         lfy += this->df() * sin(this->h());
 632         return lfy;
 633 }
 634
 635 double
 636 BicycleCar::lrx() const
 637 {
 638         double lrx = this->x();
 639         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 640         lrx += -this->dr() * cos(this->h());
 641         return lrx;
 642 }
 643
 644 double
 645 BicycleCar::lry() const
 646 {
 647         double lry = this->y();
 648         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 649         lry += -this->dr() * sin(this->h());
 650         return lry;
 651 }
 652
 653 double
 654 BicycleCar::rrx() const
 655 {
 656         double rrx = this->x();
 657         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 658         rrx += -this->dr() * cos(this->h());
 659         return rrx;
 660 }
 661
 662 double
 663 BicycleCar::rry() const
 664 {
 665         double rry = this->y();
 666         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 667         rry += -this->dr() * sin(this->h());
 668         return rry;
 669 }
 670
 671 double
 672 BicycleCar::rfx() const
 673 {
 674         double rfx = this->x();
 675         rfx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 676         rfx += this->df() * cos(this->h());
 677         return rfx;
 678 }
 679
 680 double
 681 BicycleCar::rfy() const
 682 {
 683         double rfy = this->y();
 684         rfy += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 685         rfy += this->df() * sin(this->h());
 686         return rfy;
 687 }
 688
 689 Point
 690 BicycleCar::lf() const
 691 {
 692         return Point(this->lfx(), this->lfy());
 693 }
 694
 695 Point
 696 BicycleCar::lr() const
 697 {
 698         return Point(this->lrx(), this->lry());
 699 }
 700
 701 Point
 702 BicycleCar::rr() const
 703 {
 704         return Point(this->rrx(), this->rry());
 705 }
 706
 707 Point
 708 BicycleCar::rf() const
 709 {
 710         return Point(this->rfx(), this->rfy());
 711 }
 712
 713 Line
 714 BicycleCar::left() const
 715 {
 716         return Line(this->lr(), this->lf());
 717 }
 718
 719 Line
 720 BicycleCar::rear() const
 721 {
 722         return Line(this->lr(), this->rr());
 723 }
 724
 725 Line
 726 BicycleCar::right() const
 727 {
 728         return Line(this->rr(), this->rf());
 729 }
 730
 731 Line
 732 BicycleCar::front() const
 733 {
 734         return Line(this->rf(), this->lf());
 735 }
 736
 737 double
 738 BicycleCar::ralx() const
 739 {
 740         double lrx = this->x();
 741         lrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() + M_PI / 2.0);
 742         return lrx;
 743 }
 744 double
 745 BicycleCar::raly() const
 746 {
 747         double lry = this->y();
 748         lry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() + M_PI / 2.0);
 749         return lry;
 750 }
 751
 752 double
 753 BicycleCar::rarx() const
 754 {
 755         double rrx = this->x();
 756         rrx += (this->w() / 2.0) * cos(this->h() - M_PI / 2.0);
 757         return rrx;
 758 }
 759
 760 double
 761 BicycleCar::rary() const
 762 {
 763         double rry = this->y();
 764         rry += (this->w() / 2.0) * sin(this->h() - M_PI / 2.0);
 765         return rry;
 766 }
 767
 768 Point
 769 BicycleCar::ccl() const
 770 {
 771         return Point(
 772                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() + M_PI / 2.0),
 773                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() + M_PI / 2.0)
 774         );
 775 }
 776
 777 Point
 778 BicycleCar::ccr() const
 779 {
 780         return Point(
 781                 this->x() + this->mtr() * cos(this->h() - M_PI / 2.0),
 782                 this->y() + this->mtr() * sin(this->h() - M_PI / 2.0)
 783         );
 784 }
 785
 786 void
 787 BicycleCar::next()
 788 {
 789         this->x(this->x() + this->sp() * cos(this->h()));
 790         this->y(this->y() + this->sp() * sin(this->h()));
 791         this->h(this->h() + this->sp() / this->wb() * tan(this->st()));
 792 }
 793
 794 } // namespace bcar