src/Replay/replay.cxx

   1 // replay.cxx - a system to record and replay FlightGear flights
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started Juley 2003.
   4 //
   5 // Copyright (C) 2003  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
  23
  24 #include <simgear/constants.h>
  25
  26 #include <FDM/flight.hxx>
  27 #include <Main/fg_props.hxx>
  28 #include <Network/native_ctrls.hxx>
  29 #include <Network/native_fdm.hxx>
  30 #include <Network/net_ctrls.hxx>
  31 #include <Network/net_fdm.hxx>
  32
  33 #include "replay.hxx"
  34
  35 const double FGReplay::st_list_time = 60.0;   // 60 secs of high res data
  36 const double FGReplay::mt_list_time = 600.0;  // 10 mins of 1 fps data
  37 const double FGReplay::lt_list_time = 3600.0; // 1 hr of 10 spf data
  38
  39 // short term sample rate is as every frame
  40 const double FGReplay::mt_dt = 0.5; // medium term sample rate (sec)
  41 const double FGReplay::lt_dt = 5.0; // long term sample rate (sec)
  42
  43 /**
  44  * Constructor
  45  */
  46
  47 FGReplay::FGReplay() {
  48 }
  49
  50
  51 /**
  52  * Destructor
  53  */
  54
  55 FGReplay::~FGReplay() {
  56     // no dynamically allocated memory to free
  57 }
  58
  59
  60 /**
  61  * Initialize the data structures
  62  */
  63
  64 void FGReplay::init() {
  65     sim_time = 0.0;
  66     last_mt_time = 0.0;
  67     last_lt_time = 0.0;
  68
  69     // Make sure all queues are flushed
  70     while ( !short_term.empty() ) {
  71         short_term.pop_front();
  72     }
  73     while ( !medium_term.empty() ) {
  74         medium_term.pop_front();
  75     }
  76     while ( !medium_term.empty() ) {
  77         medium_term.pop_front();
  78     }
  79 }
  80
  81
  82 /**
  83  * Bind to the property tree
  84  */
  85
  86 void FGReplay::bind() {
  87     // nothing to bind
  88 }
  89
  90
  91 /**
  92  *  Unbind from the property tree
  93  */
  94
  95 void FGReplay::unbind() {
  96     // nothing to unbind
  97 }
  98
  99
 100 /**
 101  *  Update the saved data
 102  */
 103
 104 void FGReplay::update( double dt ) {
 105     static SGPropertyNode *replay_master = fgGetNode( "/sim/freeze/replay" );
 106
 107     if ( replay_master->getBoolValue() ) {
 108         // don't record the replay session
 109         return;
 110     }
 111
 112     sim_time += dt;
 113
 114     // build the replay record
 115     FGNetFDM f;
 116     FGProps2NetFDM( &f, false );
 117
 118     // sanity check, don't collect data if FDM data isn't good
 119     if ( !cur_fdm_state->get_inited() ) {
 120         return;
 121     }
 122
 123     FGNetCtrls c;
 124     FGProps2NetCtrls( &c, false, false );
 125
 126     FGReplayData r;
 127     r.sim_time = sim_time;
 128     r.ctrls = c;
 129     r.fdm = f;
 130
 131     // update the short term list
 132     short_term.push_back( r );
 133
 134     FGReplayData st_front = short_term.front();
 135     if ( sim_time - st_front.sim_time > st_list_time ) {
 136         while ( sim_time - st_front.sim_time > st_list_time ) {
 137             st_front = short_term.front();
 138             short_term.pop_front();
 139         }
 140
 141         // update the medium term list
 142         if ( sim_time - last_mt_time > mt_dt ) {
 143             last_mt_time = sim_time;
 144             medium_term.push_back( st_front );
 145
 146             FGReplayData mt_front = medium_term.front();
 147             if ( sim_time - mt_front.sim_time > mt_list_time ) {
 148                 while ( sim_time - mt_front.sim_time > mt_list_time ) {
 149                     mt_front = medium_term.front();
 150                     medium_term.pop_front();
 151                 }
 152
 153                 // update the long term list
 154                 if ( sim_time - last_lt_time > lt_dt ) {
 155                     last_lt_time = sim_time;
 156                     long_term.push_back( mt_front );
 157
 158                     FGReplayData lt_front = long_term.front();
 159                     if ( sim_time - lt_front.sim_time > lt_list_time ) {
 160                         while ( sim_time - lt_front.sim_time > lt_list_time ) {
 161                             lt_front = long_term.front();
 162                             long_term.pop_front();
 163                         }
 164                     }
 165                 }
 166             }
 167         }
 168     }
 169
 170 #if 0
 171     cout << "short term size = " << short_term.size()
 172          << "  time = " << sim_time - short_term.front().sim_time
 173          << endl;
 174     cout << "medium term size = " << medium_term.size()
 175          << "  time = " << sim_time - medium_term.front().sim_time
 176          << endl;
 177     cout << "long term size = " << long_term.size()
 178          << "  time = " << sim_time - long_term.front().sim_time
 179          << endl;
 180 #endif
 181 }
 182
 183
 184 static double weight( double data1, double data2, double ratio,
 185                       bool rotational = false ) {
 186     if ( rotational ) {
 187         // special handling of rotational data
 188         double tmp = data2 - data1;
 189         if ( tmp > SGD_PI ) {
 190             tmp -= SGD_2PI;
 191         } else if ( tmp < -SGD_PI ) {
 192             tmp += SGD_2PI;
 193         }
 194         return data1 + tmp * ratio;
 195     } else {
 196         // normal "linear" data
 197         return data1 + ( data2 - data1 ) * ratio;
 198     }
 199 }
 200
 201 /**
 202  * given two FGReplayData elements and a time, interpolate between them
 203  */
 204 static void update_fdm( FGReplayData frame ) {
 205     FGNetFDM2Props( &frame.fdm, false );
 206     FGNetCtrls2Props( &frame.ctrls, false, false );
 207 }
 208
 209 /**
 210  * given two FGReplayData elements and a time, interpolate between them
 211  */
 212 static FGReplayData interpolate( double time, FGReplayData f1, FGReplayData f2 )
 213 {
 214     FGReplayData result = f1;
 215
 216     FGNetFDM fdm1 = f1.fdm;
 217     FGNetFDM fdm2 = f2.fdm;
 218
 219     FGNetCtrls ctrls1 = f1.ctrls;
 220     FGNetCtrls ctrls2 = f2.ctrls;
 221
 222     double ratio = (time - f1.sim_time) / (f2.sim_time - f1.sim_time);
 223
 224     // Interpolate FDM data
 225
 226     // Positions
 227     result.fdm.longitude = weight( fdm1.longitude, fdm2.longitude, ratio );
 228     result.fdm.latitude = weight( fdm1.latitude, fdm2.latitude, ratio );
 229     result.fdm.altitude = weight( fdm1.altitude, fdm2.altitude, ratio );
 230     result.fdm.agl = weight( fdm1.agl, fdm2.agl, ratio );
 231     result.fdm.phi = weight( fdm1.phi, fdm2.phi, ratio, true );
 232     result.fdm.theta = weight( fdm1.theta, fdm2.theta, ratio, true );
 233     result.fdm.psi = weight( fdm1.psi, fdm2.psi, ratio, true );
 234
 235     // Velocities
 236     result.fdm.phidot = weight( fdm1.phidot, fdm2.phidot, ratio, true );
 237     result.fdm.thetadot = weight( fdm1.thetadot, fdm2.thetadot, ratio, true );
 238     result.fdm.psidot = weight( fdm1.psidot, fdm2.psidot, ratio, true );
 239     result.fdm.vcas = weight( fdm1.vcas, fdm2.vcas, ratio );
 240     result.fdm.climb_rate = weight( fdm1.climb_rate, fdm2.climb_rate, ratio );
 241     result.fdm.v_north = weight( fdm1.v_north, fdm2.v_north, ratio );
 242     result.fdm.v_east = weight( fdm1.v_east, fdm2.v_east, ratio );
 243     result.fdm.v_down = weight( fdm1.v_down, fdm2.v_down, ratio );
 244
 245     result.fdm.v_wind_body_north
 246         = weight( fdm1.v_wind_body_north, fdm2.v_wind_body_north, ratio );
 247     result.fdm.v_wind_body_east
 248         = weight( fdm1.v_wind_body_east, fdm2.v_wind_body_east, ratio );
 249     result.fdm.v_wind_body_down
 250         = weight( fdm1.v_wind_body_down, fdm2.v_wind_body_down, ratio );
 251
 252     // Stall
 253     result.fdm.stall_warning
 254         = weight( fdm1.stall_warning, fdm2.stall_warning, ratio );
 255
 256     // Accelerations
 257     result.fdm.A_X_pilot = weight( fdm1.A_X_pilot, fdm2.A_X_pilot, ratio );
 258     result.fdm.A_Y_pilot = weight( fdm1.A_Y_pilot, fdm2.A_Y_pilot, ratio );
 259     result.fdm.A_Z_pilot = weight( fdm1.A_Z_pilot, fdm2.A_Z_pilot, ratio );
 260
 261     int i;
 262
 263     // Engine status
 264     for ( i = 0; i < fdm1.num_engines; ++i ) {
 265         result.fdm.eng_state[i] = fdm1.eng_state[i];
 266         result.fdm.rpm[i] = weight( fdm1.rpm[i], fdm2.rpm[i], ratio );
 267         result.fdm.fuel_flow[i]
 268             = weight( fdm1.fuel_flow[i], fdm2.fuel_flow[i], ratio );
 269         result.fdm.EGT[i] = weight( fdm1.EGT[i], fdm2.EGT[i], ratio );
 270         result.fdm.oil_temp[i]
 271             = weight( fdm1.oil_temp[i], fdm2.oil_temp[i], ratio );
 272         result.fdm.oil_px[i] = weight( fdm1.oil_px[i], fdm2.oil_px[i], ratio );
 273     }
 274
 275     // Consumables
 276     for ( i = 0; i < fdm1.num_tanks; ++i ) {
 277         result.fdm.fuel_quantity[i]
 278             = weight( fdm1.fuel_quantity[i], fdm2.fuel_quantity[i], ratio );
 279     }
 280
 281     // Gear status
 282     for ( i = 0; i < fdm1.num_wheels; ++i ) {
 283         result.fdm.wow[i]
 284             = weight( fdm1.wow[i], fdm2.wow[i], ratio );
 285     }
 286
 287     // Environment
 288     result.fdm.cur_time = fdm1.cur_time;
 289     result.fdm.warp = fdm1.warp;
 290     result.fdm.visibility = weight( fdm1.visibility, fdm2.visibility, ratio );
 291
 292     // Control surface positions (normalized values)
 293     result.fdm.elevator = weight( fdm1.elevator, fdm2.elevator, ratio );
 294     result.fdm.flaps = weight( fdm1.flaps, fdm2.flaps, ratio );
 295     result.fdm.left_aileron
 296         = weight( fdm1.left_aileron, fdm2.left_aileron, ratio );
 297     result.fdm.right_aileron
 298         = weight( fdm1.right_aileron, fdm2.right_aileron, ratio );
 299     result.fdm.rudder = weight( fdm1.rudder, fdm2.rudder, ratio );
 300     result.fdm.speedbrake = weight( fdm1.speedbrake, fdm2.speedbrake, ratio );
 301     result.fdm.spoilers = weight( fdm1.spoilers, fdm2.spoilers, ratio );
 302
 303     // Interpolate Control input data
 304
 305     // Aero controls
 306     result.ctrls.aileron = weight( ctrls1.aileron, ctrls2.aileron, ratio );
 307     result.ctrls.elevator = weight( ctrls1.elevator, ctrls2.elevator, ratio );
 308     result.ctrls.elevator_trim
 309         = weight( ctrls1.elevator_trim, ctrls2.elevator_trim, ratio );
 310     result.ctrls.rudder = weight( ctrls1.rudder, ctrls2.rudder, ratio );
 311     result.ctrls.flaps = weight( ctrls1.flaps, ctrls2.flaps, ratio );
 312     result.ctrls.flaps_power
 313         = weight( ctrls1.flaps_power, ctrls2.flaps_power, ratio );
 314
 315     // Engine controls
 316     for ( i = 0; i < ctrls1.num_engines; ++i ) {
 317         result.ctrls.magnetos[i] = ctrls1.magnetos[i];
 318         result.ctrls.starter_power[i] = ctrls1.starter_power[i];
 319         result.ctrls.throttle[i]
 320             = weight( ctrls1.throttle[i], ctrls2.throttle[i], ratio );
 321         result.ctrls.mixture[i]
 322             = weight( ctrls1.mixture[i], ctrls2.mixture[i], ratio );
 323         result.ctrls.fuel_pump_power[i] = ctrls1.fuel_pump_power[i];
 324         result.ctrls.prop_advance[i]
 325             = weight( ctrls1.prop_advance[i], ctrls2.prop_advance[i], ratio );
 326     }
 327
 328     // Fuel management
 329     for ( i = 0; i < ctrls1.num_tanks; ++i ) {
 330         result.ctrls.fuel_selector[i] = ctrls1.fuel_selector[i];
 331     }
 332
 333     // Brake controls
 334     for ( i = 0; i < ctrls1.num_wheels; ++i ) {
 335         result.ctrls.brake[i]
 336             = weight( ctrls1.brake[i], ctrls2.brake[i], ratio );
 337     }
 338
 339     // Landing Gear
 340     result.ctrls.gear_handle = ctrls1.gear_handle;
 341
 342     // Switches
 343     result.ctrls.master_bat = ctrls1.master_bat;
 344     result.ctrls.master_alt = ctrls1.master_alt;
 345     result.ctrls.turbulence_norm = ctrls1.turbulence_norm;
 346
 347     // wind and turbulance
 348     result.ctrls.wind_speed_kt
 349         = weight( ctrls1.wind_speed_kt, ctrls2.wind_speed_kt, ratio );
 350     result.ctrls.wind_dir_deg
 351         = weight( ctrls1.wind_dir_deg, ctrls2.wind_dir_deg, ratio );
 352     result.ctrls.turbulence_norm
 353         = weight( ctrls1.turbulence_norm, ctrls2.turbulence_norm, ratio );
 354
 355     // other information about environment
 356     result.ctrls.hground = weight( ctrls1.hground, ctrls2.hground, ratio );
 357     result.ctrls.magvar = weight( ctrls1.magvar, ctrls2.magvar, ratio );
 358
 359     // simulation control
 360     result.ctrls.speedup = ctrls1.speedup;
 361     result.ctrls.freeze = ctrls1.freeze;
 362
 363     return result;
 364 }
 365
 366 /**
 367  * interpolate a specific time from a specific list
 368  */
 369 static void interpolate( double time, replay_list_type list ) {
 370     // sanity checking
 371     if ( list.size() == 0 ) {
 372         // handle empty list
 373         return;
 374     } else if ( list.size() == 1 ) {
 375         // handle list size == 1
 376         update_fdm( list[0] );
 377         return;
 378     }
 379
 380     unsigned int last = list.size() - 1;
 381     unsigned int first = 0;
 382     unsigned int mid = ( last + first ) / 2;
 383
 384
 385     bool done = false;
 386     while ( !done ) {
 387         // cout << "  " << first << " <=> " << last << endl;
 388         if ( last == first ) {
 389             done = true;
 390         } else if ( list[mid].sim_time < time && list[mid+1].sim_time < time ) {
 391             // too low
 392             first = mid;
 393             mid = ( last + first ) / 2;
 394         } else if ( list[mid].sim_time > time && list[mid+1].sim_time > time ) {
 395             // too high
 396             last = mid;
 397             mid = ( last + first ) / 2;
 398         } else {
 399             done = true;
 400         }
 401     }
 402
 403     FGReplayData result = interpolate( time, list[mid], list[mid+1] );
 404
 405     update_fdm( result );
 406 }
 407
 408
 409 /**
 410  *  Replay a saved frame based on time, interpolate from the two
 411  *  nearest saved frames.
 412  */
 413
 414 void FGReplay::replay( double time ) {
 415     cout << "replay: " << time << " ";
 416     // find the two frames to interpolate between
 417     double t1, t2;
 418
 419     if ( short_term.size() > 0 ) {
 420         t1 = short_term.back().sim_time;
 421         t2 = short_term.front().sim_time;
 422         if ( time > t1 ) {
 423             // replay the most recent frame
 424             update_fdm( short_term.back() );
 425             cout << "first frame" << endl;
 426         } else if ( time <= t1 && time >= t2 ) {
 427             interpolate( time, short_term );
 428             cout << "from short term" << endl;
 429         } else if ( medium_term.size() > 0 ) {
 430             t1 = short_term.front().sim_time;
 431             t2 = medium_term.back().sim_time;
 432             if ( time <= t1 && time >= t2 ) {
 433                 FGReplayData result = interpolate( time,
 434                                                    medium_term.back(),
 435                                                    short_term.front() );
 436                 update_fdm( result );
 437                 cout << "from short/medium term" << endl;
 438             } else {
 439                 t1 = medium_term.back().sim_time;
 440                 t2 = medium_term.front().sim_time;
 441                 if ( time <= t1 && time >= t2 ) {
 442                     interpolate( time, medium_term );
 443                     cout << "from medium term" << endl;
 444                 } else if ( long_term.size() > 0 ) {
 445                     t1 = medium_term.front().sim_time;
 446                     t2 = long_term.back().sim_time;
 447                     if ( time <= t1 && time >= t2 ) {
 448                         FGReplayData result = interpolate( time,
 449                                                            long_term.back(),
 450                                                            medium_term.front());
 451                         update_fdm( result );
 452                        cout << "from medium/long term" << endl;
 453                     } else {
 454                         t1 = long_term.back().sim_time;
 455                         t2 = long_term.front().sim_time;
 456                         if ( time <= t1 && time >= t2 ) {
 457                             interpolate( time, long_term );
 458                             cout << "from long term" << endl;
 459                         } else {
 460                             // replay the oldest long term frame
 461                             update_fdm( long_term.front() );
 462                             cout << "oldest long term frame" << endl;
 463                         }
 464                     }
 465                 } else {
 466                     // replay the oldest medium term frame
 467                     update_fdm( medium_term.front() );
 468                     cout << "oldest medium term frame" << endl;
 469                 }
 470             }
 471         } else {
 472             // replay the oldest short term frame
 473             update_fdm( short_term.front() );
 474             cout << "oldest short term frame" << endl;
 475         }
 476     } else {
 477         // nothing to replay
 478     }
 479 }
 480
 481
 482 double FGReplay::get_start_time() {
 483     if ( long_term.size() > 0 ) {
 484         return long_term.front().sim_time;
 485     } else if ( medium_term.size() > 0 ) {
 486         return medium_term.front().sim_time;
 487     } else if ( short_term.size() ) {
 488         return short_term.front().sim_time;
 489     } else {
 490         return 0.0;
 491     }
 492 }
 493
 494 double FGReplay::get_end_time() {
 495     if ( short_term.size() ) {
 496         return short_term.back().sim_time;
 497     } else {
 498         return 0.0;
 499     }
 500 }