Merge branch 'bug/JAL-4214_system_freeze_when_opening_file_using_gui_in_linux' into...
[jalview.git] / src / jalview / math / RotatableMatrix.java
index eff8dea..ea67f48 100755 (executable)
-/*\r
- * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer\r
- * Copyright (C) 2007 AM Waterhouse, J Procter, G Barton, M Clamp, S Searle\r
- *\r
- * This program is free software; you can redistribute it and/or\r
- * modify it under the terms of the GNU General Public License\r
- * as published by the Free Software Foundation; either version 2\r
- * of the License, or (at your option) any later version.\r
- *\r
- * This program is distributed in the hope that it will be useful,\r
- * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of\r
- * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the\r
- * GNU General Public License for more details.\r
- *\r
- * You should have received a copy of the GNU General Public License\r
- * along with this program; if not, write to the Free Software\r
- * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA\r
- */\r
-package jalview.math;\r
-\r
-/**\r
- * DOCUMENT ME!\r
- *\r
- * @author $author$\r
- * @version $Revision$\r
- */\r
-public class RotatableMatrix\r
-{\r
-  float[][] matrix;\r
-  float[] temp;\r
-  float[][] rot;\r
-\r
-  /**\r
-   * Creates a new RotatableMatrix object.\r
-   *\r
-   * @param rows DOCUMENT ME!\r
-   * @param cols DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public RotatableMatrix(int rows, int cols)\r
-  {\r
-    matrix = new float[rows][cols];\r
-\r
-    temp = new float[3];\r
-\r
-    rot = new float[3][3];\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param i DOCUMENT ME!\r
-   * @param j DOCUMENT ME!\r
-   * @param value DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void addElement(int i, int j, float value)\r
-  {\r
-    matrix[i][j] = value;\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void print()\r
-  {\r
-    System.out.println(matrix[0][0] + " " + matrix[0][1] + " " +\r
-                       matrix[0][2]);\r
-\r
-    System.out.println(matrix[1][0] + " " + matrix[1][1] + " " +\r
-                       matrix[1][2]);\r
-\r
-    System.out.println(matrix[2][0] + " " + matrix[2][1] + " " +\r
-                       matrix[2][2]);\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param degrees DOCUMENT ME!\r
-   * @param axis DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void rotate(float degrees, char axis)\r
-  {\r
-    float costheta = (float) Math.cos( (degrees * Math.PI) / (float) 180.0);\r
-\r
-    float sintheta = (float) Math.sin( (degrees * Math.PI) / (float) 180.0);\r
-\r
-    if (axis == 'z')\r
-    {\r
-      rot[0][0] = (float) costheta;\r
-\r
-      rot[0][1] = (float) - sintheta;\r
-\r
-      rot[0][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[1][0] = (float) sintheta;\r
-\r
-      rot[1][1] = (float) costheta;\r
-\r
-      rot[1][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][1] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][2] = (float) 1.0;\r
-\r
-      preMultiply(rot);\r
-    }\r
-\r
-    if (axis == 'x')\r
-    {\r
-      rot[0][0] = (float) 1.0;\r
-\r
-      rot[0][1] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[0][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[1][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[1][1] = (float) costheta;\r
-\r
-      rot[1][2] = (float) sintheta;\r
-\r
-      rot[2][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][1] = (float) - sintheta;\r
-\r
-      rot[2][2] = (float) costheta;\r
-\r
-      preMultiply(rot);\r
-    }\r
-\r
-    if (axis == 'y')\r
-    {\r
-      rot[0][0] = (float) costheta;\r
-\r
-      rot[0][1] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[0][2] = (float) - sintheta;\r
-\r
-      rot[1][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[1][1] = (float) 1.0;\r
-\r
-      rot[1][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][0] = (float) sintheta;\r
-\r
-      rot[2][1] = (float) 0.0;\r
-\r
-      rot[2][2] = (float) costheta;\r
-\r
-      preMultiply(rot);\r
-    }\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param vect DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @return DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public float[] vectorMultiply(float[] vect)\r
-  {\r
-    temp[0] = vect[0];\r
-\r
-    temp[1] = vect[1];\r
-\r
-    temp[2] = vect[2];\r
-\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++)\r
-    {\r
-      temp[i] = (matrix[i][0] * vect[0]) + (matrix[i][1] * vect[1]) +\r
-          (matrix[i][2] * vect[2]);\r
-    }\r
-\r
-    vect[0] = temp[0];\r
-\r
-    vect[1] = temp[1];\r
-\r
-    vect[2] = temp[2];\r
-\r
-    return vect;\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param mat DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void preMultiply(float[][] mat)\r
-  {\r
-    float[][] tmp = new float[3][3];\r
-\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++)\r
-    {\r
-      for (int j = 0; j < 3; j++)\r
-      {\r
-        tmp[i][j] = (mat[i][0] * matrix[0][j]) +\r
-            (mat[i][1] * matrix[1][j]) + (mat[i][2] * matrix[2][j]);\r
-      }\r
-    }\r
-\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++)\r
-    {\r
-      for (int j = 0; j < 3; j++)\r
-      {\r
-        matrix[i][j] = tmp[i][j];\r
-      }\r
-    }\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param mat DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void postMultiply(float[][] mat)\r
-  {\r
-    float[][] tmp = new float[3][3];\r
-\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++)\r
-    {\r
-      for (int j = 0; j < 3; j++)\r
-      {\r
-        tmp[i][j] = (matrix[i][0] * mat[0][j]) +\r
-            (matrix[i][1] * mat[1][j]) + (matrix[i][2] * mat[2][j]);\r
-      }\r
-    }\r
-\r
-    for (int i = 0; i < 3; i++)\r
-    {\r
-      for (int j = 0; j < 3; j++)\r
-      {\r
-        matrix[i][j] = tmp[i][j];\r
-      }\r
-    }\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   *\r
-   * @param args DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public static void main(String[] args)\r
-  {\r
-    RotatableMatrix m = new RotatableMatrix(3, 3);\r
-\r
-    m.addElement(0, 0, 1);\r
-\r
-    m.addElement(0, 1, 0);\r
-\r
-    m.addElement(0, 2, 0);\r
-\r
-    m.addElement(1, 0, 0);\r
-\r
-    m.addElement(1, 1, 2);\r
-\r
-    m.addElement(1, 2, 0);\r
-\r
-    m.addElement(2, 0, 0);\r
-\r
-    m.addElement(2, 1, 0);\r
-\r
-    m.addElement(2, 2, 1);\r
-\r
-    m.print();\r
-\r
-    RotatableMatrix n = new RotatableMatrix(3, 3);\r
-\r
-    n.addElement(0, 0, 2);\r
-\r
-    n.addElement(0, 1, 1);\r
-\r
-    n.addElement(0, 2, 1);\r
-\r
-    n.addElement(1, 0, 2);\r
-\r
-    n.addElement(1, 1, 1);\r
-\r
-    n.addElement(1, 2, 1);\r
-\r
-    n.addElement(2, 0, 2);\r
-\r
-    n.addElement(2, 1, 1);\r
-\r
-    n.addElement(2, 2, 1);\r
-\r
-    n.print();\r
-\r
-    //m.postMultiply(n.matrix);\r
-    //m.print();\r
-    //     m.rotate(45,'z',new RotatableMatrix(3,3));\r
-    float[] vect = new float[3];\r
-\r
-    vect[0] = 2;\r
-\r
-    vect[1] = 4;\r
-\r
-    vect[2] = 6;\r
-\r
-    vect = m.vectorMultiply(vect);\r
-\r
-    System.out.println(vect[0] + " " + vect[1] + " " + vect[2]);\r
-  }\r
-\r
-  /**\r
-   * DOCUMENT ME!\r
-   */\r
-  public void setIdentity()\r
-  {\r
-    matrix[0][0] = (float) 1.0;\r
-\r
-    matrix[1][1] = (float) 1.0;\r
-\r
-    matrix[2][2] = (float) 1.0;\r
-\r
-    matrix[0][1] = (float) 0.0;\r
-\r
-    matrix[0][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-    matrix[1][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-    matrix[1][2] = (float) 0.0;\r
-\r
-    matrix[2][0] = (float) 0.0;\r
-\r
-    matrix[2][1] = (float) 0.0;\r
-  }\r
-}\r
+/*
+ * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
+ * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
+ * 
+ * This file is part of Jalview.
+ * 
+ * Jalview 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 3
+ * of the License, or (at your option) any later version.
+ *  
+ * Jalview 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 General Public License for more details.
+ * 
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
+ */
+package jalview.math;
+
+import jalview.datamodel.Point;
+
+import java.io.PrintStream;
+import java.util.HashMap;
+import java.util.Map;
+
+/**
+ * Model for a 3x3 matrix which provides methods for rotation in 3-D space
+ */
+public class RotatableMatrix
+{
+  private static final int DIMS = 3;
+
+  /*
+   * cache the most used rotations: +/- 1, 2, 3, 4 degrees around x or y axis
+   */
+  private static Map<Axis, Map<Float, float[][]>> cachedRotations;
+
+  static
+  {
+    cachedRotations = new HashMap<>();
+    for (Axis axis : Axis.values())
+    {
+      HashMap<Float, float[][]> map = new HashMap<>();
+      cachedRotations.put(axis, map);
+      for (int deg = 1; deg < 5; deg++)
+      {
+        float[][] rotation = getRotation(deg, axis);
+        map.put(Float.valueOf(deg), rotation);
+        rotation = getRotation(-deg, axis);
+        map.put(Float.valueOf(-deg), rotation);
+      }
+    }
+  }
+
+  public enum Axis
+  {
+    X, Y, Z
+  }
+
+  float[][] matrix;
+
+  /**
+   * Constructor creates a new identity matrix (all values zero except for 1 on
+   * the diagonal)
+   */
+  public RotatableMatrix()
+  {
+    matrix = new float[DIMS][DIMS];
+    for (int j = 0; j < DIMS; j++)
+    {
+      matrix[j][j] = 1f;
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Sets the value at position (i, j) of the matrix
+   * 
+   * @param i
+   * @param j
+   * @param value
+   */
+  public void setValue(int i, int j, float value)
+  {
+    matrix[i][j] = value;
+  }
+
+  /**
+   * Answers the value at position (i, j) of the matrix
+   * 
+   * @param i
+   * @param j
+   * @return
+   */
+  public float getValue(int i, int j)
+  {
+    return matrix[i][j];
+  }
+
+  /**
+   * Prints the matrix in rows of space-delimited values
+   */
+  public void print(PrintStream ps)
+  {
+    ps.println(matrix[0][0] + " " + matrix[0][1] + " " + matrix[0][2]);
+    ps.println(matrix[1][0] + " " + matrix[1][1] + " " + matrix[1][2]);
+    ps.println(matrix[2][0] + " " + matrix[2][1] + " " + matrix[2][2]);
+  }
+
+  /**
+   * Rotates the matrix through the specified number of degrees around the
+   * specified axis
+   * 
+   * @param degrees
+   * @param axis
+   */
+  public void rotate(float degrees, Axis axis)
+  {
+    float[][] rot = getRotation(degrees, axis);
+
+    preMultiply(rot);
+  }
+
+  /**
+   * Answers a matrix which, when it pre-multiplies another matrix, applies a
+   * rotation of the specified number of degrees around the specified axis
+   * 
+   * @param degrees
+   * @param axis
+   * @return
+   * @see https://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_matrix#Basic_rotations
+   */
+  protected static float[][] getRotation(float degrees, Axis axis)
+  {
+    Float floatValue = Float.valueOf(degrees);
+    if (cachedRotations.get(axis).containsKey(floatValue))
+    {
+      // jalview.bin.Console.outPrintln("getRotation from cache: " + (int) degrees);
+      return cachedRotations.get(axis).get(floatValue);
+    }
+
+    float costheta = (float) Math.cos(degrees * Math.PI / 180f);
+
+    float sintheta = (float) Math.sin(degrees * Math.PI / 180f);
+
+    float[][] rot = new float[DIMS][DIMS];
+
+    switch (axis)
+    {
+    case X:
+      rot[0][0] = 1f;
+      rot[1][1] = costheta;
+      rot[1][2] = sintheta;
+      rot[2][1] = -sintheta;
+      rot[2][2] = costheta;
+      break;
+    case Y:
+      rot[0][0] = costheta;
+      rot[0][2] = -sintheta;
+      rot[1][1] = 1f;
+      rot[2][0] = sintheta;
+      rot[2][2] = costheta;
+      break;
+    case Z:
+      rot[0][0] = costheta;
+      rot[0][1] = -sintheta;
+      rot[1][0] = sintheta;
+      rot[1][1] = costheta;
+      rot[2][2] = 1f;
+      break;
+    }
+    return rot;
+  }
+
+  /**
+   * Answers a new array of float values which is the result of pre-multiplying
+   * this matrix by the given vector. Each value of the result is the dot
+   * product of the vector with one column of this matrix. The matrix and input
+   * vector are not modified.
+   * 
+   * @param vect
+   * 
+   * @return
+   */
+  public float[] vectorMultiply(float[] vect)
+  {
+    float[] result = new float[DIMS];
+
+    for (int i = 0; i < DIMS; i++)
+    {
+      result[i] = (matrix[i][0] * vect[0]) + (matrix[i][1] * vect[1])
+              + (matrix[i][2] * vect[2]);
+    }
+
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Performs pre-multiplication of this matrix by the given one. Value (i, j)
+   * of the result is the dot product of the i'th row of <code>mat</code> with
+   * the j'th column of this matrix.
+   * 
+   * @param mat
+   */
+  public void preMultiply(float[][] mat)
+  {
+    float[][] tmp = new float[DIMS][DIMS];
+
+    for (int i = 0; i < DIMS; i++)
+    {
+      for (int j = 0; j < DIMS; j++)
+      {
+        tmp[i][j] = (mat[i][0] * matrix[0][j]) + (mat[i][1] * matrix[1][j])
+                + (mat[i][2] * matrix[2][j]);
+      }
+    }
+
+    matrix = tmp;
+  }
+
+  /**
+   * Performs post-multiplication of this matrix by the given one. Value (i, j)
+   * of the result is the dot product of the i'th row of this matrix with the
+   * j'th column of <code>mat</code>.
+   * 
+   * @param mat
+   */
+  public void postMultiply(float[][] mat)
+  {
+    float[][] tmp = new float[DIMS][DIMS];
+
+    for (int i = 0; i < DIMS; i++)
+    {
+      for (int j = 0; j < DIMS; j++)
+      {
+        tmp[i][j] = (matrix[i][0] * mat[0][j]) + (matrix[i][1] * mat[1][j])
+                + (matrix[i][2] * mat[2][j]);
+      }
+    }
+
+    matrix = tmp;
+  }
+
+  /**
+   * Performs a vector multiplication whose result is the Point representing the
+   * input point's value vector post-multiplied by this matrix.
+   * 
+   * @param coord
+   * @return
+   */
+  public Point vectorMultiply(Point coord)
+  {
+    float[] v = vectorMultiply(new float[] { coord.x, coord.y, coord.z });
+    return new Point(v[0], v[1], v[2]);
+  }
+}