Gaku Matsumoto / Quaternion

四元数(クォータニオン)の計算やらなんやらができます．主に演算子オーバーロードの練習で作りました．温かい目で見てやってください．

Dependents:   Hybrid_AttitudeEstimation

Quaternion.hpp@1:81bcd478f8d7, 2017-01-28 (annotated)

Committer:
Gaku0606
Date:
Sat Jan 28 21:13:13 2017 +0000
Revision:
1:81bcd478f8d7
Parent:
0:31fe79c6544c
Child:
2:7c23225b23dc
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UserRevisionLine numberNew contents of line
Gaku0606 0:31fe79c6544c 1 #ifndef _QUATERNION_HPP_
Gaku0606 0:31fe79c6544c 2 #define _QUATERNION_HPP_
Gaku0606 0:31fe79c6544c 3
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 4 /** クォータニオンの足し，引き，掛け算などを簡単にできるようになります．
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 5 * @author Gaku MATSUMOTO
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 6 * @bref クォータニオンを使えるクラスです．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 7 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 8 class Quaternion{
Gaku0606 0:31fe79c6544c 9 public:
Gaku0606 0:31fe79c6544c 10 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 11 @bref Quaternionインスタンスを生成します
Gaku0606 0:31fe79c6544c 12 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 13 Quaternion(){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 14 w = 1.0f;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 15 x = 0.0f;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 16 y = 0.0f;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 17 z = 0.0f;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 18 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 19 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 20 @bref 要素を代入しながら，インスタンスを生成します．
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 21 @param[in] _w 実部wの初期値
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 22 @param[in] _x 虚部iの初期値
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 23 @param[in] _y 虚部jの初期値
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 24 @param[in] _z 虚部kの初期値
Gaku0606 0:31fe79c6544c 25 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 26 Quaternion(double _w, double _x, double _y, double _z){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 27 w = _w; x = _x; y = _y; z = _z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 28 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 29
Gaku0606 0:31fe79c6544c 30 public:
Gaku0606 0:31fe79c6544c 31 double w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 32 double x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 33 double y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 34 double z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 35
Gaku0606 0:31fe79c6544c 36 public:
Gaku0606 0:31fe79c6544c 37
Gaku0606 0:31fe79c6544c 38 /**
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 39 @bref クォータニオンの要素をコピーします．
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 40 @note 通常の数のように代入できます
Gaku0606 0:31fe79c6544c 41 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 42 Quaternion operator=(Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 43 w = r.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 44 x = r.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 45 y = r.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 46 z = r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 47 return *this;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 48 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 49
Gaku0606 0:31fe79c6544c 50 /**
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 51 @bref クォータニオンを足して代入します．
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 52 @note 通常の数のように代入できます
Gaku0606 0:31fe79c6544c 53 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 54 Quaternion operator+=(Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 55 w += r.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 56 x += r.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 57 y += r.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 58 z += r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 59 return *this;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 60 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 61
Gaku0606 0:31fe79c6544c 62 /**
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 63 @bref クォータニオンを引いて代入します．
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 64 @note 通常の数のように代入できます
Gaku0606 0:31fe79c6544c 65 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 66 Quaternion operator-=(Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 67 w -= r.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 68 x -= r.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 69 y -= r.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 70 z -= r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 71 return *this;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 72 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 73
Gaku0606 0:31fe79c6544c 74 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 75 * @bref クォータニオンの掛け算をします．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 76 * @note この際も順序は重要です．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 77 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 78 Quaternion operator*=(Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 79 static Quaternion QQ;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 80 QQ.w = w*r.x - x*r.x - y*r.y - z*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 81 QQ.x = x*r.w + w*r.x - z*r.y + y*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 82 QQ.y = y*r.w + z*r.x + w*r.y - x*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 83 QQ.z = z*r.w - y*r.x + x*r.y + w*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 84 w = QQ.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 85 x = QQ.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 86 y = QQ.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 87 z = QQ.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 88 return *this;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 89 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 90
Gaku0606 0:31fe79c6544c 91 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 92 @bref クォータニオンの複素共役を返します．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 93 @note 本当はアスタリスクが良かったのですが，ポインタと紛らわしいのでマイナスにしました．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 94 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 95 Quaternion operator-(){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 96 Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 97 Q.w = w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 98 Q.x = -x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 99 Q.y = -y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 100 Q.z = -z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 101 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 102 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 103
Gaku0606 0:31fe79c6544c 104 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 105 @bref クォータニオンを正規化して，単位クォータニオンにします．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 106 @note 掛け算などを行うたびに実行することをお勧めします．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 107 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 108 void normalize(){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 109 double norm = sqrt(w*w + x*x + y*y + z*z);
Gaku0606 0:31fe79c6544c 110 if (norm != 0.0){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 111 w /= norm;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 112 x /= norm;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 113 y /= norm;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 114 z /= norm;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 115 return;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 116 }
Gaku0606 0:31fe79c6544c 117 else{
Gaku0606 0:31fe79c6544c 118 return;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 119 }
Gaku0606 0:31fe79c6544c 120 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 121 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 122
Gaku0606 0:31fe79c6544c 123 /**
Gaku0606 0:31fe79c6544c 124 @bref クォータニオンの掛け算をします．この際，順序が重要です．
Gaku0606 0:31fe79c6544c 125 */
Gaku0606 0:31fe79c6544c 126 Quaternion operator*(Quaternion l, Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 127 static Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 128 Q.w = l.w*r.w - l.x*r.x - l.y*r.y - l.z*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 129 Q.x = l.x*r.w + l.w*r.x - l.z*r.y + l.y*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 130 Q.y = l.y*r.w + l.z*r.x + l.w*r.y - l.x*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 131 Q.z = l.z*r.w - l.y*r.x + l.x*r.y + l.w*r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 132 /*double q0Dot, q1Dot, q2Dot, q3Dot;//クォータニオンの時間微分
Gaku0606 0:31fe79c6544c 133 q0Dot = -gx*qg1 - gy*qg2 - gz*qg3;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 134 q1Dot = gx*qg0 + gz*qg2 - gy*qg3;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 135 q2Dot = gy*qg0 - gz*qg1 + gx*qg3;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 136 q3Dot = gz*qg0 + gy*qg1 - gx*qg2;*/
Gaku0606 0:31fe79c6544c 137 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 138 };
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 139
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 140 /** @bref クォータニオンをスカラー倍します．．*/
Gaku0606 0:31fe79c6544c 141 Quaternion operator*(double s, Quaternion q){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 142 static Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 143 Q.w = q.w * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 144 Q.x = q.x * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 145 Q.y = q.y * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 146 Q.z = q.z * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 147 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 148 };
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 149
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 150 /** @bref クォータニオンをスカラー倍します．．*/
Gaku0606 0:31fe79c6544c 151 Quaternion operator*(Quaternion q, double s){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 152 static Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 153 Q.w = q.w * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 154 Q.x = q.x * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 155 Q.y = q.y * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 156 Q.z = q.z * s;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 157 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 158 };
Gaku0606 0:31fe79c6544c 159
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 160 /** @bref クォータニオンの足し算をします．*/
Gaku0606 0:31fe79c6544c 161 Quaternion operator+(Quaternion l, Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 162 static Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 163 Q.w = l.w + r.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 164 Q.x = l.x + r.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 165 Q.y = l.y + r.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 166 Q.z = l.z + r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 167 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 168 }
Gaku0606 0:31fe79c6544c 169
Gaku0606 1:81bcd478f8d7 170 /** @bref クォータニオンの引き算をします．*/
Gaku0606 0:31fe79c6544c 171 Quaternion operator-(Quaternion l, Quaternion r){
Gaku0606 0:31fe79c6544c 172 static Quaternion Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 173 Q.w = l.w - r.w;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 174 Q.x = l.x - r.x;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 175 Q.y = l.y - r.y;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 176 Q.z = l.z - r.z;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 177 return Q;
Gaku0606 0:31fe79c6544c 178 }
Gaku0606 0:31fe79c6544c 179
Gaku0606 0:31fe79c6544c 180 #endif