src/AIModel/AIBase.cxx

   1 // FGAIBase - abstract base class for AI objects
   2 // Written by David Culp, started Nov 2003, based on
   3 // David Luff's FGAIEntity class.
   4 // - davidculp2@comcast.net
   5 //
   6 // With additions by Mathias Froehlich & Vivian Meazza 2004 -2007
   7 //
   8 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   9 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11 // License, or (at your option) any later version.
  12 //
  13 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16 // General Public License for more details.
  17 //
  18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  19 // along with this program; if not, write to the Free Software
  20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  21
  22
  23 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  24 #  include <config.h>
  25 #endif
  26
  27 #include <simgear/compiler.h>
  28
  29 #include STL_STRING
  30
  31 #include <osg/ref_ptr>
  32 #include <osg/Node>
  33
  34 #include <simgear/math/point3d.hxx>
  35 #include <simgear/math/polar3d.hxx>
  36 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  37 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
  38 #include <simgear/scene/model/location.hxx>
  39 #include <simgear/scene/model/model.hxx>
  40 #include <simgear/scene/util/SGNodeMasks.hxx>
  41 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  42 #include <simgear/props/props.hxx>
  43
  44 #include <Main/globals.hxx>
  45 #include <Scenery/scenery.hxx>
  46 #include <Scripting/NasalSys.hxx>
  47
  48
  49 #include "AIBase.hxx"
  50 #include "AIManager.hxx"
  51
  52
  53 const double FGAIBase::e = 2.71828183;
  54 const double FGAIBase::lbs_to_slugs = 0.031080950172;   //conversion factor
  55
  56
  57 FGAIBase::FGAIBase(object_type ot) :
  58     props( NULL ),
  59     model_removed( fgGetNode("/ai/models/model-removed", true) ),
  60     manager( NULL ),
  61     fp( NULL ),
  62     _refID( _newAIModelID() ),
  63     _otype(ot)
  64 {
  65     tgt_heading = hdg = tgt_altitude_ft = tgt_speed = 0.0;
  66     tgt_roll = roll = tgt_pitch = tgt_yaw = tgt_vs = vs = pitch = 0.0;
  67     bearing = elevation = range = rdot = 0.0;
  68     x_shift = y_shift = rotation = 0.0;
  69     in_range = false;
  70     invisible = true;
  71     no_roll = true;
  72     life = 900;
  73     delete_me = false;
  74 }
  75
  76 FGAIBase::~FGAIBase() {
  77     // Unregister that one at the scenery manager
  78     if (globals->get_scenery()) {
  79         globals->get_scenery()->get_scene_graph()->removeChild(aip.getSceneGraph());
  80     }
  81
  82     if (props) {
  83         SGPropertyNode* parent = props->getParent();
  84
  85         if (parent)
  86             model_removed->setStringValue(props->getPath());
  87     }
  88     delete fp;
  89     fp = 0;
  90 }
  91
  92 void FGAIBase::readFromScenario(SGPropertyNode* scFileNode)
  93 {
  94     if (!scFileNode)
  95         return;
  96
  97     setPath(scFileNode->getStringValue("model", "Models/Geometry/glider.ac"));
  98
  99     setHeading(scFileNode->getDoubleValue("heading", 0.0));
 100     setSpeed(scFileNode->getDoubleValue("speed", 0.0));
 101     setAltitude(scFileNode->getDoubleValue("altitude", 0.0));
 102     setLongitude(scFileNode->getDoubleValue("longitude", 0.0));
 103     setLatitude(scFileNode->getDoubleValue("latitude", 0.0));
 104     setBank(scFileNode->getDoubleValue("roll", 0.0));
 105
 106     SGPropertyNode* submodels = scFileNode->getChild("submodels");
 107
 108     if (submodels) {
 109         setServiceable(submodels->getBoolValue("serviceable", false));
 110         setSMPath(submodels->getStringValue("path", ""));
 111     }
 112
 113 }
 114
 115 void FGAIBase::update(double dt) {
 116
 117     if (_otype == otStatic)
 118         return;
 119
 120     if (_otype == otBallistic)
 121         CalculateMach();
 122
 123     ft_per_deg_lat = 366468.96 - 3717.12 * cos(pos.getLatitudeRad());
 124     ft_per_deg_lon = 365228.16 * cos(pos.getLatitudeRad());
 125 }
 126
 127 void FGAIBase::Transform() {
 128
 129     if (!invisible) {
 130       aip.setPosition(pos);
 131
 132         if (no_roll)
 133          aip.setOrientation(0.0, pitch, hdg);
 134         else
 135          aip.setOrientation(roll, pitch, hdg);
 136
 137       aip.update();
 138     }
 139
 140 }
 141
 142 bool FGAIBase::init(bool search_in_AI_path) {
 143
 144     if (!model_path.empty()) {
 145
 146      if ( (search_in_AI_path)
 147           &&(model_path.substr(model_path.size() - 4, 4) == ".xml")) {
 148        SGPath ai_path("AI");
 149        ai_path.append(model_path);
 150        try {
 151          model = load3DModel( globals->get_fg_root(), ai_path.str(), props,
 152                         globals->get_sim_time_sec() );
 153        } catch (const sg_exception &e) {
 154          model = NULL;
 155        }
 156      } else
 157         model = NULL;
 158
 159      if (!model) {
 160        try {
 161          model = load3DModel( globals->get_fg_root(), model_path, props,
 162                         globals->get_sim_time_sec() );
 163        } catch (const sg_exception &e) {
 164          model = NULL;
 165        }
 166      }
 167
 168    }
 169
 170    if (model.get()) {
 171      aip.init( model.get() );
 172      aip.setVisible(true);
 173      invisible = false;
 174      globals->get_scenery()->get_scene_graph()->addChild(aip.getSceneGraph());
 175
 176      fgSetString("/ai/models/model-added", props->getPath());
 177    } else {
 178
 179         if (!model_path.empty())
 180        SG_LOG(SG_INPUT, SG_WARN, "AIBase: Could not load model " << model_path);
 181
 182    }
 183
 184     props->setStringValue("submodels/path", _path.c_str());
 185    setDie(false);
 186    return true;
 187 }
 188
 189
 190 osg::Node* FGAIBase::load3DModel(const string& fg_root,
 191                       const string &path,
 192                       SGPropertyNode *prop_root,
 193                       double sim_time_sec)
 194 {
 195   model = sgLoad3DModel(fg_root, path, prop_root, sim_time_sec, 0,
 196                         new FGNasalModelData(prop_root));
 197   model->setNodeMask(model->getNodeMask() & ~SG_NODEMASK_TERRAIN_BIT);
 198   return model.get();
 199 }
 200
 201 bool FGAIBase::isa( object_type otype ) {
 202
 203   if ( otype == _otype )
 204     return true;
 205   else
 206     return false;
 207 }
 208
 209
 210 void FGAIBase::bind() {
 211    props->tie("id", SGRawValueMethods<FGAIBase,int>(*this,
 212                                          &FGAIBase::getID));
 213    props->tie("velocities/true-airspeed-kt",  SGRawValuePointer<double>(&speed));
 214    props->tie("velocities/vertical-speed-fps",
 215                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 216                                          &FGAIBase::_getVS_fps,
 217                                          &FGAIBase::_setVS_fps));
 218
 219    props->tie("position/altitude-ft",
 220                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 221                                          &FGAIBase::_getAltitude,
 222                                          &FGAIBase::_setAltitude));
 223    props->tie("position/latitude-deg",
 224                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 225                                          &FGAIBase::_getLatitude,
 226                                          &FGAIBase::_setLatitude));
 227    props->tie("position/longitude-deg",
 228                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 229                                          &FGAIBase::_getLongitude,
 230                                          &FGAIBase::_setLongitude));
 231
 232    props->tie("position/global-x",
 233                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 234                                          &FGAIBase::_getCartPosX,
 235                                          0));
 236    props->tie("position/global-y",
 237                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 238                                          &FGAIBase::_getCartPosY,
 239                                          0));
 240    props->tie("position/global-z",
 241                SGRawValueMethods<FGAIBase,double>(*this,
 242                                          &FGAIBase::_getCartPosZ,
 243                                          0));
 244
 245    props->tie("orientation/pitch-deg",   SGRawValuePointer<double>(&pitch));
 246    props->tie("orientation/roll-deg",    SGRawValuePointer<double>(&roll));
 247    props->tie("orientation/true-heading-deg", SGRawValuePointer<double>(&hdg));
 248
 249    props->tie("radar/in-range", SGRawValuePointer<bool>(&in_range));
 250    props->tie("radar/bearing-deg",   SGRawValuePointer<double>(&bearing));
 251    props->tie("radar/elevation-deg", SGRawValuePointer<double>(&elevation));
 252    props->tie("radar/range-nm", SGRawValuePointer<double>(&range));
 253    props->tie("radar/h-offset", SGRawValuePointer<double>(&horiz_offset));
 254    props->tie("radar/v-offset", SGRawValuePointer<double>(&vert_offset));
 255    props->tie("radar/x-shift", SGRawValuePointer<double>(&x_shift));
 256    props->tie("radar/y-shift", SGRawValuePointer<double>(&y_shift));
 257    props->tie("radar/rotation", SGRawValuePointer<double>(&rotation));
 258    props->tie("radar/ht-diff-ft", SGRawValuePointer<double>(&ht_diff));
 259
 260    props->tie("controls/lighting/nav-lights",
 261                SGRawValueFunctions<bool>(_isNight));
 262    props->setBoolValue("controls/lighting/beacon", true);
 263    props->setBoolValue("controls/lighting/strobe", true);
 264    props->setBoolValue("controls/glide-path", true);
 265
 266    props->setStringValue("controls/flight/lateral-mode", "roll");
 267    props->setDoubleValue("controls/flight/target-hdg", hdg);
 268    props->setDoubleValue("controls/flight/target-roll", roll);
 269
 270    props->setStringValue("controls/flight/longitude-mode", "alt");
 271    props->setDoubleValue("controls/flight/target-alt", altitude_ft);
 272    props->setDoubleValue("controls/flight/target-pitch", pitch);
 273
 274    props->setDoubleValue("controls/flight/target-spd", speed);
 275
 276 }
 277
 278 void FGAIBase::unbind() {
 279     props->untie("id");
 280     props->untie("velocities/true-airspeed-kt");
 281     props->untie("velocities/vertical-speed-fps");
 282
 283     props->untie("position/altitude-ft");
 284     props->untie("position/latitude-deg");
 285     props->untie("position/longitude-deg");
 286     props->untie("position/global-x");
 287     props->untie("position/global-y");
 288     props->untie("position/global-z");
 289
 290     props->untie("orientation/pitch-deg");
 291     props->untie("orientation/roll-deg");
 292     props->untie("orientation/true-heading-deg");
 293
 294     props->untie("radar/in-range");
 295     props->untie("radar/bearing-deg");
 296     props->untie("radar/elevation-deg");
 297     props->untie("radar/range-nm");
 298     props->untie("radar/h-offset");
 299     props->untie("radar/v-offset");
 300     props->untie("radar/x-shift");
 301     props->untie("radar/y-shift");
 302     props->untie("radar/rotation");
 303     props->untie("radar/ht-diff-ft");
 304
 305     props->untie("controls/lighting/nav-lights");
 306 }
 307
 308 double FGAIBase::UpdateRadar(FGAIManager* manager) {
 309    bool force_on = fgGetBool("/instrumentation/radar/debug-mode", false);
 310    double radar_range_nm = fgGetDouble("/instrumentation/radar/range");
 311    double radar_range_ft2 = radar_range_nm;
 312    radar_range_ft2 *= SG_NM_TO_METER * SG_METER_TO_FEET * 1.1; // + 10%
 313    radar_range_ft2 *= radar_range_ft2;
 314
 315    double user_latitude  = manager->get_user_latitude();
 316    double user_longitude = manager->get_user_longitude();
 317    double lat_range = fabs(pos.getLatitudeDeg() - user_latitude) * ft_per_deg_lat;
 318    double lon_range = fabs(pos.getLongitudeDeg() - user_longitude) * ft_per_deg_lon;
 319    double range_ft2 = lat_range*lat_range + lon_range*lon_range;
 320
 321    //
 322    // Test whether the target is within radar range.
 323    //
 324    in_range = (range_ft2 && (range_ft2 <= radar_range_ft2));
 325
 326    if ( in_range || force_on ) {
 327      props->setBoolValue("radar/in-range", true);
 328
 329      // copy values from the AIManager
 330      double user_altitude  = manager->get_user_altitude();
 331      double user_heading   = manager->get_user_heading();
 332      double user_pitch     = manager->get_user_pitch();
 333      //double user_yaw       = manager->get_user_yaw();
 334      //double user_speed     = manager->get_user_speed();
 335
 336      // calculate range to target in feet and nautical miles
 337      double range_ft = sqrt( range_ft2 );
 338      range = range_ft / 6076.11549;
 339
 340      // calculate bearing to target
 341      if (pos.getLatitudeDeg() >= user_latitude) {
 342         bearing = atan2(lat_range, lon_range) * SG_RADIANS_TO_DEGREES;
 343         if (pos.getLongitudeDeg() >= user_longitude) {
 344            bearing = 90.0 - bearing;
 345         } else {
 346            bearing = 270.0 + bearing;
 347         }
 348      } else {
 349         bearing = atan2(lon_range, lat_range) * SG_RADIANS_TO_DEGREES;
 350         if (pos.getLongitudeDeg() >= user_longitude) {
 351            bearing = 180.0 - bearing;
 352         } else {
 353            bearing = 180.0 + bearing;
 354         }
 355      }
 356
 357      // This is an alternate way to compute bearing and distance which
 358      // agrees with the original scheme within about 0.1 degrees.
 359      //
 360      // Point3D start( user_longitude * SGD_DEGREES_TO_RADIANS,
 361      //                user_latitude * SGD_DEGREES_TO_RADIANS, 0 );
 362      // Point3D dest( pos.getLongitudeRad(), pos.getLatitudeRad(), 0 );
 363      // double gc_bearing, gc_range;
 364      // calc_gc_course_dist( start, dest, &gc_bearing, &gc_range );
 365      // gc_range *= SG_METER_TO_NM;
 366      // gc_bearing *= SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 367      // printf("orig b = %.3f %.2f  gc b= %.3f, %.2f\n",
 368      //        bearing, range, gc_bearing, gc_range);
 369
 370      // calculate look left/right to target, without yaw correction
 371      horiz_offset = bearing - user_heading;
 372      if (horiz_offset > 180.0) horiz_offset -= 360.0;
 373      if (horiz_offset < -180.0) horiz_offset += 360.0;
 374
 375      // calculate elevation to target
 376      elevation = atan2( altitude_ft - user_altitude, range_ft ) * SG_RADIANS_TO_DEGREES;
 377
 378      // calculate look up/down to target
 379      vert_offset = elevation - user_pitch;
 380
 381      /* this calculation needs to be fixed, but it isn't important anyway
 382      // calculate range rate
 383      double recip_bearing = bearing + 180.0;
 384      if (recip_bearing > 360.0) recip_bearing -= 360.0;
 385      double my_horiz_offset = recip_bearing - hdg;
 386      if (my_horiz_offset > 180.0) my_horiz_offset -= 360.0;
 387      if (my_horiz_offset < -180.0) my_horiz_offset += 360.0;
 388      rdot = (-user_speed * cos( horiz_offset * SG_DEGREES_TO_RADIANS ))
 389              +(-speed * 1.686 * cos( my_horiz_offset * SG_DEGREES_TO_RADIANS ));
 390 */
 391
 392      // now correct look left/right for yaw
 393      // horiz_offset += user_yaw; // FIXME: WHY WOULD WE WANT TO ADD IN SIDE-SLIP HERE?
 394
 395      // calculate values for radar display
 396      y_shift = (range * cos( horiz_offset * SG_DEGREES_TO_RADIANS)) / radar_range_nm;
 397      x_shift = (range * sin( horiz_offset * SG_DEGREES_TO_RADIANS)) / radar_range_nm;
 398      rotation = hdg - user_heading;
 399      if (rotation < 0.0) rotation += 360.0;
 400      ht_diff = altitude_ft - user_altitude;
 401
 402    }
 403
 404    return range_ft2;
 405 }
 406
 407 /*
 408 * Getters and Setters
 409 */
 410
 411 SGVec3d FGAIBase::getCartPosAt(const SGVec3d& _off) const {
 412     // Transform that one to the horizontal local coordinate system.
 413   SGQuatd hlTrans = SGQuatd::fromLonLat(pos);
 414
 415   // and postrotate the orientation of the AIModel wrt the horizontal
 416   // local frame
 417   hlTrans *= SGQuatd::fromYawPitchRollDeg(hdg, pitch, roll);
 418
 419   // The offset converted to the usual body fixed coordinate system
 420   // rotated to the earth fiexed coordinates axis
 421   SGVec3d off = hlTrans.backTransform(_off);
 422
 423   // Add the position offset of the AIModel to gain the earth centered position
 424   SGVec3d cartPos = SGVec3d::fromGeod(pos);
 425
 426   return cartPos + off;
 427 }
 428
 429 SGVec3d FGAIBase::getCartPos() const {
 430   // Transform that one to the horizontal local coordinate system.
 431   SGQuatd hlTrans = SGQuatd::fromLonLat(pos);
 432
 433   // and postrotate the orientation of the AIModel wrt the horizontal
 434   // local frame
 435   hlTrans *= SGQuatd::fromYawPitchRollDeg(hdg, pitch, roll);
 436
 437   SGVec3d cartPos = SGVec3d::fromGeod(pos);
 438
 439   return cartPos;
 440 }
 441
 442 double FGAIBase::_getCartPosX() const {
 443     SGVec3d cartPos = getCartPos();
 444     return cartPos.x();
 445 }
 446
 447 double FGAIBase::_getCartPosY() const {
 448     SGVec3d cartPos = getCartPos();
 449     return cartPos.y();
 450 }
 451
 452 double FGAIBase::_getCartPosZ() const {
 453     SGVec3d cartPos = getCartPos();
 454     return cartPos.z();
 455 }
 456
 457 void FGAIBase::_setLongitude( double longitude ) {
 458     pos.setLongitudeDeg(longitude);
 459 }
 460
 461 void FGAIBase::_setLatitude ( double latitude )  {
 462     pos.setLatitudeDeg(latitude);
 463 }
 464
 465 double FGAIBase::_getLongitude() const {
 466     return pos.getLongitudeDeg();
 467 }
 468
 469 double FGAIBase::_getLatitude () const {
 470     return pos.getLatitudeDeg();
 471 }
 472
 473 double FGAIBase::_getRdot() const {
 474     return rdot;
 475 }
 476
 477 double FGAIBase::_getVS_fps() const {
 478     return vs*60.0;
 479 }
 480
 481 double FGAIBase::_get_speed_east_fps() const {
 482     return speed_east_deg_sec * ft_per_deg_lon;
 483 }
 484
 485 double FGAIBase::_get_speed_north_fps() const {
 486     return speed_north_deg_sec * ft_per_deg_lat;
 487 }
 488
 489 void FGAIBase::_setVS_fps( double _vs ) {
 490     vs = _vs/60.0;
 491 }
 492
 493 double FGAIBase::_getAltitude() const {
 494     return altitude_ft;
 495 }
 496
 497 bool FGAIBase::_getServiceable() const {
 498     return serviceable;
 499 }
 500
 501 SGPropertyNode* FGAIBase::_getProps() const {
 502     return props;
 503 }
 504
 505 void FGAIBase::_setAltitude( double _alt ) {
 506     setAltitude( _alt );
 507 }
 508
 509 bool FGAIBase::_isNight() {
 510     return (fgGetFloat("/sim/time/sun-angle-rad") > 1.57);
 511 }
 512
 513 int FGAIBase::getID() const {
 514     return  _refID;
 515 }
 516
 517 double FGAIBase::_getSpeed() const {
 518     return speed;
 519 }
 520
 521 double FGAIBase::_getRoll() const {
 522     return roll;
 523 }
 524
 525 double FGAIBase::_getPitch() const {
 526     return pitch;
 527 }
 528
 529 double FGAIBase::_getHeading() const {
 530     return hdg;
 531 }
 532
 533 const char* FGAIBase::_getPath() {
 534     return _path.c_str();
 535 }
 536
 537 void FGAIBase::CalculateMach() {
 538     // Calculate rho at altitude, using standard atmosphere
 539     // For the temperature T and the pressure p,
 540     double altitude = altitude_ft;
 541
 542     if (altitude < 36152) {             // curve fits for the troposphere
 543       T = 59 - 0.00356 * altitude;
 544       p = 2116 * pow( ((T + 459.7) / 518.6) , 5.256);
 545     } else if ( 36152 < altitude && altitude < 82345 ) {    // lower stratosphere
 546       T = -70;
 547       p = 473.1 * pow( e , 1.73 - (0.000048 * altitude) );
 548     } else {                                    //  upper stratosphere
 549       T = -205.05 + (0.00164 * altitude);
 550       p = 51.97 * pow( ((T + 459.7) / 389.98) , -11.388);
 551     }
 552
 553     rho = p / (1718 * (T + 459.7));
 554
 555     // calculate the speed of sound at altitude
 556     // a = sqrt ( g * R * (T + 459.7))
 557     // where:
 558     // a = speed of sound [ft/s]
 559     // g = specific heat ratio, which is usually equal to 1.4
 560     // R = specific gas constant, which equals 1716 ft-lb/slug/°R
 561     a = sqrt ( 1.4 * 1716 * (T + 459.7));
 562
 563     // calculate Mach number
 564     Mach = speed/a;
 565
 566 //    cout  << "Speed(ft/s) "<< speed <<" Altitude(ft) "<< altitude << " Mach " << Mach << endl;
 567 }
 568
 569 int FGAIBase::_newAIModelID() {
 570     static int id = 0;
 571
 572    if (!++id)
 573       id++;     // id = 0 is not allowed.
 574
 575    return id;
 576 }
 577