Array/array.cxx

   1 // array.cxx -- Array management class
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started March 1998.
   4 //
   5 // Copyright (C) 1998 - 1999  Curtis L. Olson  - curt@flightgear.org
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20 //
  21 // $Id$
  22 // (Log is kept at end of this file)
  23
  24
  25 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  26 #  include <config.h>
  27 #endif
  28
  29 #include <Include/compiler.h>
  30
  31 // #include <ctype.h>    // isspace()
  32 // #include <stdlib.h>   // atoi()
  33 // #include <math.h>     // rint()
  34 // #include <stdio.h>
  35 // #include <string.h>
  36 // #ifdef HAVE_SYS_STAT_H
  37 // #  include <sys/stat.h> // stat()
  38 // #endif
  39 // #ifdef FG_HAVE_STD_INCLUDES
  40 // #  include <cerrno>
  41 // #else
  42 // #  include <errno.h>
  43 // #endif
  44 // #ifdef HAVE_UNISTD_H
  45 // # include <unistd.h>   // stat()
  46 // #endif
  47
  48 #include STL_STRING
  49
  50 #include <Include/fg_constants.h>
  51 #include <Misc/fgstream.hxx>
  52 #include <Misc/strutils.hxx>
  53 #include <Math/leastsqs.hxx>
  54
  55 #include "array.hxx"
  56
  57 FG_USING_STD(string);
  58
  59
  60 FGArray::FGArray( void ) {
  61     // cout << "class FGArray CONstructor called." << endl;
  62     in_data = new float[ARRAY_SIZE_1][ARRAY_SIZE_1];
  63     out_data = new float[ARRAY_SIZE_1][ARRAY_SIZE_1];
  64 }
  65
  66
  67 FGArray::FGArray( const string &file ) {
  68     // cout << "class FGArray CONstructor called." << endl;
  69     in_data = new float[ARRAY_SIZE_1][ARRAY_SIZE_1];
  70     out_data = new float[ARRAY_SIZE_1][ARRAY_SIZE_1];
  71
  72     FGArray::open(file);
  73 }
  74
  75
  76 // open an Array file
  77 int
  78 FGArray::open( const string& file ) {
  79     // open input file (or read from stdin)
  80     if ( file ==  "-" ) {
  81         cout << "  Opening array data pipe from stdin" << endl;
  82         // fd = stdin;
  83         // fd = gzdopen(STDIN_FILENO, "r");
  84         cout << "  Not yet ported ..." << endl;
  85         return 0;
  86     } else {
  87         in = new fg_gzifstream( file );
  88         if ( !(*in) ) {
  89             cout << "  Cannot open " << file << endl;
  90             return 0;
  91         }
  92         cout << "  Opening array data file: " << file << endl;
  93     }
  94
  95     return 1;
  96 }
  97
  98
  99 // close an Array file
 100 int
 101 FGArray::close() {
 102     // the fg_gzifstream doesn't seem to have a close()
 103
 104     delete in;
 105
 106     return 1;
 107 }
 108
 109
 110 // parse Array file
 111 int
 112 FGArray::parse() {
 113     *in >> originx >> originy;
 114     *in >> cols >> col_step;
 115     *in >> rows >> row_step;
 116
 117     cout << "    origin  = " << originx << "  " << originy << endl;
 118     cout << "    cols = " << cols << "  rows = " << rows << endl;
 119     cout << "    col_step = " << col_step << "  row_step = " << row_step <<endl;
 120
 121     for ( int i = 0; i < cols; i++ ) {
 122         for ( int j = 0; j < rows; j++ ) {
 123             *in >> in_data[i][j];
 124         }
 125     }
 126
 127     cout << "    Done parsing\n";
 128
 129     return 1;
 130 }
 131
 132
 133 // Initialize output mesh structure
 134 void FGArray::outputmesh_init( void ) {
 135     int i, j;
 136
 137     for ( j = 0; j < ARRAY_SIZE_1; j++ ) {
 138         for ( i = 0; i < ARRAY_SIZE_1; i++ ) {
 139             out_data[i][j] = -9999.0;
 140         }
 141     }
 142 }
 143
 144
 145 // Get the value of a mesh node
 146 double FGArray::outputmesh_get_pt( int i, int j ) {
 147     return ( out_data[i][j] );
 148 }
 149
 150
 151 // Set the value of a mesh node
 152 void FGArray::outputmesh_set_pt( int i, int j, double value ) {
 153     // cout << "Setting data[" << i << "][" << j << "] = " << value << endl;
 154    out_data[i][j] = value;
 155 }
 156
 157
 158 // Use least squares to fit a simpler data set to dem data
 159 void FGArray::fit( double error ) {
 160     double x[ARRAY_SIZE_1], y[ARRAY_SIZE_1];
 161     double m, b, max_error, error_sq;
 162     double x1, y1;
 163     // double ave_error;
 164     double cury, lasty;
 165     int n, row, start, end;
 166     int colmin, colmax, rowmin, rowmax;
 167     bool good_fit;
 168     // FILE *dem, *fit, *fit1;
 169
 170     error_sq = error * error;
 171
 172     cout << "  Initializing output mesh structure" << endl;
 173     outputmesh_init();
 174
 175     // determine dimensions
 176     colmin = 0;
 177     colmax = cols;
 178     rowmin = 0;
 179     rowmax = rows;
 180     cout << "  Fitting region = " << colmin << "," << rowmin << " to "
 181          << colmax << "," << rowmax << endl;;
 182
 183     // include the corners explicitly
 184     outputmesh_set_pt(colmin, rowmin, in_data[colmin][rowmin]);
 185     outputmesh_set_pt(colmin, rowmax, in_data[colmin][rowmax]);
 186     outputmesh_set_pt(colmax, rowmax, in_data[colmax][rowmax]);
 187     outputmesh_set_pt(colmax, rowmin, in_data[colmax][rowmin]);
 188
 189     cout << "  Beginning best fit procedure" << endl;
 190     lasty = 0;
 191
 192     for ( row = rowmin; row < rowmax; row++ ) {
 193         // fit  = fopen("fit.dat",  "w");
 194         // fit1 = fopen("fit1.dat", "w");
 195
 196         start = colmin;
 197
 198         // cout << "    fitting row = " << row << endl;
 199
 200         while ( start < colmax - 1 ) {
 201             end = start + 1;
 202             good_fit = true;
 203
 204             x[0] = start * col_step;
 205             y[0] = in_data[start][row];
 206
 207             x[1] = end * col_step;
 208             y[1] = in_data[end][row];
 209
 210             n = 2;
 211
 212             // cout << "Least square of first 2 points" << endl;
 213             least_squares(x, y, n, &m, &b);
 214
 215             end++;
 216
 217             while ( (end < colmax) && good_fit ) {
 218                 ++n;
 219                 // cout << "Least square of first " << n << " points" << endl;
 220                 x[n-1] = x1 = end * col_step;
 221                 y[n-1] = y1 = in_data[end][row];
 222                 least_squares_update(x1, y1, &m, &b);
 223                 // ave_error = least_squares_error(x, y, n, m, b);
 224                 max_error = least_squares_max_error(x, y, n, m, b);
 225
 226                 /*
 227                 printf("%d - %d  ave error = %.2f  max error = %.2f  y = %.2f*x + %.2f\n",
 228                 start, end, ave_error, max_error, m, b);
 229
 230                 f = fopen("gnuplot.dat", "w");
 231                 for ( j = 0; j <= end; j++) {
 232                     fprintf(f, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 233                             in_data[row][j]);
 234                 }
 235                 for ( j = start; j <= end; j++) {
 236                     fprintf(f, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 237                             in_data[row][j]);
 238                 }
 239                 fclose(f);
 240
 241                 printf("Please hit return: "); gets(junk);
 242                 */
 243
 244                 if ( max_error > error_sq ) {
 245                     good_fit = false;
 246                 }
 247
 248                 end++;
 249             }
 250
 251             if ( !good_fit ) {
 252                 // error exceeded the threshold, back up
 253                 end -= 2;  // back "end" up to the last good enough fit
 254                 n--;       // back "n" up appropriately too
 255             } else {
 256                 // we popped out of the above loop while still within
 257                 // the error threshold, so we must be at the end of
 258                 // the data set
 259                 end--;
 260             }
 261
 262             least_squares(x, y, n, &m, &b);
 263             // ave_error = least_squares_error(x, y, n, m, b);
 264             max_error = least_squares_max_error(x, y, n, m, b);
 265
 266             /*
 267             printf("\n");
 268             printf("%d - %d  ave error = %.2f  max error = %.2f  y = %.2f*x + %.2f\n",
 269                    start, end, ave_error, max_error, m, b);
 270             printf("\n");
 271
 272             fprintf(fit1, "%.2f %.2f\n", x[0], m * x[0] + b);
 273             fprintf(fit1, "%.2f %.2f\n", x[end-start], m * x[end-start] + b);
 274             */
 275
 276             if ( start > colmin ) {
 277                 // skip this for the first line segment
 278                 cury = m * x[0] + b;
 279                 outputmesh_set_pt(start, row, (lasty + cury) / 2);
 280                 // fprintf(fit, "%.2f %.2f\n", x[0], (lasty + cury) / 2);
 281             }
 282
 283             lasty = m * x[end-start] + b;
 284             start = end;
 285         }
 286
 287         /*
 288         fclose(fit);
 289         fclose(fit1);
 290
 291         dem = fopen("gnuplot.dat", "w");
 292         for ( j = 0; j < ARRAY_SIZE_1; j++) {
 293             fprintf(dem, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 294                     in_data[j][row]);
 295         }
 296         fclose(dem);
 297         */
 298
 299         // NOTICE, this is for testing only.  This instance of
 300         // output_nodes should be removed.  It should be called only
 301         // once at the end once all the nodes have been generated.
 302         // newmesh_output_nodes(&nm, "mesh.node");
 303         // printf("Please hit return: "); gets(junk);
 304     }
 305
 306     // outputmesh_output_nodes(fg_root, p);
 307 }
 308
 309
 310 // return the current altitude based on grid data.  We should rewrite
 311 // this to interpolate exact values, but for now this is good enough
 312 double FGArray::interpolate_altitude( double lon, double lat ) {
 313     // we expect incoming (lon,lat) to be in arcsec for now
 314
 315     double xlocal, ylocal, dx, dy, zA, zB, elev;
 316     int x1, x2, x3, y1, y2, y3;
 317     float z1, z2, z3;
 318     int xindex, yindex;
 319
 320     /* determine if we are in the lower triangle or the upper triangle
 321        ______
 322        |   /|
 323        |  / |
 324        | /  |
 325        |/   |
 326        ------
 327
 328        then calculate our end points
 329      */
 330
 331     xlocal = (lon - originx) / col_step;
 332     ylocal = (lat - originy) / row_step;
 333
 334     xindex = (int)(xlocal);
 335     yindex = (int)(ylocal);
 336
 337     // printf("xindex = %d  yindex = %d\n", xindex, yindex);
 338
 339     if ( xindex + 1 == cols ) {
 340         xindex--;
 341     }
 342
 343     if ( yindex + 1 == rows ) {
 344         yindex--;
 345     }
 346
 347     if ( (xindex < 0) || (xindex + 1 >= cols) ||
 348          (yindex < 0) || (yindex + 1 >= rows) ) {
 349         cout << "WARNING: Attempt to interpolate value outside of array!!!"
 350              << endl;
 351         return(-9999);
 352     }
 353
 354     dx = xlocal - xindex;
 355     dy = ylocal - yindex;
 356
 357     if ( dx > dy ) {
 358         // lower triangle
 359         // printf("  Lower triangle\n");
 360
 361         x1 = xindex;
 362         y1 = yindex;
 363         z1 = in_data[x1][y1];
 364
 365         x2 = xindex + 1;
 366         y2 = yindex;
 367         z2 = in_data[x2][y2];
 368
 369         x3 = xindex + 1;
 370         y3 = yindex + 1;
 371         z3 = in_data[x3][y3];
 372
 373         // printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 374         // printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 375         // printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 376         // printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3);
 377
 378         zA = dx * (z2 - z1) + z1;
 379         zB = dx * (z3 - z1) + z1;
 380
 381         // printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB);
 382
 383         if ( dx > FG_EPSILON ) {
 384             elev = dy * (zB - zA) / dx + zA;
 385         } else {
 386             elev = zA;
 387         }
 388     } else {
 389         // upper triangle
 390         // printf("  Upper triangle\n");
 391
 392         x1 = xindex;
 393         y1 = yindex;
 394         z1 = in_data[x1][y1];
 395
 396         x2 = xindex;
 397         y2 = yindex + 1;
 398         z2 = in_data[x2][y2];
 399
 400         x3 = xindex + 1;
 401         y3 = yindex + 1;
 402         z3 = in_data[x3][y3];
 403
 404         // printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 405         // printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 406         // printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 407         // printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3);
 408
 409         zA = dy * (z2 - z1) + z1;
 410         zB = dy * (z3 - z1) + z1;
 411
 412         // printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB );
 413         // printf("  xB - xA = %.2f\n", col_step * dy / row_step);
 414
 415         if ( dy > FG_EPSILON ) {
 416             elev = dx * (zB - zA) / dy    + zA;
 417         } else {
 418             elev = zA;
 419         }
 420     }
 421
 422     return(elev);
 423 }
 424
 425
 426 #if 0
 427 // Write out a node file that can be used by the "triangle" program.
 428 // Check for an optional "index.node.ex" file in case there is a .poly
 429 // file to go along with this node file.  Include these nodes first
 430 // since they are referenced by position from the .poly file.
 431 void FGArray::outputmesh_output_nodes( const string& fg_root, FGBucket& p )
 432 {
 433     double exnodes[MAX_EX_NODES][3];
 434     struct stat stat_buf;
 435     string dir;
 436     char file[256], exfile[256];
 437 #ifdef WIN32
 438     char tmp_path[256];
 439 #endif
 440     string command;
 441     FILE *fd;
 442     long int index;
 443     int colmin, colmax, rowmin, rowmax;
 444     int i, j, count, excount, result;
 445
 446     // determine dimensions
 447     colmin = p.get_x() * ( (cols - 1) / 8);
 448     colmax = colmin + ( (cols - 1) / 8);
 449     rowmin = p.get_y() * ( (rows - 1) / 8);
 450     rowmax = rowmin + ( (rows - 1) / 8);
 451     cout << "  dumping region = " << colmin << "," << rowmin << " to " <<
 452         colmax << "," << rowmax << "\n";
 453
 454     // generate the base directory
 455     string base_path = p.gen_base_path();
 456     cout << "  fg_root = " << fg_root << "  Base Path = " << base_path << endl;
 457     dir = fg_root + "/Scenery/" + base_path;
 458     cout << "  Dir = " << dir << endl;
 459
 460     // stat() directory and create if needed
 461     errno = 0;
 462     result = stat(dir.c_str(), &stat_buf);
 463     if ( result != 0 && errno == ENOENT ) {
 464         cout << "  Creating directory\n";
 465
 466         command = "mkdir -p " + dir + "\n";
 467         system( command.c_str() );
 468     } else {
 469         // assume directory exists
 470     }
 471
 472     // get index and generate output file name
 473     index = p.gen_index();
 474     sprintf(file, "%s/%ld.node", dir.c_str(), index);
 475
 476     // get (optional) extra node file name (in case there is matching
 477     // .poly file.
 478     strcpy(exfile, file);
 479     strcat(exfile, ".ex");
 480
 481     // load extra nodes if they exist
 482     excount = 0;
 483     if ( (fd = fopen(exfile, "r")) != NULL ) {
 484         int junki;
 485         fscanf(fd, "%d %d %d %d", &excount, &junki, &junki, &junki);
 486
 487         if ( excount > MAX_EX_NODES - 1 ) {
 488             printf("Error, too many 'extra' nodes, increase array size\n");
 489             exit(-1);
 490         } else {
 491             printf("    Expecting %d 'extra' nodes\n", excount);
 492         }
 493
 494         for ( i = 1; i <= excount; i++ ) {
 495             fscanf(fd, "%d %lf %lf %lf\n", &junki,
 496                    &exnodes[i][0], &exnodes[i][1], &exnodes[i][2]);
 497             printf("(extra) %d %.2f %.2f %.2f\n",
 498                     i, exnodes[i][0], exnodes[i][1], exnodes[i][2]);
 499         }
 500         fclose(fd);
 501     }
 502
 503     printf("Creating node file:  %s\n", file);
 504     fd = fopen(file, "w");
 505
 506     // first count regular nodes to generate header
 507     count = 0;
 508     for ( j = rowmin; j <= rowmax; j++ ) {
 509         for ( i = colmin; i <= colmax; i++ ) {
 510             if ( out_data[i][j] > -9000.0 ) {
 511                 count++;
 512             }
 513         }
 514         // printf("    count = %d\n", count);
 515     }
 516     fprintf(fd, "%d 2 1 0\n", count + excount);
 517
 518     // now write out extra node data
 519     for ( i = 1; i <= excount; i++ ) {
 520         fprintf(fd, "%d %.2f %.2f %.2f\n",
 521                 i, exnodes[i][0], exnodes[i][1], exnodes[i][2]);
 522     }
 523
 524     // write out actual node data
 525     count = excount + 1;
 526     for ( j = rowmin; j <= rowmax; j++ ) {
 527         for ( i = colmin; i <= colmax; i++ ) {
 528             if ( out_data[i][j] > -9000.0 ) {
 529                 fprintf(fd, "%d %.2f %.2f %.2f\n",
 530                         count++,
 531                         originx + (double)i * col_step,
 532                         originy + (double)j * row_step,
 533                         out_data[i][j]);
 534             }
 535         }
 536         // printf("    count = %d\n", count);
 537     }
 538
 539     fclose(fd);
 540 }
 541 #endif
 542
 543
 544 FGArray::~FGArray( void ) {
 545     // printf("class FGArray DEstructor called.\n");
 546     delete [] in_data;
 547     delete [] out_data;
 548 }
 549
 550
 551 // $Log$
 552 // Revision 1.3  1999/03/17 23:48:17  curt
 553 // Removed forced -g compile flag.
 554 // Fixed a couple compiler warnings.
 555 //
 556 // Revision 1.2  1999/03/13 23:50:26  curt
 557 // Tweaked output formatting a bit.
 558 //
 559 // Revision 1.1  1999/03/13 18:45:02  curt
 560 // Initial revision. (derived from libDEM.a code.)
 561 //