From f098647e69c1fe3a3a20599405962e7e1f3c7c0f Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Martin Miller Date: Sat, 18 Mar 2017 22:31:28 -0500 Subject: Add Feature class --- Makefile | 2 +- src/feature.cpp | 177 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ src/feature.h | 59 +++++++++++++++++++ 3 files changed, 237 insertions(+), 1 deletion(-) create mode 100644 src/feature.cpp create mode 100644 src/feature.h diff --git a/Makefile b/Makefile index 2a9eed2..b7f2864 100644 --- a/Makefile +++ b/Makefile @@ -1,4 +1,4 @@ -OBJECT=src/main.o src/body.o src/state.o +OBJECT=src/main.o src/body.o src/state.o src/feature.o CXXFLAGS+=-O2 -march=native -std=c++11 -pedantic-errors #CXXFLAGS+=-g CXXFLAGS+=$(shell pkg-config --cflags eigen3) diff --git a/src/feature.cpp b/src/feature.cpp new file mode 100644 index 0000000..0d79c47 --- /dev/null +++ b/src/feature.cpp @@ -0,0 +1,177 @@ +/* + * ===================================================================================== + * + * Filename: feature.cpp + * + * Description: Class for point features. Handles cases with and without + * reflections. + * + * Version: 1.0 + * Created: 03/18/2017 08:53:49 PM + * Revision: none + * Compiler: gcc + * + * Author: Martin Miller (MHM), miller7@illinois.edu + * Organization: Aerospace Robotics and Controls Lab (ARC) + * + * ===================================================================================== + */ +#include "feature.h" + + +Matrix +Feature::Fx ( ) +{ + double y0,y1,y2; + y0 = X[0]; + y1 = X[1]; + y2 = X[2]; + Matrix F; + F << 0., 0., 0., y0*y2,-y2, 0.,0,0,0, + 0.,0.,0., y1*y2, 0.,-y2, 0,0,0, + 0,0,0, y2*y2, 0, 0, 0,0,0; + return F; +} /* ----- end of method Feature::Fx ----- */ + +Matrix +Feature::Fy ( const Vector3d &v, const Vector3d &w ) +{ + double y0,y1,y2; + double v0,v1,v2; + double w0,w1,w2; + y0 = X[0]; + y1 = X[1]; + y2 = X[2]; + v0 = v[0]; + v1 = v[1]; + v2 = v[2]; + w0 = w[0]; + w1 = w[1]; + w2 = w[2]; + Matrix F; + F << v0*y2-2*w2*y0+y1*w1, w0+y0*w1, -v1+y0*v0, + w0-y1*w2, v0*y2+2*w1*y1-y0*w2, -v2+y1*v0, + -w2*y2, w1*y2, -w2*y0+w1*y1+2*v0*y2; + return F; +} /* ----- end of method Feature::Fy ----- */ + +Matrix +Feature::Hx ( const Vector3d &pos, const Quaterniond &q ) +{ + double xbw1,xbw2,xbw3; + double xb0w1, xb0w2, xb0w3; + double qbw1,qbw2,qbw3,qbw4; + double qb0w1,qb0w2,qb0w3,qb0w4; + double pib1, pib2, pib3; + double hx11,hx12,hx13,hx21,hx22,hx23,hx33,hx43; + + xbw1 = pos[0]; + xbw2 = pos[1]; + xbw3 = pos[2]; + + qbw1 = q.x(); + qbw2 = q.y(); + qbw3 = q.z(); + qbw4 = q.w(); + + pib1=X[0]; + pib2=X[1]; + pib3=X[2]; + + xb0w1=xb0w[0]; + xb0w2=xb0w[1]; + xb0w3=xb0w[2]; + + qb0w1=q0.x(); + qb0w2=q0.y(); + qb0w3=q0.z(); + qb0w4=q0.w(); + + Matrix H; + hx11 = -(2 * (qb0w1)*(qb0w2)-2 * (qb0w3)*(qb0w4)) / ((2 * (qb0w1)*(qb0w2)+2 * (qb0w3)*(qb0w4))*(xb0w2 - 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2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1 , 2) + pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) - pow(qbw4 , 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) + pow(qbw3 , 2) - pow(qbw4 , 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2))) + ((4 * qbw1*qbw3 - 4 * qbw2*qbw4)*((2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)*((pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3) - (2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1 , 2) + pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) - 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(2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2))) , 2) - (2 * pow(qbw1 , 2) + 2 * pow(qbw2 , 2) - 2 * pow(qbw3 , 2) - 2 * pow(qbw4 , 2)) / ((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1 , 2) + pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) - pow(qbw4 , 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) + pow(qbw3 , 2) - pow(qbw4 , 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1 , 2) - pow(qbw2 , 2) - pow(qbw3 , 2) + pow(qbw4 , 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1 , 2) - 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pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))), 2) - (((2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + ((2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + ((2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3) / ((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))); + + hy42 = -(pow((2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4), 2) / pib3 + pow((2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3), 2) / pib3 - pow((pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2)) , 2) / pib3) / ((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))) - ((((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + ((2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))) / pib3 - ((2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3)*((2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)*((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3))) / pow(((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))), 2); + + hy43 = ((2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)*((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pow(pib3, 2) + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pow(pib3, 2) + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pow(pib3, 2)) + (2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pow(pib3, 2) - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pow(pib3, 2) + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pow(pib3, 2)) + ((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pow(pib3, 2) - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pow(pib3, 2) + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pow(pib3, 2))*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / ((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))) - (((2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)*((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3))*((2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pow(pib3, 2) - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pow(pib3, 2) + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pow(pib3, 2)) + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pow(pib3, 2) - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pow(pib3, 2) + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pow(pib3, 2)) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pow(pib3, 2) + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pow(pib3, 2) + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pow(pib3, 2))*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)))) / pow(((2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4)*(2 * xbw3 + (2 * qbw1*qbw3 - 2 * qbw2*qbw4) / pib3 - (pib2*(pow(qbw1, 2) + pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw4 + 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) + (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4)*((pib1*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) + pow(qbw3, 2) - pow(qbw4, 2))) / pib3 - (2 * qbw1*qbw2 + 2 * qbw3*qbw4) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw4 - 2 * qbw2*qbw3)) / pib3) - ((pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2)) / pib3 + (pib1*(2 * qbw1*qbw2 - 2 * qbw3*qbw4)) / pib3 + (pib2*(2 * qbw1*qbw3 + 2 * qbw2*qbw4)) / pib3)*(pow(qbw1, 2) - pow(qbw2, 2) - pow(qbw3, 2) + pow(qbw4, 2))), 2); + + H << 1,0,0, + 0,1,0, + hy11,hy12,hy13, + hy21,hy22,hy23, + hy31,hy32,hy33, + hy41,hy42,hy43; + return H ; +} /* ----- end of method Feature::Hy ----- */ + diff --git a/src/feature.h b/src/feature.h new file mode 100644 index 0000000..d6c43d0 --- /dev/null +++ b/src/feature.h @@ -0,0 +1,59 @@ +#ifndef feature_INC +#define feature_INC +#include +#include "types.h" + +using Eigen::Vector3d; +using Eigen::Matrix; +using Eigen::Quaterniond; + +/* + * ===================================================================================== + * Class: Feature + * Description: + * ===================================================================================== + */ +class Feature +{ + public: + /* ==================== LIFECYCLE ======================================= */ + Feature (); /* constructor */ + + /* ==================== ACCESSORS ======================================= */ + + /* ==================== MUTATORS ======================================= */ + + /* ==================== OPERATORS ======================================= */ + Matrix Fx(); + Matrix Fy( const Vector3d &vel, const Vector3d &ang); + Matrix Hx( const Vector3d &pos, const Quaterniond &q); + Matrix Hy( const Vector3d &pos, const Quaterniond &q); + /* + Matrix Hy + Matrix h(); + void motionModel ( const Vector3d &acc, const Vector3d &ang, + const Quaterniond &q, const double dt); + Matrix Q(double dt); + Matrix R(); + Matrix S(const Matrix &P); + void skewSymmetric(const Vector3d &x, Matrix &y); + void unicsv(); + */ + + protected: + /* ==================== METHODS ======================================= */ + + /* ==================== DATA MEMBERS ======================================= */ + + private: + /* ==================== METHODS ======================================= */ + + /* ==================== DATA MEMBERS ======================================= */ + Vector3d X; + Quaterniond q0; + Vector3d xb0w; + +}; /* ----- end of class Feature ----- */ + + +#endif /* ----- #ifndef feature_INC ----- */ -- cgit v1.1