src/bcar.cc

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