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[simgear.git] / simgear / math / polar3d.cxx
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 // Written by Curtis Olson, started June 1997.
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-// Copyright (C) 1997  Curtis L. Olson  - curt@infoplane.com
+// Copyright (C) 1997  Curtis L. Olson  - http://www.flightgear.org/~curt
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-// This program is free software; you can redistribute it and/or
-// modify it under the terms of the GNU General Public License as
-// published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
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+// This library is free software; you can redistribute it and/or
+// modify it under the terms of the GNU Library General Public
+// License as published by the Free Software Foundation; either
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-// WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+// This library is distributed in the hope that it will be useful,
+// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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 // along with this program; if not, write to the Free Software
-// Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
+// Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
 //
 // $Id$
 
+#ifdef HAVE_CONFIG_H
+#  include <simgear_config.h>
+#endif
 
 #include <math.h>
-#include <stdio.h>
 
 #include <simgear/constants.h>
 
 #include "polar3d.hxx"
 
+/**
+ * Calculate new lon/lat given starting lon/lat, and offset radial, and
+ * distance.  NOTE: starting point is specifed in radians, distance is
+ * specified in meters (and converted internally to radians)
+ * ... assumes a spherical world.
+ * @param orig specified in polar coordinates
+ * @param course offset radial
+ * @param dist offset distance
+ * @return destination point in polar coordinates
+ */
+Point3D calc_gc_lon_lat( const Point3D& orig, double course,
+                                double dist ) {
+    Point3D result;
 
-// Find the Altitude above the Ellipsoid (WGS84) given the Earth
-// Centered Cartesian coordinate vector Distances are specified in
-// meters.
-double fgGeodAltFromCart(const Point3D& cp)
-{
-    double t_lat, x_alpha, mu_alpha;
-    double lat_geoc, radius;
-    double result;
-
-    lat_geoc = FG_PI_2 - atan2( sqrt(cp.x()*cp.x() + cp.y()*cp.y()), cp.z() );
-    radius = sqrt( cp.x()*cp.x() + cp.y()*cp.y() + cp.z()*cp.z() );
-       
-    if( ( (FG_PI_2 - lat_geoc) < ONE_SECOND )        // near North pole
-       || ( (FG_PI_2 + lat_geoc) < ONE_SECOND ) )   // near South pole
-    {
-       result = radius - EQUATORIAL_RADIUS_M*E;
+    // lat=asin(sin(lat1)*cos(d)+cos(lat1)*sin(d)*cos(tc))
+    // IF (cos(lat)=0)
+    //   lon=lon1      // endpoint a pole
+    // ELSE
+    //   lon=mod(lon1-asin(sin(tc)*sin(d)/cos(lat))+pi,2*pi)-pi
+    // ENDIF
+
+    // printf("calc_lon_lat()  offset.theta = %.2f offset.dist = %.2f\n",
+    //        offset.theta, offset.dist);
+
+    dist *= SG_METER_TO_NM * SG_NM_TO_RAD;
+
+    result.sety( asin( sin(orig.y()) * cos(dist) +
+                       cos(orig.y()) * sin(dist) * cos(course) ) );
+
+    if ( cos(result.y()) < SG_EPSILON ) {
+        result.setx( orig.x() );      // endpoint a pole
     } else {
-       t_lat = tan(lat_geoc);
-       x_alpha = E*EQUATORIAL_RADIUS_M/sqrt(t_lat*t_lat + E*E);
-       mu_alpha = atan2(sqrt(RESQ_M - x_alpha*x_alpha),E*x_alpha);
-       if (lat_geoc < 0) {
-           mu_alpha = - mu_alpha;
-       }
-       result = (radius - x_alpha/cos(lat_geoc))*cos(mu_alpha - lat_geoc);
+        result.setx(
+            fmod(orig.x() - asin( sin(course) * sin(dist) /
+                                  cos(result.y()) )
+                 + SGD_PI, SGD_2PI) - SGD_PI );
     }
 
-    return(result);
+    return result;
 }
 
+/**
+ * Calculate course/dist given two spherical points.
+ * @param start starting point
+ * @param dest ending point
+ * @param course resulting course
+ * @param dist resulting distance
+ */
+void calc_gc_course_dist( const Point3D& start, const Point3D& dest,
+                                 double *course, double *dist )
+{
+    if ( start == dest) {
+            *dist=0;
+            *course=0;
+            return;
+    }
+    // d = 2*asin(sqrt((sin((lat1-lat2)/2))^2 +
+    //            cos(lat1)*cos(lat2)*(sin((lon1-lon2)/2))^2))
+    double cos_start_y = cos( start.y() );
+    double tmp1 = sin( (start.y() - dest.y()) * 0.5 );
+    double tmp2 = sin( (start.x() - dest.x()) * 0.5 );
+    double d = 2.0 * asin( sqrt( tmp1 * tmp1 +
+                                 cos_start_y * cos(dest.y()) * tmp2 * tmp2));
 
+    *dist = d * SG_RAD_TO_NM * SG_NM_TO_METER;
+
+#if 1
+    double c1 = atan2(
+                cos(dest.y())*sin(dest.x()-start.x()),
+                cos(start.y())*sin(dest.y())-
+                sin(start.y())*cos(dest.y())*cos(dest.x()-start.x()));
+    if (c1 >= 0)
+      *course = SGD_2PI-c1;
+    else
+      *course = -c1;
+#else
+    // We obtain the initial course, tc1, (at point 1) from point 1 to
+    // point 2 by the following. The formula fails if the initial
+    // point is a pole. We can special case this with:
+    //
+    // IF (cos(lat1) < EPS)   // EPS a small number ~ machine precision
+    //   IF (lat1 > 0)
+    //     tc1= pi        //  starting from N pole
+    //   ELSE
+    //     tc1= 0         //  starting from S pole
+    //   ENDIF
+    // ENDIF
+    //
+    // For starting points other than the poles:
+    //
+    // IF sin(lon2-lon1)<0
+    //   tc1=acos((sin(lat2)-sin(lat1)*cos(d))/(sin(d)*cos(lat1)))
+    // ELSE
+    //   tc1=2*pi-acos((sin(lat2)-sin(lat1)*cos(d))/(sin(d)*cos(lat1)))
+    // ENDIF
+
+    // if ( cos(start.y()) < SG_EPSILON ) {
+    // doing it this way saves a transcendental call
+    double sin_start_y = sin( start.y() );
+    if ( fabs(1.0-sin_start_y) < SG_EPSILON ) {
+        // EPS a small number ~ machine precision
+        if ( start.y() > 0 ) {
+            *course = SGD_PI;   // starting from N pole
+        } else {
+            *course = 0;        // starting from S pole
+        }
+    } else {
+        // For starting points other than the poles:
+        // double tmp3 = sin(d)*cos_start_y);
+        // double tmp4 = sin(dest.y())-sin(start.y())*cos(d);
+        // double tmp5 = acos(tmp4/tmp3);
+
+        // Doing this way gaurentees that the temps are
+        // not stored into memory
+        double tmp5 = acos( (sin(dest.y()) - sin_start_y * cos(d)) /
+                            (sin(d) * cos_start_y) );
+
+        // if ( sin( dest.x() - start.x() ) < 0 ) {
+        // the sin of the negative angle is just the opposite sign
+        // of the sin of the angle  so tmp2 will have the opposite
+        // sign of sin( dest.x() - start.x() )
+        if ( tmp2 >= 0 ) {
+            *course = tmp5;
+        } else {
+            *course = SGD_2PI - tmp5;
+        }
+    }
+#endif
+}
+
+
+#if 0
+/**
+ * Calculate course/dist given two spherical points.
+ * @param start starting point
+ * @param dest ending point
+ * @param course resulting course
+ * @param dist resulting distance
+ */
+void calc_gc_course_dist( const Point3D& start, const Point3D& dest,
+                                 double *course, double *dist ) {
+    // d = 2*asin(sqrt((sin((lat1-lat2)/2))^2 +
+    //            cos(lat1)*cos(lat2)*(sin((lon1-lon2)/2))^2))
+    double tmp1 = sin( (start.y() - dest.y()) / 2 );
+    double tmp2 = sin( (start.x() - dest.x()) / 2 );
+    double d = 2.0 * asin( sqrt( tmp1 * tmp1 +
+                                 cos(start.y()) * cos(dest.y()) * tmp2 * tmp2));
+    // We obtain the initial course, tc1, (at point 1) from point 1 to
+    // point 2 by the following. The formula fails if the initial
+    // point is a pole. We can special case this with:
+    //
+    // IF (cos(lat1) < EPS)   // EPS a small number ~ machine precision
+    //   IF (lat1 > 0)
+    //     tc1= pi        //  starting from N pole
+    //   ELSE
+    //     tc1= 0         //  starting from S pole
+    //   ENDIF
+    // ENDIF
+    //
+    // For starting points other than the poles:
+    //
+    // IF sin(lon2-lon1)<0
+    //   tc1=acos((sin(lat2)-sin(lat1)*cos(d))/(sin(d)*cos(lat1)))
+    // ELSE
+    //   tc1=2*pi-acos((sin(lat2)-sin(lat1)*cos(d))/(sin(d)*cos(lat1)))
+    // ENDIF
+
+    double tc1;
+
+    if ( cos(start.y()) < SG_EPSILON ) {
+        // EPS a small number ~ machine precision
+        if ( start.y() > 0 ) {
+            tc1 = SGD_PI;        // starting from N pole
+        } else {
+            tc1 = 0;            // starting from S pole
+        }
+    }
+
+    // For starting points other than the poles:
+
+    double tmp3 = sin(d)*cos(start.y());
+    double tmp4 = sin(dest.y())-sin(start.y())*cos(d);
+    double tmp5 = acos(tmp4/tmp3);
+    if ( sin( dest.x() - start.x() ) < 0 ) {
+         tc1 = tmp5;
+    } else {
+         tc1 = SGD_2PI - tmp5;
+    }
+
+    *course = tc1;
+    *dist = d * SG_RAD_TO_NM * SG_NM_TO_METER;
+}
+#endif // 0