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     int i;
 114
 115     // cur_col = 0;
 116
 117     *in >> originx >> originy;
 118     *in >> cols >> col_step;
 119     *in >> rows >> row_step;
 120
 121     cout << "    origin  = " << originx << "  " << originy << endl;
 122     cout << "    cols = " << cols << "  rows = " << rows << endl;
 123     cout << "    col_step = " << col_step << "  row_step = " << row_step <<endl;
 124
 125     for ( int i = 0; i < cols; i++ ) {
 126         for ( int j = 0; j < rows; j++ ) {
 127             *in >> in_data[i][j];
 128         }
 129     }
 130
 131     cout << "    Done parsing\n";
 132
 133     return 1;
 134 }
 135
 136
 137 // Initialize output mesh structure
 138 void FGArray::outputmesh_init( void ) {
 139     int i, j;
 140
 141     for ( j = 0; j < ARRAY_SIZE_1; j++ ) {
 142         for ( i = 0; i < ARRAY_SIZE_1; i++ ) {
 143             out_data[i][j] = -9999.0;
 144         }
 145     }
 146 }
 147
 148
 149 // Get the value of a mesh node
 150 double FGArray::outputmesh_get_pt( int i, int j ) {
 151     return ( out_data[i][j] );
 152 }
 153
 154
 155 // Set the value of a mesh node
 156 void FGArray::outputmesh_set_pt( int i, int j, double value ) {
 157     // cout << "Setting data[" << i << "][" << j << "] = " << value << endl;
 158    out_data[i][j] = value;
 159 }
 160
 161
 162 // Use least squares to fit a simpler data set to dem data
 163 void FGArray::fit( FGBucket& p, double error ) {
 164     double x[ARRAY_SIZE_1], y[ARRAY_SIZE_1];
 165     double m, b, max_error, error_sq;
 166     double x1, y1;
 167     // double ave_error;
 168     double cury, lasty;
 169     int n, row, start, end;
 170     int colmin, colmax, rowmin, rowmax;
 171     bool good_fit;
 172     // FILE *dem, *fit, *fit1;
 173
 174     error_sq = error * error;
 175
 176     cout << "Initializing output mesh structure" << endl;
 177     outputmesh_init();
 178
 179     // determine dimensions
 180     colmin = 0;
 181     colmax = cols;
 182     rowmin = 0;
 183     rowmax = rows;
 184     cout << "Fitting region = " << colmin << "," << rowmin << " to "
 185          << colmax << "," << rowmax << endl;;
 186
 187     // include the corners explicitly
 188     outputmesh_set_pt(colmin, rowmin, in_data[colmin][rowmin]);
 189     outputmesh_set_pt(colmin, rowmax, in_data[colmin][rowmax]);
 190     outputmesh_set_pt(colmax, rowmax, in_data[colmax][rowmax]);
 191     outputmesh_set_pt(colmax, rowmin, in_data[colmax][rowmin]);
 192
 193     cout << "Beginning best fit procedure" << endl;
 194
 195     for ( row = rowmin; row < rowmax; row++ ) {
 196         // fit  = fopen("fit.dat",  "w");
 197         // fit1 = fopen("fit1.dat", "w");
 198
 199         start = colmin;
 200
 201         // cout << "    fitting row = " << row << endl;
 202
 203         while ( start < colmax - 1 ) {
 204             end = start + 1;
 205             good_fit = true;
 206
 207             x[0] = start * col_step;
 208             y[0] = in_data[start][row];
 209
 210             x[1] = end * col_step;
 211             y[1] = in_data[end][row];
 212
 213             n = 2;
 214
 215             // cout << "Least square of first 2 points" << endl;
 216             least_squares(x, y, n, &m, &b);
 217
 218             end++;
 219
 220             while ( (end < colmax) && good_fit ) {
 221                 ++n;
 222                 // cout << "Least square of first " << n << " points" << endl;
 223                 x[n-1] = x1 = end * col_step;
 224                 y[n-1] = y1 = in_data[end][row];
 225                 least_squares_update(x1, y1, &m, &b);
 226                 // ave_error = least_squares_error(x, y, n, m, b);
 227                 max_error = least_squares_max_error(x, y, n, m, b);
 228
 229                 /*
 230                 printf("%d - %d  ave error = %.2f  max error = %.2f  y = %.2f*x + %.2f\n",
 231                 start, end, ave_error, max_error, m, b);
 232
 233                 f = fopen("gnuplot.dat", "w");
 234                 for ( j = 0; j <= end; j++) {
 235                     fprintf(f, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 236                             in_data[row][j]);
 237                 }
 238                 for ( j = start; j <= end; j++) {
 239                     fprintf(f, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 240                             in_data[row][j]);
 241                 }
 242                 fclose(f);
 243
 244                 printf("Please hit return: "); gets(junk);
 245                 */
 246
 247                 if ( max_error > error_sq ) {
 248                     good_fit = false;
 249                 }
 250
 251                 end++;
 252             }
 253
 254             if ( !good_fit ) {
 255                 // error exceeded the threshold, back up
 256                 end -= 2;  // back "end" up to the last good enough fit
 257                 n--;       // back "n" up appropriately too
 258             } else {
 259                 // we popped out of the above loop while still within
 260                 // the error threshold, so we must be at the end of
 261                 // the data set
 262                 end--;
 263             }
 264
 265             least_squares(x, y, n, &m, &b);
 266             // ave_error = least_squares_error(x, y, n, m, b);
 267             max_error = least_squares_max_error(x, y, n, m, b);
 268
 269             /*
 270             printf("\n");
 271             printf("%d - %d  ave error = %.2f  max error = %.2f  y = %.2f*x + %.2f\n",
 272                    start, end, ave_error, max_error, m, b);
 273             printf("\n");
 274
 275             fprintf(fit1, "%.2f %.2f\n", x[0], m * x[0] + b);
 276             fprintf(fit1, "%.2f %.2f\n", x[end-start], m * x[end-start] + b);
 277             */
 278
 279             if ( start > colmin ) {
 280                 // skip this for the first line segment
 281                 cury = m * x[0] + b;
 282                 outputmesh_set_pt(start, row, (lasty + cury) / 2);
 283                 // fprintf(fit, "%.2f %.2f\n", x[0], (lasty + cury) / 2);
 284             }
 285
 286             lasty = m * x[end-start] + b;
 287             start = end;
 288         }
 289
 290         /*
 291         fclose(fit);
 292         fclose(fit1);
 293
 294         dem = fopen("gnuplot.dat", "w");
 295         for ( j = 0; j < ARRAY_SIZE_1; j++) {
 296             fprintf(dem, "%.2f %.2f\n", 0.0 + ( j * col_step ),
 297                     in_data[j][row]);
 298         }
 299         fclose(dem);
 300         */
 301
 302         // NOTICE, this is for testing only.  This instance of
 303         // output_nodes should be removed.  It should be called only
 304         // once at the end once all the nodes have been generated.
 305         // newmesh_output_nodes(&nm, "mesh.node");
 306         // printf("Please hit return: "); gets(junk);
 307     }
 308
 309     // outputmesh_output_nodes(fg_root, p);
 310 }
 311
 312
 313 // return the current altitude based on grid data.  We should rewrite
 314 // this to interpolate exact values, but for now this is good enough
 315 double FGArray::interpolate_altitude( double lon, double lat ) {
 316     // we expect incoming (lon,lat) to be in arcsec for now
 317
 318     double xlocal, ylocal, dx, dy, zA, zB, elev;
 319     int x1, x2, x3, y1, y2, y3;
 320     float z1, z2, z3;
 321     int xindex, yindex;
 322
 323     /* determine if we are in the lower triangle or the upper triangle
 324        ______
 325        |   /|
 326        |  / |
 327        | /  |
 328        |/   |
 329        ------
 330
 331        then calculate our end points
 332      */
 333
 334     xlocal = (lon - originx) / col_step;
 335     ylocal = (lat - originy) / row_step;
 336
 337     xindex = (int)(xlocal);
 338     yindex = (int)(ylocal);
 339
 340     // printf("xindex = %d  yindex = %d\n", xindex, yindex);
 341
 342     if ( xindex + 1 == cols ) {
 343         xindex--;
 344     }
 345
 346     if ( yindex + 1 == rows ) {
 347         yindex--;
 348     }
 349
 350     if ( (xindex < 0) || (xindex + 1 >= cols) ||
 351          (yindex < 0) || (yindex + 1 >= rows) ) {
 352         cout << "WARNING: Attempt to interpolate value outside of array!!!"
 353              << endl;
 354         return(-9999);
 355     }
 356
 357     dx = xlocal - xindex;
 358     dy = ylocal - yindex;
 359
 360     if ( dx > dy ) {
 361         // lower triangle
 362         // printf("  Lower triangle\n");
 363
 364         x1 = xindex;
 365         y1 = yindex;
 366         z1 = in_data[x1][y1];
 367
 368         x2 = xindex + 1;
 369         y2 = yindex;
 370         z2 = in_data[x2][y2];
 371
 372         x3 = xindex + 1;
 373         y3 = yindex + 1;
 374         z3 = in_data[x3][y3];
 375
 376         // printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 377         // printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 378         // printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 379         // printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3);
 380
 381         zA = dx * (z2 - z1) + z1;
 382         zB = dx * (z3 - z1) + z1;
 383
 384         // printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB);
 385
 386         if ( dx > FG_EPSILON ) {
 387             elev = dy * (zB - zA) / dx + zA;
 388         } else {
 389             elev = zA;
 390         }
 391     } else {
 392         // upper triangle
 393         // printf("  Upper triangle\n");
 394
 395         x1 = xindex;
 396         y1 = yindex;
 397         z1 = in_data[x1][y1];
 398
 399         x2 = xindex;
 400         y2 = yindex + 1;
 401         z2 = in_data[x2][y2];
 402
 403         x3 = xindex + 1;
 404         y3 = yindex + 1;
 405         z3 = in_data[x3][y3];
 406
 407         // printf("  dx = %.2f  dy = %.2f\n", dx, dy);
 408         // printf("  (x1,y1,z1) = (%d,%d,%d)\n", x1, y1, z1);
 409         // printf("  (x2,y2,z2) = (%d,%d,%d)\n", x2, y2, z2);
 410         // printf("  (x3,y3,z3) = (%d,%d,%d)\n", x3, y3, z3);
 411
 412         zA = dy * (z2 - z1) + z1;
 413         zB = dy * (z3 - z1) + z1;
 414
 415         // printf("  zA = %.2f  zB = %.2f\n", zA, zB );
 416         // printf("  xB - xA = %.2f\n", col_step * dy / row_step);
 417
 418         if ( dy > FG_EPSILON ) {
 419             elev = dx * (zB - zA) / dy    + zA;
 420         } else {
 421             elev = zA;
 422         }
 423     }
 424
 425     return(elev);
 426 }
 427
 428
 429 #if 0
 430 // Write out a node file that can be used by the "triangle" program.
 431 // Check for an optional "index.node.ex" file in case there is a .poly
 432 // file to go along with this node file.  Include these nodes first
 433 // since they are referenced by position from the .poly file.
 434 void FGArray::outputmesh_output_nodes( const string& fg_root, FGBucket& p )
 435 {
 436     double exnodes[MAX_EX_NODES][3];
 437     struct stat stat_buf;
 438     string dir;
 439     char file[256], exfile[256];
 440 #ifdef WIN32
 441     char tmp_path[256];
 442 #endif
 443     string command;
 444     FILE *fd;
 445     long int index;
 446     int colmin, colmax, rowmin, rowmax;
 447     int i, j, count, excount, result;
 448
 449     // determine dimensions
 450     colmin = p.get_x() * ( (cols - 1) / 8);
 451     colmax = colmin + ( (cols - 1) / 8);
 452     rowmin = p.get_y() * ( (rows - 1) / 8);
 453     rowmax = rowmin + ( (rows - 1) / 8);
 454     cout << "  dumping region = " << colmin << "," << rowmin << " to " <<
 455         colmax << "," << rowmax << "\n";
 456
 457     // generate the base directory
 458     string base_path = p.gen_base_path();
 459     cout << "fg_root = " << fg_root << "  Base Path = " << base_path << endl;
 460     dir = fg_root + "/Scenery/" + base_path;
 461     cout << "Dir = " << dir << endl;
 462
 463     // stat() directory and create if needed
 464     errno = 0;
 465     result = stat(dir.c_str(), &stat_buf);
 466     if ( result != 0 && errno == ENOENT ) {
 467         cout << "Creating directory\n";
 468
 469         command = "mkdir -p " + dir + "\n";
 470         system( command.c_str() );
 471     } else {
 472         // assume directory exists
 473     }
 474
 475     // get index and generate output file name
 476     index = p.gen_index();
 477     sprintf(file, "%s/%ld.node", dir.c_str(), index);
 478
 479     // get (optional) extra node file name (in case there is matching
 480     // .poly file.
 481     strcpy(exfile, file);
 482     strcat(exfile, ".ex");
 483
 484     // load extra nodes if they exist
 485     excount = 0;
 486     if ( (fd = fopen(exfile, "r")) != NULL ) {
 487         int junki;
 488         fscanf(fd, "%d %d %d %d", &excount, &junki, &junki, &junki);
 489
 490         if ( excount > MAX_EX_NODES - 1 ) {
 491             printf("Error, too many 'extra' nodes, increase array size\n");
 492             exit(-1);
 493         } else {
 494             printf("    Expecting %d 'extra' nodes\n", excount);
 495         }
 496
 497         for ( i = 1; i <= excount; i++ ) {
 498             fscanf(fd, "%d %lf %lf %lf\n", &junki,
 499                    &exnodes[i][0], &exnodes[i][1], &exnodes[i][2]);
 500             printf("(extra) %d %.2f %.2f %.2f\n",
 501                     i, exnodes[i][0], exnodes[i][1], exnodes[i][2]);
 502         }
 503         fclose(fd);
 504     }
 505
 506     printf("Creating node file:  %s\n", file);
 507     fd = fopen(file, "w");
 508
 509     // first count regular nodes to generate header
 510     count = 0;
 511     for ( j = rowmin; j <= rowmax; j++ ) {
 512         for ( i = colmin; i <= colmax; i++ ) {
 513             if ( out_data[i][j] > -9000.0 ) {
 514                 count++;
 515             }
 516         }
 517         // printf("    count = %d\n", count);
 518     }
 519     fprintf(fd, "%d 2 1 0\n", count + excount);
 520
 521     // now write out extra node data
 522     for ( i = 1; i <= excount; i++ ) {
 523         fprintf(fd, "%d %.2f %.2f %.2f\n",
 524                 i, exnodes[i][0], exnodes[i][1], exnodes[i][2]);
 525     }
 526
 527     // write out actual node data
 528     count = excount + 1;
 529     for ( j = rowmin; j <= rowmax; j++ ) {
 530         for ( i = colmin; i <= colmax; i++ ) {
 531             if ( out_data[i][j] > -9000.0 ) {
 532                 fprintf(fd, "%d %.2f %.2f %.2f\n",
 533                         count++,
 534                         originx + (double)i * col_step,
 535                         originy + (double)j * row_step,
 536                         out_data[i][j]);
 537             }
 538         }
 539         // printf("    count = %d\n", count);
 540     }
 541
 542     fclose(fd);
 543 }
 544 #endif
 545
 546
 547 FGArray::~FGArray( void ) {
 548     // printf("class FGArray DEstructor called.\n");
 549     delete [] in_data;
 550     delete [] out_data;
 551 }
 552
 553
 554 // $Log$
 555 // Revision 1.1  1999/03/13 18:45:02  curt
 556 // Initial revision. (derived from libDEM.a code.)
 557 //