]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blobdiff - src/FDM/YASim/Model.cpp
latest updates from JSBSim
[flightgear.git] / src / FDM / YASim / Model.cpp
index 5cd77e9cbadfc4632453ecc5bdb9e59d701a8a87..80f7a8dee872f5bfa37608aa9203fce0cdcd5e19 100644 (file)
@@ -1,5 +1,3 @@
-#include <stdio.h>
-
 #include "Atmosphere.hpp"
 #include "Thruster.hpp"
 #include "Math.hpp"
@@ -8,12 +6,19 @@
 #include "Propeller.hpp"
 #include "PistonEngine.hpp"
 #include "Gear.hpp"
+#include "Hook.hpp"
+#include "Launchbar.hpp"
 #include "Surface.hpp"
+#include "Rotor.hpp"
+#include "Rotorpart.hpp"
+#include "Hitch.hpp"
 #include "Glue.hpp"
+#include "Ground.hpp"
 
 #include "Model.hpp"
 namespace yasim {
 
+#if 0
 void printState(State* s)
 {
     State tmp = *s;
@@ -25,7 +30,8 @@ void printState(State* s)
     printf("\nNEW STATE (LOCAL COORDS)\n");
     printf("pos: %10.2f %10.2f %10.2f\n", tmp.pos[0], tmp.pos[1], tmp.pos[2]);
     printf("o:   ");
-    for(int i=0; i<3; i++) {
+    int i;
+    for(i=0; i<3; i++) {
        if(i != 0) printf("     ");
        printf("%6.2f %6.2f %6.2f\n",
               tmp.orient[3*i+0], tmp.orient[3*i+1], tmp.orient[3*i+2]);
@@ -35,28 +41,52 @@ void printState(State* s)
     printf("rot: %6.2f %6.2f %6.2f\n", tmp.rot[0], tmp.rot[1], tmp.rot[2]);
     printf("rac: %6.2f %6.2f %6.2f\n", tmp.racc[0], tmp.racc[1], tmp.racc[2]);
 }
+#endif
 
 Model::Model()
 {
-    for(int i=0; i<3; i++) _wind[i] = 0;
+    int i;
+    for(i=0; i<3; i++) _wind[i] = 0;
 
     _integrator.setBody(&_body);
     _integrator.setEnvironment(this);
 
     // Default value of 30 Hz
-    _integrator.setInterval(1.0/30.0);
+    _integrator.setInterval(1.0f/30.0f);
+
+    _agl = 0;
+    _crashed = false;
+    _turb = 0;
+    _ground_cb = new Ground();
+    _hook = 0;
+    _launchbar = 0;
+
+    _groundEffectSpan = 0;
+    _groundEffect = 0;
+    for(i=0; i<3; i++) _wingCenter[i] = 0;
+
+    _global_ground[0] = 0; _global_ground[1] = 0; _global_ground[2] = 1;
+    _global_ground[3] = -100000;
+
 }
 
 Model::~Model()
 {
     // FIXME: who owns these things?  Need a policy
+    delete _ground_cb;
+    delete _hook;
+    delete _launchbar;
+    for(int i=0; i<_hitches.size();i++)
+        delete (Hitch*)_hitches.get(i);
+
 }
 
 void Model::getThrust(float* out)
 {
     float tmp[3];
     out[0] = out[1] = out[2] = 0;
-    for(int i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
+    int i;
+    for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
        Thruster* t = (Thruster*)_thrusters.get(i);
        t->getThrust(tmp);
        Math::add3(tmp, out, out);
@@ -66,18 +96,25 @@ void Model::getThrust(float* out)
 void Model::initIteration()
 {
     // Precompute torque and angular momentum for the thrusters
-    for(int i=0; i<3; i++)
+    int i;
+    for(i=0; i<3; i++)
        _gyro[i] = _torque[i] = 0;
-    for(int i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
+
+    // Need a local altitude for the wind calculation
+    float lground[4];
+    _s->planeGlobalToLocal(_global_ground, lground);
+    float alt = Math::abs(lground[3]);
+
+    for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
        Thruster* t = (Thruster*)_thrusters.get(i);
        
         // Get the wind velocity at the thruster location
         float pos[3], v[3];
        t->getPosition(pos);
-        localWind(pos, _s, v);
+        localWind(pos, _s, v, alt);
 
        t->setWind(v);
-       t->setDensity(_rho);
+       t->setAir(_pressure, _temp, _rho);
        t->integrate(_integrator.getInterval());
 
        t->getTorque(v);
@@ -86,15 +123,63 @@ void Model::initIteration()
        t->getGyro(v);
        Math::add3(v, _gyro, _gyro);
     }
+
+    // Displace the turbulence coordinates according to the local wind.
+    if(_turb) {
+        float toff[3];
+        Math::mul3(_integrator.getInterval(), _wind, toff);
+        _turb->offset(toff);
+    }
+
+    for(i=0; i<_hitches.size(); i++) {
+        Hitch* h = (Hitch*)_hitches.get(i);
+        h->integrate(_integrator.getInterval());
+    }
+
+    
+}
+
+// This function initializes some variables for the rotor calculation
+// Furthermore it integrates in "void Rotorpart::inititeration
+// (float dt,float *rot)" the "rotor orientation" by omega*dt for the 
+// 3D-visualization of the heli only. and it compensates the rotation 
+// of the fuselage. The rotor does not follow the rotation of the fuselage.
+// Therefore its rotation must be subtracted from the orientation of the 
+// rotor.
+// Maik
+void Model::initRotorIteration()
+{
+    float dt = _integrator.getInterval();
+    float lrot[3];
+    if (!_rotorgear.isInUse()) return;
+    Math::vmul33(_s->orient, _s->rot, lrot);
+    Math::mul3(dt,lrot,lrot);
+    _rotorgear.initRotorIteration(lrot,dt);
 }
 
 void Model::iterate()
 {
     initIteration();
+    initRotorIteration();
     _body.recalc(); // FIXME: amortize this, somehow
     _integrator.calcNewInterval();
 }
 
+bool Model::isCrashed()
+{
+    return _crashed;
+}
+
+void Model::setCrashed(bool crashed)
+{
+    _crashed = crashed;
+}
+
+float Model::getAGL()
+{
+    return _agl;
+}
+
 State* Model::getState()
 {
     return _s;
@@ -121,11 +206,31 @@ Surface* Model::getSurface(int handle)
     return (Surface*)_surfaces.get(handle);
 }
 
+Rotorgear* Model::getRotorgear(void)
+{
+    return &_rotorgear;
+}
+
 int Model::addThruster(Thruster* t)
 {
     return _thrusters.add(t);
 }
 
+Hook* Model::getHook(void)
+{
+    return _hook;
+}
+
+Launchbar* Model::getLaunchbar(void)
+{
+    return _launchbar;
+}
+
+int Model::numThrusters()
+{
+    return _thrusters.size();
+}
+
 Thruster* Model::getThruster(int handle)
 {
     return (Thruster*)_thrusters.get(handle);
@@ -146,24 +251,44 @@ int Model::addGear(Gear* gear)
     return _gears.add(gear);
 }
 
-// The first three elements are a unit vector pointing from the global
-// origin to the plane, the final element is the distance from the
-// origin (the radius of the earth, in most implementations).  So
-// (v dot _ground)-_ground[3] gives the distance AGL.
-void Model::setGroundPlane(double* planeNormal, double fromOrigin)
+void Model::addHook(Hook* hook)
+{
+    _hook = hook;
+}
+
+void Model::addLaunchbar(Launchbar* launchbar)
+{
+    _launchbar = launchbar;
+}
+
+int Model::addHitch(Hitch* hitch)
 {
-    for(int i=0; i<3; i++) _ground[i] = planeNormal[i];
-    _ground[3] = fromOrigin;
+    return _hitches.add(hitch);
 }
 
-void Model::setAirDensity(float rho)
+void Model::setGroundCallback(Ground* ground_cb)
 {
-    _rho = rho;
+    delete _ground_cb;
+    _ground_cb = ground_cb;
 }
 
-void Model::setAir(float pressure, float temp)
+Ground* Model::getGroundCallback(void)
 {
-    _rho = Atmosphere::calcDensity(pressure, temp);
+    return _ground_cb;
+}
+
+void Model::setGroundEffect(float* pos, float span, float mul)
+{
+    Math::set3(pos, _wingCenter);
+    _groundEffectSpan = span;
+    _groundEffect = mul;
+}
+
+void Model::setAir(float pressure, float temp, float density)
+{
+    _pressure = pressure;
+    _temp = temp;
+    _rho = density;
 }
 
 void Model::setWind(float* wind)
@@ -171,6 +296,79 @@ void Model::setWind(float* wind)
     Math::set3(wind, _wind);
 }
 
+void Model::updateGround(State* s)
+{
+    float dummy[3];
+    _ground_cb->getGroundPlane(s->pos, _global_ground, dummy);
+
+    int i;
+    // The landing gear
+    for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
+       Gear* g = (Gear*)_gears.get(i);
+
+       // Get the point of ground contact
+        float pos[3], cmpr[3];
+       g->getPosition(pos);
+       g->getCompression(cmpr);
+
+       Math::mul3(g->getCompressFraction(), cmpr, cmpr);
+       Math::add3(cmpr, pos, pos);
+        // Transform the local coordinates of the contact point to
+        // global coordinates.
+        double pt[3];
+        s->posLocalToGlobal(pos, pt);
+
+        // Ask for the ground plane in the global coordinate system
+        double global_ground[4];
+        float global_vel[3];
+        const SGMaterial* material;
+        _ground_cb->getGroundPlane(pt, global_ground, global_vel, &material);
+        g->setGlobalGround(global_ground, global_vel, pt[0], pt[1], material);
+    }
+
+    for(i=0; i<_hitches.size(); i++) {
+        Hitch* h = (Hitch*)_hitches.get(i);
+
+        // Get the point of interest
+        float pos[3];
+        h->getPosition(pos);
+
+        // Transform the local coordinates of the contact point to
+        // global coordinates.
+        double pt[3];
+        s->posLocalToGlobal(pos, pt);
+
+        // Ask for the ground plane in the global coordinate system
+        double global_ground[4];
+        float global_vel[3];
+        _ground_cb->getGroundPlane(pt, global_ground, global_vel);
+        h->setGlobalGround(global_ground, global_vel);
+    }
+
+    for(i=0; i<_rotorgear.getRotors()->size(); i++) {
+        Rotor* r = (Rotor*)_rotorgear.getRotors()->get(i);
+        r->findGroundEffectAltitude(_ground_cb,s);
+    }
+
+    // The arrester hook
+    if(_hook) {
+        double pt[3];
+        _hook->getTipGlobalPosition(s, pt);
+        double global_ground[4];
+        _ground_cb->getGroundPlane(pt, global_ground, dummy);
+        _hook->setGlobalGround(global_ground);
+    }
+
+    // The launchbar/holdback
+    if(_launchbar) {
+        double pt[3];
+        _launchbar->getTipGlobalPosition(s, pt);
+        double global_ground[4];
+        _ground_cb->getGroundPlane(pt, global_ground, dummy);
+        _launchbar->setGlobalGround(global_ground);
+    }
+}
+
 void Model::calcForces(State* s)
 {
     // Add in the pre-computed stuff.  These values aren't part of the
@@ -180,7 +378,8 @@ void Model::calcForces(State* s)
     // step.
     _body.setGyro(_gyro);
     _body.addTorque(_torque);
-    for(int i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
+    int i,j;
+    for(i=0; i<_thrusters.size(); i++) {
        Thruster* t = (Thruster*)_thrusters.get(i);
        float thrust[3], pos[3];
        t->getThrust(thrust);
@@ -188,102 +387,191 @@ void Model::calcForces(State* s)
        _body.addForce(pos, thrust);
     }
 
+    // Get a ground plane in local coordinates.  The first three
+    // elements are the normal vector, the final one is the distance
+    // from the local origin along that vector to the ground plane
+    // (negative for objects "above" the ground)
+    float ground[4];
+    s->planeGlobalToLocal(_global_ground, ground);
+    float alt = Math::abs(ground[3]);
+
     // Gravity, convert to a force, then to local coordinates
     float grav[3];
     Glue::geodUp(s->pos, grav);
-    Math::mul3(-9.8 * _body.getTotalMass(), grav, grav);
+    Math::mul3(-9.8f * _body.getTotalMass(), grav, grav);
     Math::vmul33(s->orient, grav, grav);
     _body.addForce(grav);
 
     // Do each surface, remembering that the local velocity at each
     // point is different due to rotation.
-    for(int i=0; i<_surfaces.size(); i++) {
+    float faero[3];
+    faero[0] = faero[1] = faero[2] = 0;
+    for(i=0; i<_surfaces.size(); i++) {
        Surface* sf = (Surface*)_surfaces.get(i);
 
        // Vsurf = wind - velocity + (rot cross (cg - pos))
        float vs[3], pos[3];
        sf->getPosition(pos);
-        localWind(pos, s, vs);
+        localWind(pos, s, vs, alt);
 
        float force[3], torque[3];
        sf->calcForce(vs, _rho, force, torque);
+       Math::add3(faero, force, faero);
+
        _body.addForce(pos, force);
        _body.addTorque(torque);
     }
+    for (j=0; j<_rotorgear.getRotors()->size();j++)
+    {
+        Rotor* r = (Rotor *)_rotorgear.getRotors()->get(j);
+        float vs[3], pos[3];
+        r->getPosition(pos);
+        localWind(pos, s, vs, alt);
+        r->calcLiftFactor(vs, _rho,s);
+        float tq=0; 
+        // total torque of rotor (scalar) for calculating new rotor rpm
+
+        for(i=0; i<r->_rotorparts.size(); i++) {
+            float torque_scalar=0;
+            Rotorpart* rp = (Rotorpart*)r->_rotorparts.get(i);
+
+            // Vsurf = wind - velocity + (rot cross (cg - pos))
+            float vs[3], pos[3];
+            rp->getPosition(pos);
+            localWind(pos, s, vs, alt,true);
+
+            float force[3], torque[3];
+            rp->calcForce(vs, _rho, force, torque, &torque_scalar);
+            tq+=torque_scalar;
+            rp->getPositionForceAttac(pos);
+
+            _body.addForce(pos, force);
+            _body.addTorque(torque);
+        }
+        r->setTorque(tq);
+    }
+    if (_rotorgear.isInUse())
+    {
+        float torque[3];
+        _rotorgear.calcForces(torque);
+        _body.addTorque(torque);
+    }
 
-    // Get a ground plane in local coordinates.  The first three
-    // elements are the normal vector, the final one is the distance
-    // from the local origin along that vector to the ground plane
-    // (negative for objects "above" the ground)
-    float ground[4];
-    ground[3] = localGround(s, ground);
-
+    // Account for ground effect by multiplying the vertical force
+    // component by an amount linear with the fraction of the wingspan
+    // above the ground.
+    if ((_groundEffectSpan != 0) && (_groundEffect != 0 ))
+    {
+        float dist = ground[3] - Math::dot3(ground, _wingCenter);
+        if(dist > 0 && dist < _groundEffectSpan) {
+        float fz = Math::dot3(faero, ground);
+            fz *= (_groundEffectSpan - dist) / _groundEffectSpan;
+            fz *= _groundEffect;
+        Math::mul3(fz, ground, faero);
+        _body.addForce(faero);
+        }
+    }
+    
     // Convert the velocity and rotation vectors to local coordinates
     float lrot[3], lv[3];
     Math::vmul33(s->orient, s->rot, lrot);
     Math::vmul33(s->orient, s->v, lv);
 
     // The landing gear
-    for(int i=0; i<_gears.size(); i++) {
+    for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
        float force[3], contact[3];
        Gear* g = (Gear*)_gears.get(i);
-       g->calcForce(&_body, lv, lrot, ground);
+
+       g->calcForce(&_body, s, lv, lrot);
        g->getForce(force, contact);
        _body.addForce(contact, force);
     }
-}
 
-void Model::newState(State* s)
-{
-    _s = s;
+    // The arrester hook
+    if(_hook) {
+        _hook->calcForce(_ground_cb, &_body, s, lv, lrot);
+       float force[3], contact[3];
+        _hook->getForce(force, contact);
+        _body.addForce(contact, force);
+    }
 
-    //printState(s);
+    // The launchbar/holdback
+    if(_launchbar) {
+        _launchbar->calcForce(_ground_cb, &_body, s, lv, lrot);
+       float forcelb[3], contactlb[3], forcehb[3], contacthb[3];
+        _launchbar->getForce(forcelb, contactlb, forcehb, contacthb);
+        _body.addForce(contactlb, forcelb);
+        _body.addForce(contacthb, forcehb);
+    }
 
-    // Some simple collision detection
-    float ground[4], pos[3], cmpr[3];
-    ground[3] = localGround(s, ground);
-    for(int i=0; i<_gears.size(); i++) {
-       Gear* g = (Gear*)_gears.get(i);
-       g->getPosition(pos);
-       g->getCompression(cmpr);
-       Math::add3(cmpr, pos, pos);
-       float dist = ground[3] - Math::dot3(pos, ground);
-       if(dist < 0) {
-           printf("CRASH: gear %d\n", i);
-           *(int*)0=0;
-       }
+// The hitches
+    for(i=0; i<_hitches.size(); i++) {
+        float force[3], contact[3];
+        Hitch* h = (Hitch*)_hitches.get(i);
+        h->calcForce(_ground_cb,&_body, s);
+        h->getForce(force, contact);
+        _body.addForce(contact, force);
     }
 }
-
-// Returns a unit "down" vector for the ground in out, and the
-// distance from the local origin to the ground as the return value.
-// So for a given position V, "dist - (V dot out)" will be the height
-// AGL.
-float Model::localGround(State* s, float* out)
+void Model::newState(State* s)
 {
-    // Get the ground's "down" vector, this can be in floats, because
-    // we don't need positioning accuracy.  The direction has plenty
-    // of accuracy after truncation.
-    out[0] = -(float)_ground[0];
-    out[1] = -(float)_ground[1];
-    out[2] = -(float)_ground[2];
-    Math::vmul33(s->orient, out, out);
+    _s = s;
 
-    // The distance from the ground to the Aircraft's origin:
-    double dist = (s->pos[0]*_ground[0]
-                   + s->pos[1]*_ground[1]
-                   + s->pos[2]*_ground[2] - _ground[3]);
+    // Some simple collision detection
+    float min = 1e8;
+    int i;
+    for(i=0; i<_gears.size(); i++) {
+       Gear* g = (Gear*)_gears.get(i);
 
-    return (float)dist;
+        if (!g->getSubmergable())
+        {
+           // Get the point of ground contact
+            float pos[3], cmpr[3];
+           g->getPosition(pos);
+           g->getCompression(cmpr);
+           Math::mul3(g->getCompressFraction(), cmpr, cmpr);
+           Math::add3(cmpr, pos, pos);
+
+            // The plane transformed to local coordinates.
+            double global_ground[4];
+            g->getGlobalGround(global_ground);
+            float ground[4];
+            s->planeGlobalToLocal(global_ground, ground);
+           float dist = ground[3] - Math::dot3(pos, ground);
+
+           // Find the lowest one
+           if(dist < min)
+               min = dist;
+        }
+    }
+    _agl = min;
+    if(_agl < -1) // Allow for some integration slop
+       _crashed = true;
 }
 
 // Calculates the airflow direction at the given point and for the
 // specified aircraft velocity.
-void Model::localWind(float* pos, State* s, float* out)
+void Model::localWind(float* pos, State* s, float* out, float alt, bool is_rotor)
 {
-    // Most of the input is in global coordinates.  Fix that.
-    float lwind[3], lrot[3], lv[3];
-    Math::vmul33(s->orient, _wind, lwind);
+    float tmp[3], lwind[3], lrot[3], lv[3];
+
+    // Get a global coordinate for our local position, and calculate
+    // turbulence.
+    if(_turb) {
+        double gpos[3]; float up[3];
+        Math::tmul33(s->orient, pos, tmp);
+        for(int i=0; i<3; i++) {
+            gpos[i] = s->pos[i] + tmp[i];
+        }
+        Glue::geodUp(gpos, up);
+        _turb->getTurbulence(gpos, alt, up, lwind);
+        Math::add3(_wind, lwind, lwind);
+    } else {
+        Math::set3(_wind, lwind);
+    }
+
+    // Convert to local coordinates
+    Math::vmul33(s->orient, lwind, lwind);
     Math::vmul33(s->orient, s->rot, lrot);
     Math::vmul33(s->orient, s->v, lv);
 
@@ -291,6 +579,15 @@ void Model::localWind(float* pos, State* s, float* out)
     Math::mul3(-1, out, out);      //  (negated)
     Math::add3(lwind, out, out);    //  + wind
     Math::sub3(out, lv, out);       //  - velocity
+
+    //add the downwash of the rotors if it is not self a rotor
+    if (_rotorgear.isInUse()&&!is_rotor)
+    {
+        _rotorgear.getDownWash(pos,lv,tmp);
+        Math::add3(out,tmp, out);    //  + downwash
+    }
+
+
 }
 
 }; // namespace yasim