boost/geometry/srs/projections/proj/chamb.hpp

   1 // Boost.Geometry - gis-projections (based on PROJ4)
   2
   3 // Copyright (c) 2008-2015 Barend Gehrels, Amsterdam, the Netherlands.
   4
   5 // This file was modified by Oracle on 2017, 2018, 2019.
   6 // Modifications copyright (c) 2017-2019, Oracle and/or its affiliates.
   7 // Contributed and/or modified by Adam Wulkiewicz, on behalf of Oracle.
   8
   9 // Use, modification and distribution is subject to the Boost Software License,
  10 // Version 1.0. (See accompanying file LICENSE_1_0.txt or copy at
  11 // http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
  12
  13 // This file is converted from PROJ4, http://trac.osgeo.org/proj
  14 // PROJ4 is originally written by Gerald Evenden (then of the USGS)
  15 // PROJ4 is maintained by Frank Warmerdam
  16 // PROJ4 is converted to Boost.Geometry by Barend Gehrels
  17
  18 // Last updated version of proj: 5.0.0
  19
  20 // Original copyright notice:
  21
  22 // Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
  23 // copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
  24 // to deal in the Software without restriction, including without limitation
  25 // the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
  26 // and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
  27 // Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
  28
  29 // The above copyright notice and this permission notice shall be included
  30 // in all copies or substantial portions of the Software.
  31
  32 // THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS
  33 // OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  34 // FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
  35 // THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  36 // LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  37 // FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
  38 // DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  39
  40 #ifndef BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_CHAMB_HPP
  41 #define BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_CHAMB_HPP
  42
  43 #include <cstdio>
  44
  45 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/aasincos.hpp>
  46 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/base_static.hpp>
  47 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/base_dynamic.hpp>
  48 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/factory_entry.hpp>
  49 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/pj_param.hpp>
  50 #include <boost/geometry/srs/projections/impl/projects.hpp>
  51
  52 #include <boost/geometry/util/math.hpp>
  53
  54 namespace boost { namespace geometry
  55 {
  56
  57 namespace projections
  58 {
  59     #ifndef DOXYGEN_NO_DETAIL
  60     namespace detail { namespace chamb
  61     {
  62
  63             //static const double third = 0.333333333333333333;
  64             static const double tolerance = 1e-9;
  65
  66             // specific for 'chamb'
  67             template <typename T>
  68             struct vect_ra { T r, Az; };
  69             template <typename T>
  70             struct point_xy { T x, y; };
  71
  72             template <typename T>
  73             struct par_chamb
  74             {
  75                 struct { /* control point data */
  76                     T phi, lam;
  77                     T cosphi, sinphi;
  78                     vect_ra<T> v;
  79                     point_xy<T> p;
  80                     T Az;
  81                 } c[3];
  82                 point_xy<T> p;
  83                 T beta_0, beta_1, beta_2;
  84             };
  85
  86             /* distance and azimuth from point 1 to point 2 */
  87             template <typename T>
  88             inline vect_ra<T> vect(T const& dphi, T const& c1, T const& s1, T const& c2, T const& s2, T const& dlam)
  89             {
  90                 vect_ra<T> v;
  91                 T cdl, dp, dl;
  92
  93                 cdl = cos(dlam);
  94                 if (fabs(dphi) > 1. || fabs(dlam) > 1.)
  95                     v.r = aacos(s1 * s2 + c1 * c2 * cdl);
  96                 else { /* more accurate for smaller distances */
  97                     dp = sin(.5 * dphi);
  98                     dl = sin(.5 * dlam);
  99                     v.r = 2. * aasin(sqrt(dp * dp + c1 * c2 * dl * dl));
 100                 }
 101                 if (fabs(v.r) > tolerance)
 102                     v.Az = atan2(c2 * sin(dlam), c1 * s2 - s1 * c2 * cdl);
 103                 else
 104                     v.r = v.Az = 0.;
 105                 return v;
 106             }
 107
 108             /* law of cosines */
 109             template <typename T>
 110             inline T lc(T const& b, T const& c, T const& a)
 111             {
 112                 return aacos(.5 * (b * b + c * c - a * a) / (b * c));
 113             }
 114
 115             template <typename T, typename Parameters>
 116             struct base_chamb_spheroid
 117             {
 118                 par_chamb<T> m_proj_parm;
 119
 120                 // FORWARD(s_forward)  spheroid
 121                 // Project coordinates from geographic (lon, lat) to cartesian (x, y)
 122                 inline void fwd(Parameters const& , T const& lp_lon, T const& lp_lat, T& xy_x, T& xy_y) const
 123                 {
 124                     static const T third = detail::third<T>();
 125
 126                     T sinphi, cosphi, a;
 127                     vect_ra<T> v[3];
 128                     int i, j;
 129
 130                     sinphi = sin(lp_lat);
 131                     cosphi = cos(lp_lat);
 132                     for (i = 0; i < 3; ++i) { /* dist/azimiths from control */
 133                         v[i] = vect(lp_lat - this->m_proj_parm.c[i].phi, this->m_proj_parm.c[i].cosphi, this->m_proj_parm.c[i].sinphi,
 134                             cosphi, sinphi, lp_lon - this->m_proj_parm.c[i].lam);
 135                         if (v[i].r == 0.0)
 136                             break;
 137                         v[i].Az = adjlon(v[i].Az - this->m_proj_parm.c[i].v.Az);
 138                     }
 139                     if (i < 3) /* current point at control point */
 140                         { xy_x = this->m_proj_parm.c[i].p.x; xy_y = this->m_proj_parm.c[i].p.y; }
 141                     else { /* point mean of intersepts */
 142                         { xy_x = this->m_proj_parm.p.x; xy_y = this->m_proj_parm.p.y; }
 143                         for (i = 0; i < 3; ++i) {
 144                             j = i == 2 ? 0 : i + 1;
 145                             a = lc(this->m_proj_parm.c[i].v.r, v[i].r, v[j].r);
 146                             if (v[i].Az < 0.)
 147                                 a = -a;
 148                             if (! i) { /* coord comp unique to each arc */
 149                                 xy_x += v[i].r * cos(a);
 150                                 xy_y -= v[i].r * sin(a);
 151                             } else if (i == 1) {
 152                                 a = this->m_proj_parm.beta_1 - a;
 153                                 xy_x -= v[i].r * cos(a);
 154                                 xy_y -= v[i].r * sin(a);
 155                             } else {
 156                                 a = this->m_proj_parm.beta_2 - a;
 157                                 xy_x += v[i].r * cos(a);
 158                                 xy_y += v[i].r * sin(a);
 159                             }
 160                         }
 161                         xy_x *= third; /* mean of arc intercepts */
 162                         xy_y *= third;
 163                     }
 164                 }
 165
 166                 static inline std::string get_name()
 167                 {
 168                     return "chamb_spheroid";
 169                 }
 170
 171             };
 172
 173             template <typename T>
 174             inline T chamb_init_lat(srs::detail::proj4_parameters const& params, int i)
 175             {
 176                 static const std::string lat[3] = {"lat_1", "lat_2", "lat_3"};
 177                 return _pj_get_param_r<T>(params, lat[i]);
 178             }
 179             template <typename T>
 180             inline T chamb_init_lat(srs::dpar::parameters<T> const& params, int i)
 181             {
 182                 static const srs::dpar::name_r lat[3] = {srs::dpar::lat_1, srs::dpar::lat_2, srs::dpar::lat_3};
 183                 return _pj_get_param_r<T>(params, lat[i]);
 184             }
 185
 186             template <typename T>
 187             inline T chamb_init_lon(srs::detail::proj4_parameters const& params, int i)
 188             {
 189                 static const std::string lon[3] = {"lon_1", "lon_2", "lon_3"};
 190                 return _pj_get_param_r<T>(params, lon[i]);
 191             }
 192             template <typename T>
 193             inline T chamb_init_lon(srs::dpar::parameters<T> const& params, int i)
 194             {
 195                 static const srs::dpar::name_r lon[3] = {srs::dpar::lon_1, srs::dpar::lon_2, srs::dpar::lon_3};
 196                 return _pj_get_param_r<T>(params, lon[i]);
 197             }
 198
 199             // Chamberlin Trimetric
 200             template <typename Params, typename Parameters, typename T>
 201             inline void setup_chamb(Params const& params, Parameters& par, par_chamb<T>& proj_parm)
 202             {
 203                 static const T pi = detail::pi<T>();
 204
 205                 int i, j;
 206
 207                 for (i = 0; i < 3; ++i) { /* get control point locations */
 208                     proj_parm.c[i].phi = chamb_init_lat<T>(params, i);
 209                     proj_parm.c[i].lam = chamb_init_lon<T>(params, i);
 210                     proj_parm.c[i].lam = adjlon(proj_parm.c[i].lam - par.lam0);
 211                     proj_parm.c[i].cosphi = cos(proj_parm.c[i].phi);
 212                     proj_parm.c[i].sinphi = sin(proj_parm.c[i].phi);
 213                 }
 214                 for (i = 0; i < 3; ++i) { /* inter ctl pt. distances and azimuths */
 215                     j = i == 2 ? 0 : i + 1;
 216                     proj_parm.c[i].v = vect(proj_parm.c[j].phi - proj_parm.c[i].phi, proj_parm.c[i].cosphi, proj_parm.c[i].sinphi,
 217                         proj_parm.c[j].cosphi, proj_parm.c[j].sinphi, proj_parm.c[j].lam - proj_parm.c[i].lam);
 218                     if (proj_parm.c[i].v.r == 0.0)
 219                         BOOST_THROW_EXCEPTION( projection_exception(error_control_point_no_dist) );
 220                     /* co-linearity problem ignored for now */
 221                 }
 222                 proj_parm.beta_0 = lc(proj_parm.c[0].v.r, proj_parm.c[2].v.r, proj_parm.c[1].v.r);
 223                 proj_parm.beta_1 = lc(proj_parm.c[0].v.r, proj_parm.c[1].v.r, proj_parm.c[2].v.r);
 224                 proj_parm.beta_2 = pi - proj_parm.beta_0;
 225                 proj_parm.p.y = 2. * (proj_parm.c[0].p.y = proj_parm.c[1].p.y = proj_parm.c[2].v.r * sin(proj_parm.beta_0));
 226                 proj_parm.c[2].p.y = 0.;
 227                 proj_parm.c[0].p.x = - (proj_parm.c[1].p.x = 0.5 * proj_parm.c[0].v.r);
 228                 proj_parm.p.x = proj_parm.c[2].p.x = proj_parm.c[0].p.x + proj_parm.c[2].v.r * cos(proj_parm.beta_0);
 229
 230                 par.es = 0.;
 231             }
 232
 233     }} // namespace detail::chamb
 234     #endif // doxygen
 235
 236     /*!
 237         \brief Chamberlin Trimetric projection
 238         \ingroup projections
 239         \tparam Geographic latlong point type
 240         \tparam Cartesian xy point type
 241         \tparam Parameters parameter type
 242         \par Projection characteristics
 243          - Miscellaneous
 244          - Spheroid
 245          - no inverse
 246         \par Projection parameters
 247          - lat_1: Latitude of control point 1 (degrees)
 248          - lon_1: Longitude of control point 1 (degrees)
 249          - lat_2: Latitude of control point 2 (degrees)
 250          - lon_2: Longitude of control point 2 (degrees)
 251          - lat_3: Latitude of control point 3 (degrees)
 252          - lon_3: Longitude of control point 3 (degrees)
 253         \par Example
 254         \image html ex_chamb.gif
 255     */
 256     template <typename T, typename Parameters>
 257     struct chamb_spheroid : public detail::chamb::base_chamb_spheroid<T, Parameters>
 258     {
 259         template <typename Params>
 260         inline chamb_spheroid(Params const& params, Parameters & par)
 261         {
 262             detail::chamb::setup_chamb(params, par, this->m_proj_parm);
 263         }
 264     };
 265
 266     #ifndef DOXYGEN_NO_DETAIL
 267     namespace detail
 268     {
 269
 270         // Static projection
 271         BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_DETAIL_STATIC_PROJECTION_F(srs::spar::proj_chamb, chamb_spheroid)
 272
 273         // Factory entry(s)
 274         BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_DETAIL_FACTORY_ENTRY_F(chamb_entry, chamb_spheroid)
 275
 276         BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_DETAIL_FACTORY_INIT_BEGIN(chamb_init)
 277         {
 278             BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_DETAIL_FACTORY_INIT_ENTRY(chamb, chamb_entry);
 279         }
 280
 281     } // namespace detail
 282     #endif // doxygen
 283
 284 } // namespace projections
 285
 286 }} // namespace boost::geometry
 287
 288 #endif // BOOST_GEOMETRY_PROJECTIONS_CHAMB_HPP
 289