include/interpolator.h

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: interpolator.h,v 1.2 2001/03/21 21:45:31 kevin Exp $
   6 **
   7 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
   9 **  published by the Free Software Foundation.
  10 **
  11 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 **  GNU General Public License for more details.
  15 **
  16 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  18 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  19 ******************************************************************************/
  20
  21
  22 class CubicSplineInterpolator {
  23 private:
  24   double *m_pdY2;  // second differential of y data
  25
  26   const double* const m_pdY;
  27   const int m_n;
  28
  29 public:
  30   CubicSplineInterpolator (const double* const y, int n);
  31
  32   ~CubicSplineInterpolator ();
  33
  34   double interpolate (double x);
  35 };
  36
  37 class CubicPolyInterpolator {
  38 private:
  39   const double* const m_pdY;
  40   const int m_n;
  41
  42 public:
  43   CubicPolyInterpolator (const double* const y, int n);
  44
  45   ~CubicPolyInterpolator ();
  46
  47   double interpolate (double x);
  48 };
  49
  50
  51 template<class T>
  52 class BilinearInterpolator {
  53 private:
  54   T** const m_ppMatrix;
  55   const unsigned int m_nx;
  56   const unsigned int m_ny;
  57
  58 public:
  59   BilinearInterpolator (T** ppMatrix, unsigned int nx, unsigned int ny)
  60   : m_ppMatrix(ppMatrix), m_nx(nx), m_ny(ny)
  61   {}
  62
  63   T interpolate (double dXPos, double dYPos)
  64   {
  65     int iFloorX = floor (dXPos);
  66     int iFloorY = floor (dYPos);
  67     double dXFrac = dXPos - iFloorX;
  68     double dYFrac = dYPos - iFloorY;
  69
  70     T result = 0;
  71
  72     if (iFloorX < 0 || iFloorY < 0 || iFloorX > m_nx-1 || iFloorY > m_ny-1)
  73       result = 0;
  74     else if (iFloorX == m_nx - 1 && iFloorY == m_ny - 1)
  75       result = m_ppMatrix[m_nx-1][m_ny-1];
  76     else if (iFloorX == m_nx - 1)
  77       result = m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY] + dYFrac * (m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY+1] - m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY]);
  78     else if (iFloorY == m_ny - 1)
  79       result = m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY] + dXFrac * (m_ppMatrix[iFloorX+1][iFloorY] - m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY]);
  80     else
  81       result = (1 - dXFrac) * (1 - dYFrac) * m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY] +
  82         dXFrac * (1 - dYFrac) * m_ppMatrix[iFloorX+1][iFloorY] +
  83         dYFrac * (1 - dXFrac) * m_ppMatrix[iFloorX][iFloorY+1] +
  84         dXFrac * dYFrac * m_ppMatrix[iFloorX+1][iFloorY+1];
  85
  86     return result;
  87   }
  88 };
  89
  90
  91 template<class T>
  92 class LinearInterpolator {
  93 private:
  94   T* const m_pY;
  95   T* const m_pX;
  96   const unsigned int m_n;
  97
  98 public:
  99   LinearInterpolator (T* pY, unsigned int n)
 100   : m_pY(pY), m_pX(0), m_n(n)
 101   {}
 102
 103   LinearInterpolator (T* pY, T* pX, unsigned int n)
 104   : m_pY(pY), m_pX(pX), m_n(n)
 105   {}
 106
 107   double interpolate (double dX, int* piLastFloor = NULL)
 108   {
 109     double result = 0;
 110
 111     if (! m_pX) {
 112       if (dX == 0)
 113         result = m_pY[0];
 114       else if (dX < 0)
 115         result = 0;
 116       else if (dX == m_n - 1)
 117         result = m_pY[m_n-1];
 118       else if (dX > m_n - 1)
 119         result = 0;
 120       else {
 121        int iFloor = floor(dX);
 122        result = m_pY[iFloor] + (m_pY[iFloor+1] - m_pY[iFloor]) * (dX - iFloor);
 123       }
 124     } else {
 125       int iLower = -1;
 126       int iUpper = m_n;
 127       if (piLastFloor && *piLastFloor >= 0 && m_pX[*piLastFloor] < dX)
 128         iLower = *piLastFloor;
 129
 130       while (iUpper - iLower > 1) {
 131         int iMiddle = (iUpper + iLower) >> 1;
 132         if (dX >= m_pX[iMiddle])
 133           iLower = iMiddle;
 134         else
 135           iUpper = iMiddle;
 136       }
 137       if (dX == m_pX[0])
 138         result = m_pY[0];
 139       else if (dX < m_pX[0])
 140         result = 0;
 141       else if (dX == m_pX[m_n-1])
 142         result = m_pY[m_n-1];
 143       else if (dX > m_pX[m_n-1])
 144         result = 0;
 145       else {
 146         if (iLower < 0 || iLower >= m_n) {
 147           sys_error (ERR_SEVERE, "Coordinate out of range [linearInterpolate]");
 148           return 0;
 149         }
 150
 151        if (piLastFloor)
 152          *piLastFloor = iLower;
 153        result = m_pY[iLower] + (m_pY[iUpper] - m_pY[iLower]) * ((dX - m_pX[iLower]) / (m_pX[iUpper] - m_pX[iLower]));
 154       }
 155     }
 156
 157     return result;
 158   }
 159 };
 160