JAL-1807 Bob's first commit -- Applet loaded; needs image
[jalview.git] / src / javajs / util / Measure.java
diff --git a/src/javajs/util/Measure.java b/src/javajs/util/Measure.java
new file mode 100644 (file)
index 0000000..09b9807
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,733 @@
+/* $RCSfile$
+ * $Author: egonw $
+ * $Date: 2005-11-10 09:52:44 -0600 (Thu, 10 Nov 2005) $
+ * $Revision: 4255 $
+ *
+ * Copyright (C) 2003-2005  The Jmol Development Team
+ *
+ * Contact: jmol-developers@lists.sf.net
+ *
+ *  This library is free software; you can redistribute it and/or
+ *  modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
+ *  License as published by the Free Software Foundation; either
+ *  version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
+ *
+ *  This library is distributed in the hope that it will be useful,
+ *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+ *  Lesser General Public License for more details.
+ *
+ *  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+ *  License along with this library; if not, write to the Free Software
+ *  Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
+ */
+package javajs.util;
+
+import javajs.api.EigenInterface;
+
+import javajs.api.Interface;
+
+
+
+
+//import org.jmol.script.T;
+
+final public class Measure {
+
+  public final static float radiansPerDegree = (float) (2 * Math.PI / 360);
+  
+  public static float computeAngle(T3 pointA, T3 pointB, T3 pointC, V3 vectorBA, V3 vectorBC, boolean asDegrees) {
+    vectorBA.sub2(pointA, pointB);
+    vectorBC.sub2(pointC, pointB);
+    float angle = vectorBA.angle(vectorBC);
+    return (asDegrees ? angle / radiansPerDegree : angle);
+  }
+
+  public static float computeAngleABC(T3 pointA, T3 pointB, T3 pointC, boolean asDegrees) {
+    V3 vectorBA = new V3();
+    V3 vectorBC = new V3();        
+    return computeAngle(pointA, pointB, pointC, vectorBA, vectorBC, asDegrees);
+  }
+
+  public static float computeTorsion(T3 p1, T3 p2, T3 p3, T3 p4, boolean asDegrees) {
+  
+    float ijx = p1.x - p2.x;
+    float ijy = p1.y - p2.y;
+    float ijz = p1.z - p2.z;
+  
+    float kjx = p3.x - p2.x;
+    float kjy = p3.y - p2.y;
+    float kjz = p3.z - p2.z;
+  
+    float klx = p3.x - p4.x;
+    float kly = p3.y - p4.y;
+    float klz = p3.z - p4.z;
+  
+    float ax = ijy * kjz - ijz * kjy;
+    float ay = ijz * kjx - ijx * kjz;
+    float az = ijx * kjy - ijy * kjx;
+    float cx = kjy * klz - kjz * kly;
+    float cy = kjz * klx - kjx * klz;
+    float cz = kjx * kly - kjy * klx;
+  
+    float ai2 = 1f / (ax * ax + ay * ay + az * az);
+    float ci2 = 1f / (cx * cx + cy * cy + cz * cz);
+  
+    float ai = (float) Math.sqrt(ai2);
+    float ci = (float) Math.sqrt(ci2);
+    float denom = ai * ci;
+    float cross = ax * cx + ay * cy + az * cz;
+    float cosang = cross * denom;
+    if (cosang > 1) {
+      cosang = 1;
+    }
+    if (cosang < -1) {
+      cosang = -1;
+    }
+  
+    float torsion = (float) Math.acos(cosang);
+    float dot = ijx * cx + ijy * cy + ijz * cz;
+    float absDot = Math.abs(dot);
+    torsion = (dot / absDot > 0) ? torsion : -torsion;
+    return (asDegrees ? torsion / radiansPerDegree : torsion);
+  }
+
+  /**
+   * This method calculates measures relating to two points in space 
+   * with related quaternion frame difference. It is used in Jmol for
+   * calculating straightness and many other helical quantities.
+   * 
+   * @param a
+   * @param b
+   * @param dq
+   * @return  new T3[] { pt_a_prime, n, r, P3.new3(theta, pitch, residuesPerTurn), pt_b_prime };
+   */
+  public static T3[] computeHelicalAxis(P3 a, P3 b, Quat dq) {
+    
+    //                b
+    //           |   /|
+    //           |  / |
+    //           | /  |
+    //           |/   c
+    //         b'+   / \
+    //           |  /   \      Vcb = Vab . n
+    //         n | /     \d    Vda = (Vcb - Vab) / 2
+    //           |/theta  \
+    //         a'+---------a
+    //                r 
+
+    V3 vab = new V3();
+    vab.sub2(b, a);
+    /*
+     * testing here to see if directing the normal makes any difference -- oddly
+     * enough, it does not. When n = -n and theta = -theta vab.n is reversed,
+     * and that magnitude is multiplied by n in generating the A'-B' vector.
+     * 
+     * a negative angle implies a left-handed axis (sheets)
+     */
+    float theta = dq.getTheta();
+    V3 n = dq.getNormal();
+    float v_dot_n = vab.dot(n);
+    if (Math.abs(v_dot_n) < 0.0001f)
+      v_dot_n = 0;
+    V3 va_prime_d = new V3();
+    va_prime_d.cross(vab, n);
+    if (va_prime_d.dot(va_prime_d) != 0)
+      va_prime_d.normalize();
+    V3 vda = new V3();
+    V3 vcb = V3.newV(n);
+    if (v_dot_n == 0)
+      v_dot_n = PT.FLOAT_MIN_SAFE; // allow for perpendicular axis to vab
+    vcb.scale(v_dot_n);
+    vda.sub2(vcb, vab);
+    vda.scale(0.5f);
+    va_prime_d.scale(theta == 0 ? 0 : (float) (vda.length() / Math.tan(theta
+        / 2 / 180 * Math.PI)));
+    V3 r = V3.newV(va_prime_d);
+    if (theta != 0)
+      r.add(vda);
+    P3 pt_a_prime = P3.newP(a);
+    pt_a_prime.sub(r);
+    // already done this. ??
+    if (v_dot_n != PT.FLOAT_MIN_SAFE)
+      n.scale(v_dot_n);
+    // must calculate directed angle:
+    P3 pt_b_prime = P3.newP(pt_a_prime);
+    pt_b_prime.add(n);
+    theta = computeTorsion(a, pt_a_prime, pt_b_prime, b, true);
+    if (Float.isNaN(theta) || r.length() < 0.0001f)
+      theta = dq.getThetaDirectedV(n); // allow for r = 0
+    // anything else is an array
+    float residuesPerTurn = Math.abs(theta == 0 ? 0 : 360f / theta);
+    float pitch = Math.abs(v_dot_n == PT.FLOAT_MIN_SAFE ? 0 : n.length()
+        * (theta == 0 ? 1 : 360f / theta));
+    return new T3[] { pt_a_prime, n, r, P3.new3(theta, pitch, residuesPerTurn), pt_b_prime };
+  }
+
+  public static P4 getPlaneThroughPoints(T3 pointA,
+                                              T3 pointB,
+                                              T3 pointC, V3 vNorm,
+                                              V3 vAB, P4 plane) {
+    float w = getNormalThroughPoints(pointA, pointB, pointC, vNorm, vAB);
+    plane.set4(vNorm.x, vNorm.y, vNorm.z, w);
+    return plane;
+  }
+  
+  public static void getPlaneThroughPoint(T3 pt, V3 normal, P4 plane) {
+    plane.set4(normal.x, normal.y, normal.z, -normal.dot(pt));
+  }
+  
+  public static float distanceToPlane(P4 plane, T3 pt) {
+    return (plane == null ? Float.NaN 
+        : (plane.dot(pt) + plane.w) / (float) Math.sqrt(plane.dot(plane)));
+  }
+
+  public static float directedDistanceToPlane(P3 pt, P4 plane, P3 ptref) {
+    float f = plane.dot(pt) + plane.w;
+    float f1 = plane.dot(ptref) + plane.w;
+    return Math.signum(f1) * f /  (float) Math.sqrt(plane.dot(plane));
+  }
+
+  public static float distanceToPlaneD(P4 plane, float d, P3 pt) {
+    return (plane == null ? Float.NaN : (plane.dot(pt) + plane.w) / d);
+  }
+
+  public static float distanceToPlaneV(V3 norm, float w, P3 pt) {
+    return (norm == null ? Float.NaN 
+        : (norm.dot(pt) + w)  / (float) Math.sqrt(norm.dot(norm)));
+  }
+
+  /**
+   * note that if vAB or vAC is dispensible, vNormNorm can be one of them
+   * @param pointA
+   * @param pointB
+   * @param pointC
+   * @param vNormNorm
+   * @param vAB
+   */
+  public static void calcNormalizedNormal(T3 pointA, T3 pointB,
+         T3 pointC, V3 vNormNorm, V3 vAB) {
+    vAB.sub2(pointB, pointA);
+    vNormNorm.sub2(pointC, pointA);
+    vNormNorm.cross(vAB, vNormNorm);
+    vNormNorm.normalize();
+  }
+
+  public static float getDirectedNormalThroughPoints(T3 pointA, 
+         T3 pointB, T3 pointC, T3 ptRef, V3 vNorm, 
+         V3 vAB) {
+    // for x = plane({atomno=1}, {atomno=2}, {atomno=3}, {atomno=4})
+    float nd = getNormalThroughPoints(pointA, pointB, pointC, vNorm, vAB);
+    if (ptRef != null) {
+      P3 pt0 = P3.newP(pointA);
+      pt0.add(vNorm);
+      float d = pt0.distance(ptRef);
+      pt0.sub2(pointA, vNorm);
+      if (d > pt0.distance(ptRef)) {
+        vNorm.scale(-1);
+        nd = -nd;
+      }
+    }
+    return nd;
+  }
+  
+  /**
+   * if vAC is dispensible vNorm can be vAC
+   * @param pointA
+   * @param pointB
+   * @param pointC
+   * @param vNorm
+   * @param vTemp
+   * @return w
+   */
+  public static float getNormalThroughPoints(T3 pointA, T3 pointB,
+                                   T3 pointC, V3 vNorm, V3 vTemp) {
+    // for Polyhedra
+    calcNormalizedNormal(pointA, pointB, pointC, vNorm, vTemp);
+    // ax + by + cz + d = 0
+    // so if a point is in the plane, then N dot X = -d
+    vTemp.setT(pointA);
+    return -vTemp.dot(vNorm);
+  }
+
+  public static void getPlaneProjection(P3 pt, P4 plane, P3 ptProj, V3 vNorm) {
+    float dist = distanceToPlane(plane, pt);
+    vNorm.set(plane.x, plane.y, plane.z);
+    vNorm.normalize();
+    vNorm.scale(-dist);
+    ptProj.add2(pt, vNorm);
+  }
+
+  public final static V3 axisY = V3.new3(0, 1, 0);
+  
+  public static void getNormalToLine(P3 pointA, P3 pointB,
+                                   V3 vNormNorm) {
+    // vector in xy plane perpendicular to a line between two points RMH
+    vNormNorm.sub2(pointA, pointB);
+    vNormNorm.cross(vNormNorm, axisY);
+    vNormNorm.normalize();
+    if (Float.isNaN(vNormNorm.x))
+      vNormNorm.set(1, 0, 0);
+  }
+  
+  public static void getBisectingPlane(P3 pointA, V3 vAB,
+                                                 T3 ptTemp, V3 vTemp, P4 plane) {
+    ptTemp.scaleAdd2(0.5f, vAB, pointA);
+    vTemp.setT(vAB);
+    vTemp.normalize();
+    getPlaneThroughPoint(ptTemp, vTemp, plane);
+    }
+    
+  public static void projectOntoAxis(P3 point, P3 axisA,
+                                     V3 axisUnitVector,
+                                     V3 vectorProjection) {
+    vectorProjection.sub2(point, axisA);
+    float projectedLength = vectorProjection.dot(axisUnitVector);
+    point.scaleAdd2(projectedLength, axisUnitVector, axisA);
+    vectorProjection.sub2(point, axisA);
+  }
+  
+  public static void calcBestAxisThroughPoints(P3[] points, P3 axisA,
+                                               V3 axisUnitVector,
+                                               V3 vectorProjection,
+                                               int nTriesMax) {
+    // just a crude starting point.
+
+    int nPoints = points.length;
+    axisA.setT(points[0]);
+    axisUnitVector.sub2(points[nPoints - 1], axisA);
+    axisUnitVector.normalize();
+
+    /*
+     * We now calculate the least-squares 3D axis
+     * through the helix alpha carbons starting with Vo
+     * as a first approximation.
+     * 
+     * This uses the simple 0-centered least squares fit:
+     * 
+     * Y = M cross Xi
+     * 
+     * minimizing R^2 = SUM(|Y - Yi|^2) 
+     * 
+     * where Yi is the vector PERPENDICULAR of the point onto axis Vo
+     * and Xi is the vector PROJECTION of the point onto axis Vo
+     * and M is a vector adjustment 
+     * 
+     * M = SUM_(Xi cross Yi) / sum(|Xi|^2)
+     * 
+     * from which we arrive at:
+     * 
+     * V = Vo + (M cross Vo)
+     * 
+     * Basically, this is just a 3D version of a 
+     * standard 2D least squares fit to a line, where we would say:
+     * 
+     * y = m xi + b
+     * 
+     * D = n (sum xi^2) - (sum xi)^2
+     * 
+     * m = [(n sum xiyi) - (sum xi)(sum yi)] / D
+     * b = [(sum yi) (sum xi^2) - (sum xi)(sum xiyi)] / D
+     * 
+     * but here we demand that the line go through the center, so we
+     * require (sum xi) = (sum yi) = 0, so b = 0 and
+     * 
+     * m = (sum xiyi) / (sum xi^2)
+     * 
+     * In 3D we do the same but 
+     * instead of x we have Vo,
+     * instead of multiplication we use cross products
+     * 
+     * A bit of iteration is necessary.
+     * 
+     * Bob Hanson 11/2006
+     * 
+     */
+
+    calcAveragePointN(points, nPoints, axisA);
+
+    int nTries = 0;
+    while (nTries++ < nTriesMax
+        && findAxis(points, nPoints, axisA, axisUnitVector, vectorProjection) > 0.001) {
+    }
+
+    /*
+     * Iteration here gets the job done.
+     * We now find the projections of the endpoints onto the axis
+     * 
+     */
+
+    P3 tempA = P3.newP(points[0]);
+    projectOntoAxis(tempA, axisA, axisUnitVector, vectorProjection);
+    axisA.setT(tempA);
+  }
+
+  public static float findAxis(P3[] points, int nPoints, P3 axisA,
+                        V3 axisUnitVector, V3 vectorProjection) {
+    V3 sumXiYi = new V3();
+    V3 vTemp = new V3();
+    P3 pt = new P3();
+    P3 ptProj = new P3();
+    V3 a = V3.newV(axisUnitVector);
+
+    float sum_Xi2 = 0;
+    for (int i = nPoints; --i >= 0;) {
+      pt.setT(points[i]);
+      ptProj.setT(pt);
+      projectOntoAxis(ptProj, axisA, axisUnitVector,
+          vectorProjection);
+      vTemp.sub2(pt, ptProj);
+      //sum_Yi2 += vTemp.lengthSquared();
+      vTemp.cross(vectorProjection, vTemp);
+      sumXiYi.add(vTemp);
+      sum_Xi2 += vectorProjection.lengthSquared();
+    }
+    V3 m = V3.newV(sumXiYi);
+    m.scale(1 / sum_Xi2);
+    vTemp.cross(m, axisUnitVector);
+    axisUnitVector.add(vTemp);
+    axisUnitVector.normalize();  
+    //check for change in direction by measuring vector difference length
+    vTemp.sub2(axisUnitVector, a);
+    return vTemp.length();
+  }
+  
+  
+  public static void calcAveragePoint(P3 pointA, P3 pointB,
+                                      P3 pointC) {
+    pointC.set((pointA.x + pointB.x) / 2, (pointA.y + pointB.y) / 2,
+        (pointA.z + pointB.z) / 2);
+  }
+  
+  public static void calcAveragePointN(P3[] points, int nPoints,
+                                P3 averagePoint) {
+    averagePoint.setT(points[0]);
+    for (int i = 1; i < nPoints; i++)
+      averagePoint.add(points[i]);
+    averagePoint.scale(1f / nPoints);
+  }
+
+  public static Lst<P3> transformPoints(Lst<P3> vPts, M4 m4, P3 center) {
+    Lst<P3> v = new  Lst<P3>();
+    for (int i = 0; i < vPts.size(); i++) {
+      P3 pt = P3.newP(vPts.get(i));
+      pt.sub(center);
+      m4.rotTrans(pt);
+      pt.add(center);
+      v.addLast(pt);
+    }
+    return v;
+  }
+
+  public static boolean isInTetrahedron(P3 pt, P3 ptA, P3 ptB,
+                                        P3 ptC, P3 ptD,
+                                        P4 plane, V3 vTemp,
+                                        V3 vTemp2, boolean fullyEnclosed) {
+    boolean b = (distanceToPlane(getPlaneThroughPoints(ptC, ptD, ptA, vTemp, vTemp2, plane), pt) >= 0);
+    if (b != (distanceToPlane(getPlaneThroughPoints(ptA, ptD, ptB, vTemp, vTemp2, plane), pt) >= 0))
+      return false;
+    if (b != (distanceToPlane(getPlaneThroughPoints(ptB, ptD, ptC, vTemp, vTemp2, plane), pt) >= 0))
+      return false;
+    float d = distanceToPlane(getPlaneThroughPoints(ptA, ptB, ptC, vTemp, vTemp2, plane), pt);
+    if (fullyEnclosed)
+      return (b == (d >= 0));
+    float d1 = distanceToPlane(plane, ptD);
+    return d1 * d <= 0 || Math.abs(d1) > Math.abs(d);
+  }
+
+
+  /**
+   * 
+   * @param plane1
+   * @param plane2
+   * @return       [ point, vector ] or []
+   */
+  public static Lst<Object> getIntersectionPP(P4 plane1, P4 plane2) {
+    float a1 = plane1.x;
+    float b1 = plane1.y;
+    float c1 = plane1.z;
+    float d1 = plane1.w;
+    float a2 = plane2.x;
+    float b2 = plane2.y;
+    float c2 = plane2.z;
+    float d2 = plane2.w;
+    V3 norm1 = V3.new3(a1, b1, c1);
+    V3 norm2 = V3.new3(a2, b2, c2);
+    V3 nxn = new V3();
+    nxn.cross(norm1, norm2);
+    float ax = Math.abs(nxn.x);
+    float ay = Math.abs(nxn.y);
+    float az = Math.abs(nxn.z);
+    float x, y, z, diff;
+    int type = (ax > ay ? (ax > az ? 1 : 3) : ay > az ? 2 : 3);
+    switch(type) {
+    case 1:
+      x = 0;
+      diff = (b1 * c2 - b2 * c1);
+      if (Math.abs(diff) < 0.01) return null;
+      y = (c1 * d2 - c2 * d1) / diff;
+      z = (b2 * d1 - d2 * b1) / diff;
+      break;
+    case 2:
+      diff = (a1 * c2 - a2 * c1);
+      if (Math.abs(diff) < 0.01) return null;
+      x = (c1 * d2 - c2 * d1) / diff;
+      y = 0;
+      z = (a2 * d1 - d2 * a1) / diff;
+      break;
+    case 3:
+    default:
+      diff = (a1 * b2 - a2 * b1);
+      if (Math.abs(diff) < 0.01) return null;
+      x = (b1 * d2 - b2 * d1) / diff;
+      y = (a2 * d1 - d2 * a1) / diff;
+      z = 0;
+    }
+    Lst<Object>list = new  Lst<Object>();
+    list.addLast(P3.new3(x, y, z));
+    nxn.normalize();
+    list.addLast(nxn);
+    return list;
+  }
+
+  /**
+   * 
+   * @param pt1  point on line
+   * @param v    unit vector of line
+   * @param plane 
+   * @param ptRet  point of intersection of line with plane
+   * @param tempNorm 
+   * @param vTemp 
+   * @return       ptRtet
+   */
+  public static P3 getIntersection(P3 pt1, V3 v,
+                                               P4 plane, P3 ptRet, V3 tempNorm, V3 vTemp) {
+    getPlaneProjection(pt1, plane, ptRet, tempNorm);
+    tempNorm.set(plane.x, plane.y, plane.z);
+    tempNorm.normalize();
+    if (v == null)
+      v = V3.newV(tempNorm);
+    float l_dot_n = v.dot(tempNorm);
+    if (Math.abs(l_dot_n) < 0.01) return null;
+    vTemp.sub2(ptRet, pt1);
+    ptRet.scaleAdd2(vTemp.dot(tempNorm) / l_dot_n, v, pt1);
+    return ptRet;
+  }
+
+  /*
+    public static Point3f getTriangleIntersection(Point3f a1, Point3f a2,
+                                                 Point3f a3, Point4f plane,
+                                                 Point3f b1,
+                                                 Point3f b2, Point3f b3,
+                                                 Vector3f vNorm, Vector3f vTemp, 
+                                                 Point3f ptRet, Point3f ptTemp, Vector3f vTemp2, Point4f pTemp, Vector3f vTemp3) {
+      
+      if (getTriangleIntersection(b1, b2, a1, a2, a3, vTemp, plane, vNorm, vTemp2, vTemp3, ptRet, ptTemp))
+        return ptRet;
+      if (getTriangleIntersection(b2, b3, a1, a2, a3, vTemp, plane, vNorm, vTemp2, vTemp3, ptRet, ptTemp))
+        return ptRet;
+      if (getTriangleIntersection(b3, b1, a1, a2, a3, vTemp, plane, vNorm, vTemp2, vTemp3, ptRet, ptTemp))
+        return ptRet;
+      return null;
+    }
+  */
+  /*  
+    public static boolean getTriangleIntersection(Point3f b1, Point3f b2,
+                                                  Point3f a1, Point3f a2,
+                                                  Point3f a3, Vector3f vTemp,
+                                                  Point4f plane, Vector3f vNorm,
+                                                  Vector3f vTemp2, Vector3f vTemp3,
+                                                  Point3f ptRet,
+                                                  Point3f ptTemp) {
+      if (distanceToPlane(plane, b1) * distanceToPlane(plane, b2) >= 0)
+        return false;
+      vTemp.sub(b2, b1);
+      vTemp.normalize();
+      if (getIntersection(b1, vTemp, plane, ptRet, vNorm, vTemp2) != null) {
+        if (isInTriangle(ptRet, a1, a2, a3, vTemp, vTemp2, vTemp3))
+          return true;
+      }
+      return false;
+    }
+    private static boolean isInTriangle(Point3f p, Point3f a, Point3f b,
+                                        Point3f c, Vector3f v0, Vector3f v1,
+                                        Vector3f v2) {
+      // from http://www.blackpawn.com/texts/pointinpoly/default.html
+      // Compute barycentric coordinates
+      v0.sub(c, a);
+      v1.sub(b, a);
+      v2.sub(p, a);
+      float dot00 = v0.dot(v0);
+      float dot01 = v0.dot(v1);
+      float dot02 = v0.dot(v2);
+      float dot11 = v1.dot(v1);
+      float dot12 = v1.dot(v2);
+      float invDenom = 1 / (dot00 * dot11 - dot01 * dot01);
+      float u = (dot11 * dot02 - dot01 * dot12) * invDenom;
+      float v = (dot00 * dot12 - dot01 * dot02) * invDenom;
+      return (u > 0 && v > 0 && u + v < 1);
+    }
+  */
+
+  /**
+   * Closed-form solution of absolute orientation requiring 1:1 mapping of
+   * positions.
+   * 
+   * @param centerAndPoints
+   * @param retStddev
+   * @return unit quaternion representation rotation
+   * 
+   * @author hansonr Bob Hanson
+   * 
+   */
+  public static Quat calculateQuaternionRotation(P3[][] centerAndPoints,
+                                                 float[] retStddev) {
+
+    retStddev[1] = Float.NaN;
+    Quat q = new Quat();
+    if (centerAndPoints[0].length == 1
+        || centerAndPoints[0].length != centerAndPoints[1].length)
+      return q;
+
+    /*
+     * see Berthold K. P. Horn,
+     * "Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions" J.
+     * Opt. Soc. Amer. A, 1987, Vol. 4, pp. 629-642
+     * http://www.opticsinfobase.org/viewmedia.cfm?uri=josaa-4-4-629&seq=0
+     * 
+     * 
+     * A similar treatment was developed independently (and later!) 
+     * by G. Kramer, in G. R. Kramer,
+     * "Superposition of Molecular Structures Using Quaternions"
+     * Molecular Simulation, 1991, Vol. 7, pp. 113-119. 
+     * 
+     *  In that treatment there is a lot of unnecessary calculation 
+     *  along the trace of matrix M (eqn 20). 
+     *  I'm not sure why the extra x^2 + y^2 + z^2 + x'^2 + y'^2 + z'^2
+     *  is in there, but they are unnecessary and only contribute to larger
+     *  numerical averaging errors and additional processing time, as far as
+     *  I can tell. Adding aI, where a is a scalar and I is the 4x4 identity
+     *  just offsets the eigenvalues but doesn't change the eigenvectors.
+     * 
+     * and Lydia E. Kavraki, "Molecular Distance Measures"
+     * http://cnx.org/content/m11608/latest/
+     * 
+     */
+
+    int n = centerAndPoints[0].length - 1;
+    if (n < 2)
+      return q;
+
+    double Sxx = 0, Sxy = 0, Sxz = 0, Syx = 0, Syy = 0, Syz = 0, Szx = 0, Szy = 0, Szz = 0;
+    P3 ptA = new P3();
+    P3 ptB = new P3();
+    for (int i = n + 1; --i >= 1;) {
+      P3 aij = centerAndPoints[0][i];
+      P3 bij = centerAndPoints[1][i];
+      ptA.sub2(aij, centerAndPoints[0][0]);
+      ptB.sub2(bij, centerAndPoints[0][1]);
+      Sxx += (double) ptA.x * (double) ptB.x;
+      Sxy += (double) ptA.x * (double) ptB.y;
+      Sxz += (double) ptA.x * (double) ptB.z;
+      Syx += (double) ptA.y * (double) ptB.x;
+      Syy += (double) ptA.y * (double) ptB.y;
+      Syz += (double) ptA.y * (double) ptB.z;
+      Szx += (double) ptA.z * (double) ptB.x;
+      Szy += (double) ptA.z * (double) ptB.y;
+      Szz += (double) ptA.z * (double) ptB.z;
+    }
+    retStddev[0] = getRmsd(centerAndPoints, q);
+    double[][] N = new double[4][4];
+    N[0][0] = Sxx + Syy + Szz;
+    N[0][1] = N[1][0] = Syz - Szy;
+    N[0][2] = N[2][0] = Szx - Sxz;
+    N[0][3] = N[3][0] = Sxy - Syx;
+
+    N[1][1] = Sxx - Syy - Szz;
+    N[1][2] = N[2][1] = Sxy + Syx;
+    N[1][3] = N[3][1] = Szx + Sxz;
+
+    N[2][2] = -Sxx + Syy - Szz;
+    N[2][3] = N[3][2] = Syz + Szy;
+
+    N[3][3] = -Sxx - Syy + Szz;
+
+    //this construction prevents JavaScript from requiring preloading of Eigen
+    
+    float[] v = ((EigenInterface) Interface.getInterface("javajs.util.Eigen"))
+        .setM(N).getEigenvectorsFloatTransposed()[3];
+    q = Quat.newP4(P4.new4(v[1], v[2], v[3], v[0]));
+    retStddev[1] = getRmsd(centerAndPoints, q);
+    return q;
+  }
+
+  /**
+   * Fills a 4x4 matrix with rotation-translation of mapped points A to B.
+   * If centerA is null, this is a standard 4x4 rotation-translation matrix;
+   * otherwise, this 4x4 matrix is a rotation around a vector through the center of ptsA,
+   * and centerA is filled with that center; 
+   * Prior to Jmol 14.3.12_2014.02.14, when used from the JmolScript compare() function,
+   * this method returned the second of these options instead of the first.
+   * 
+   * @param ptsA
+   * @param ptsB
+   * @param m  4x4 matrix to be returned 
+   * @param centerA return center of rotation; if null, then standard 4x4 matrix is returned
+   * @return stdDev
+   */
+  public static float getTransformMatrix4(Lst<P3> ptsA, Lst<P3> ptsB, M4 m,
+                                          P3 centerA) {
+    P3[] cptsA = getCenterAndPoints(ptsA);
+    P3[] cptsB = getCenterAndPoints(ptsB);
+    float[] retStddev = new float[2];
+    Quat q = calculateQuaternionRotation(new P3[][] { cptsA, cptsB },
+        retStddev);
+    M3 r = q.getMatrix();
+    if (centerA == null)
+      r.rotate(cptsA[0]);
+    else
+      centerA.setT(cptsA[0]);
+    V3 t = V3.newVsub(cptsB[0], cptsA[0]);
+    m.setMV(r, t);
+    return retStddev[1];
+  }
+
+  /**
+   * from a list of points, create an array that includes the center
+   * point as the first point. This array is used as a starting point for
+   * a quaternion analysis of superposition.
+   * 
+   * @param vPts
+   * @return  array of points with first point center
+   */
+       public static P3[] getCenterAndPoints(Lst<P3> vPts) {
+         int n = vPts.size();
+         P3[] pts = new P3[n + 1];
+         pts[0] = new P3();
+         if (n > 0) {
+           for (int i = 0; i < n; i++) {
+             pts[0].add(pts[i + 1] = vPts.get(i));
+           }
+           pts[0].scale(1f / n);
+         }
+         return pts;
+       }
+
+  public static float getRmsd(P3[][] centerAndPoints, Quat q) {
+    double sum2 = 0;
+    P3[] ptsA = centerAndPoints[0];
+    P3[] ptsB = centerAndPoints[1];
+    P3 cA = ptsA[0];
+    P3 cB = ptsB[0];
+    int n = ptsA.length - 1;
+    P3 ptAnew = new P3();
+    
+    for (int i = n + 1; --i >= 1;) {
+      ptAnew.sub2(ptsA[i], cA);
+      q.transform2(ptAnew, ptAnew).add(cB);
+      sum2 += ptAnew.distanceSquared(ptsB[i]);
+    }
+    return (float) Math.sqrt(sum2 / n);
+  }
+
+}