Merge pull request #4570 from german77/motionInput
input_common: Add a basic class for motion devices
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		| @@ -36,6 +36,36 @@ public: | |||||||
|         T length = std::sqrt(xyz.Length2() + w * w); |         T length = std::sqrt(xyz.Length2() + w * w); | ||||||
|         return {xyz / length, w / length}; |         return {xyz / length, w / length}; | ||||||
|     } |     } | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     [[nodiscard]] std::array<decltype(-T{}), 16> ToMatrix() const { | ||||||
|  |         const T x2 = xyz[0] * xyz[0]; | ||||||
|  |         const T y2 = xyz[1] * xyz[1]; | ||||||
|  |         const T z2 = xyz[2] * xyz[2]; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         const T xy = xyz[0] * xyz[1]; | ||||||
|  |         const T wz = w * xyz[2]; | ||||||
|  |         const T xz = xyz[0] * xyz[2]; | ||||||
|  |         const T wy = w * xyz[1]; | ||||||
|  |         const T yz = xyz[1] * xyz[2]; | ||||||
|  |         const T wx = w * xyz[0]; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         return {1.0f - 2.0f * (y2 + z2), | ||||||
|  |                 2.0f * (xy + wz), | ||||||
|  |                 2.0f * (xz - wy), | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 2.0f * (xy - wz), | ||||||
|  |                 1.0f - 2.0f * (x2 + z2), | ||||||
|  |                 2.0f * (yz + wx), | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 2.0f * (xz + wy), | ||||||
|  |                 2.0f * (yz - wx), | ||||||
|  |                 1.0f - 2.0f * (x2 + y2), | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 0.0f, | ||||||
|  |                 1.0f}; | ||||||
|  |     } | ||||||
| }; | }; | ||||||
|  |  | ||||||
| template <typename T> | template <typename T> | ||||||
|   | |||||||
| @@ -7,6 +7,8 @@ add_library(input_common STATIC | |||||||
|     main.h |     main.h | ||||||
|     motion_emu.cpp |     motion_emu.cpp | ||||||
|     motion_emu.h |     motion_emu.h | ||||||
|  |     motion_input.cpp | ||||||
|  |     motion_input.h | ||||||
|     settings.cpp |     settings.cpp | ||||||
|     settings.h |     settings.h | ||||||
|     touch_from_button.cpp |     touch_from_button.cpp | ||||||
|   | |||||||
							
								
								
									
										176
									
								
								src/input_common/motion_input.cpp
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										176
									
								
								src/input_common/motion_input.cpp
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @@ -0,0 +1,176 @@ | |||||||
|  | #include "input_common/motion_input.h" | ||||||
|  |  | ||||||
|  | namespace InputCommon { | ||||||
|  |  | ||||||
|  | MotionInput::MotionInput(f32 new_kp, f32 new_ki, f32 new_kd) | ||||||
|  |     : kp(new_kp), ki(new_ki), kd(new_kd), quat{{0, 0, -1}, 0} {} | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::SetAcceleration(const Common::Vec3f& acceleration) { | ||||||
|  |     accel = acceleration; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::SetGyroscope(const Common::Vec3f& gyroscope) { | ||||||
|  |     gyro = gyroscope - gyro_drift; | ||||||
|  |     if (gyro.Length2() < gyro_threshold) { | ||||||
|  |         gyro = {}; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::SetQuaternion(const Common::Quaternion<f32>& quaternion) { | ||||||
|  |     quat = quaternion; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::SetGyroDrift(const Common::Vec3f& drift) { | ||||||
|  |     gyro_drift = drift; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::SetGyroThreshold(f32 threshold) { | ||||||
|  |     gyro_threshold = threshold; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::EnableReset(bool reset) { | ||||||
|  |     reset_enabled = reset; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::ResetRotations() { | ||||||
|  |     rotations = {}; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | bool MotionInput::IsMoving(f32 sensitivity) const { | ||||||
|  |     return gyro.Length() >= sensitivity || accel.Length() <= 0.9f || accel.Length() >= 1.1f; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | bool MotionInput::IsCalibrated(f32 sensitivity) const { | ||||||
|  |     return real_error.Length() < sensitivity; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::UpdateRotation(u64 elapsed_time) { | ||||||
|  |     const f32 sample_period = elapsed_time / 1000000.0f; | ||||||
|  |     if (sample_period > 0.1f) { | ||||||
|  |         return; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |     rotations += gyro * sample_period; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::UpdateOrientation(u64 elapsed_time) { | ||||||
|  |     if (!IsCalibrated(0.1f)) { | ||||||
|  |         ResetOrientation(); | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |     // Short name local variable for readability | ||||||
|  |     f32 q1 = quat.w; | ||||||
|  |     f32 q2 = quat.xyz[0]; | ||||||
|  |     f32 q3 = quat.xyz[1]; | ||||||
|  |     f32 q4 = quat.xyz[2]; | ||||||
|  |     const f32 sample_period = elapsed_time / 1000000.0f; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     // ignore invalid elapsed time | ||||||
|  |     if (sample_period > 0.1f) { | ||||||
|  |         return; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     const auto normal_accel = accel.Normalized(); | ||||||
|  |     auto rad_gyro = gyro * 3.1415926535f * 2; | ||||||
|  |     const f32 swap = rad_gyro.x; | ||||||
|  |     rad_gyro.x = rad_gyro.y; | ||||||
|  |     rad_gyro.y = -swap; | ||||||
|  |     rad_gyro.z = -rad_gyro.z; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     // Ignore drift correction if acceleration is not reliable | ||||||
|  |     if (accel.Length() >= 0.75f && accel.Length() <= 1.25f) { | ||||||
|  |         const f32 ax = -normal_accel.x; | ||||||
|  |         const f32 ay = normal_accel.y; | ||||||
|  |         const f32 az = -normal_accel.z; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         // Estimated direction of gravity | ||||||
|  |         const f32 vx = 2.0f * (q2 * q4 - q1 * q3); | ||||||
|  |         const f32 vy = 2.0f * (q1 * q2 + q3 * q4); | ||||||
|  |         const f32 vz = q1 * q1 - q2 * q2 - q3 * q3 + q4 * q4; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         // Error is cross product between estimated direction and measured direction of gravity | ||||||
|  |         const Common::Vec3f new_real_error = {az * vx - ax * vz, ay * vz - az * vy, | ||||||
|  |                                               ax * vy - ay * vx}; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         derivative_error = new_real_error - real_error; | ||||||
|  |         real_error = new_real_error; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         // Prevent integral windup | ||||||
|  |         if (ki != 0.0f && !IsCalibrated(0.05f)) { | ||||||
|  |             integral_error += real_error; | ||||||
|  |         } else { | ||||||
|  |             integral_error = {}; | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |  | ||||||
|  |         // Apply feedback terms | ||||||
|  |         rad_gyro += kp * real_error; | ||||||
|  |         rad_gyro += ki * integral_error; | ||||||
|  |         rad_gyro += kd * derivative_error; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     const f32 gx = rad_gyro.y; | ||||||
|  |     const f32 gy = rad_gyro.x; | ||||||
|  |     const f32 gz = rad_gyro.z; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     // Integrate rate of change of quaternion | ||||||
|  |     const f32 pa = q2; | ||||||
|  |     const f32 pb = q3; | ||||||
|  |     const f32 pc = q4; | ||||||
|  |     q1 = q1 + (-q2 * gx - q3 * gy - q4 * gz) * (0.5f * sample_period); | ||||||
|  |     q2 = pa + (q1 * gx + pb * gz - pc * gy) * (0.5f * sample_period); | ||||||
|  |     q3 = pb + (q1 * gy - pa * gz + pc * gx) * (0.5f * sample_period); | ||||||
|  |     q4 = pc + (q1 * gz + pa * gy - pb * gx) * (0.5f * sample_period); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     quat.w = q1; | ||||||
|  |     quat.xyz[0] = q2; | ||||||
|  |     quat.xyz[1] = q3; | ||||||
|  |     quat.xyz[2] = q4; | ||||||
|  |     quat = quat.Normalized(); | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | std::array<Common::Vec3f, 3> MotionInput::GetOrientation() const { | ||||||
|  |     const Common::Quaternion<float> quad{ | ||||||
|  |         .xyz = {-quat.xyz[1], -quat.xyz[0], -quat.w}, | ||||||
|  |         .w = -quat.xyz[2], | ||||||
|  |     }; | ||||||
|  |     const std::array<float, 16> matrix4x4 = quad.ToMatrix(); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     return {Common::Vec3f(matrix4x4[0], matrix4x4[1], -matrix4x4[2]), | ||||||
|  |             Common::Vec3f(matrix4x4[4], matrix4x4[5], -matrix4x4[6]), | ||||||
|  |             Common::Vec3f(-matrix4x4[8], -matrix4x4[9], matrix4x4[10])}; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | Common::Vec3f MotionInput::GetAcceleration() const { | ||||||
|  |     return accel; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | Common::Vec3f MotionInput::GetGyroscope() const { | ||||||
|  |     return gyro; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | Common::Quaternion<f32> MotionInput::GetQuaternion() const { | ||||||
|  |     return quat; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | Common::Vec3f MotionInput::GetRotations() const { | ||||||
|  |     return rotations; | ||||||
|  | } | ||||||
|  |  | ||||||
|  | void MotionInput::ResetOrientation() { | ||||||
|  |     if (!reset_enabled) { | ||||||
|  |         return; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |     if (!IsMoving(0.5f) && accel.z <= -0.9f) { | ||||||
|  |         ++reset_counter; | ||||||
|  |         if (reset_counter > 900) { | ||||||
|  |             // TODO: calculate quaternion from gravity vector | ||||||
|  |             quat.w = 0; | ||||||
|  |             quat.xyz[0] = 0; | ||||||
|  |             quat.xyz[1] = 0; | ||||||
|  |             quat.xyz[2] = -1; | ||||||
|  |             integral_error = {}; | ||||||
|  |             reset_counter = 0; | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } else { | ||||||
|  |         reset_counter = 0; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | } | ||||||
|  | } // namespace InputCommon | ||||||
							
								
								
									
										68
									
								
								src/input_common/motion_input.h
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										68
									
								
								src/input_common/motion_input.h
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @@ -0,0 +1,68 @@ | |||||||
|  | // Copyright 2014 Dolphin Emulator Project | ||||||
|  | // Licensed under GPLv2+ | ||||||
|  | // Refer to the license.txt file included. | ||||||
|  |  | ||||||
|  | #pragma once | ||||||
|  |  | ||||||
|  | #include "common/common_types.h" | ||||||
|  | #include "common/quaternion.h" | ||||||
|  | #include "common/vector_math.h" | ||||||
|  |  | ||||||
|  | namespace InputCommon { | ||||||
|  |  | ||||||
|  | class MotionInput { | ||||||
|  | public: | ||||||
|  |     MotionInput(f32 new_kp, f32 new_ki, f32 new_kd); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     MotionInput(const MotionInput&) = default; | ||||||
|  |     MotionInput& operator=(const MotionInput&) = default; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     MotionInput(MotionInput&&) = default; | ||||||
|  |     MotionInput& operator=(MotionInput&&) = default; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     void SetAcceleration(const Common::Vec3f& acceleration); | ||||||
|  |     void SetGyroscope(const Common::Vec3f& acceleration); | ||||||
|  |     void SetQuaternion(const Common::Quaternion<f32>& quaternion); | ||||||
|  |     void SetGyroDrift(const Common::Vec3f& drift); | ||||||
|  |     void SetGyroThreshold(f32 threshold); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     void EnableReset(bool reset); | ||||||
|  |     void ResetRotations(); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     void UpdateRotation(u64 elapsed_time); | ||||||
|  |     void UpdateOrientation(u64 elapsed_time); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     std::array<Common::Vec3f, 3> GetOrientation() const; | ||||||
|  |     Common::Vec3f GetAcceleration() const; | ||||||
|  |     Common::Vec3f GetGyroscope() const; | ||||||
|  |     Common::Vec3f GetRotations() const; | ||||||
|  |     Common::Quaternion<f32> GetQuaternion() const; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     bool IsMoving(f32 sensitivity) const; | ||||||
|  |     bool IsCalibrated(f32 sensitivity) const; | ||||||
|  |  | ||||||
|  | private: | ||||||
|  |     void ResetOrientation(); | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     // PID constants | ||||||
|  |     const f32 kp; | ||||||
|  |     const f32 ki; | ||||||
|  |     const f32 kd; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     // PID errors | ||||||
|  |     Common::Vec3f real_error; | ||||||
|  |     Common::Vec3f integral_error; | ||||||
|  |     Common::Vec3f derivative_error; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     Common::Quaternion<f32> quat; | ||||||
|  |     Common::Vec3f rotations; | ||||||
|  |     Common::Vec3f accel; | ||||||
|  |     Common::Vec3f gyro; | ||||||
|  |     Common::Vec3f gyro_drift; | ||||||
|  |  | ||||||
|  |     f32 gyro_threshold = 0.0f; | ||||||
|  |     u32 reset_counter = 0; | ||||||
|  |     bool reset_enabled = true; | ||||||
|  | }; | ||||||
|  |  | ||||||
|  | } // namespace InputCommon | ||||||
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