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// Author of FLOAM: Wang Han
// Email wh200720041@gmail.com
// Homepage https://wanghan.pro
#include "lidarOptimization.h"
EdgeAnalyticCostFunction::EdgeAnalyticCostFunction(Eigen::Vector3d curr_point_, Eigen::Vector3d last_point_a_, Eigen::Vector3d last_point_b_)
: curr_point(curr_point_), last_point_a(last_point_a_), last_point_b(last_point_b_){
}
bool EdgeAnalyticCostFunction::Evaluate(double const *const *parameters, double *residuals, double **jacobians) const
{
Eigen::Map<const Eigen::Quaterniond> q_last_curr(parameters[0]);
Eigen::Map<const Eigen::Vector3d> t_last_curr(parameters[0] + 4);
Eigen::Vector3d lp;
lp = q_last_curr * curr_point + t_last_curr;
Eigen::Vector3d nu = (lp - last_point_a).cross(lp - last_point_b);
Eigen::Vector3d de = last_point_a - last_point_b;
double de_norm = de.norm();
residuals[0] = nu.norm()/de_norm;
if(jacobians != NULL)
{
if(jacobians[0] != NULL)
{
Eigen::Matrix3d skew_lp = skew(lp);
Eigen::Matrix<double, 3, 6> dp_by_se3;
dp_by_se3.block<3,3>(0,0) = -skew_lp;
(dp_by_se3.block<3,3>(0, 3)).setIdentity();
Eigen::Map<Eigen::Matrix<double, 1, 7, Eigen::RowMajor> > J_se3(jacobians[0]);
J_se3.setZero();
Eigen::Matrix3d skew_de = skew(de);
J_se3.block<1,6>(0,0) = - nu.transpose() / nu.norm() * skew_de * dp_by_se3/de_norm;
}
}
return true;
}
SurfNormAnalyticCostFunction::SurfNormAnalyticCostFunction(Eigen::Vector3d curr_point_, Eigen::Vector3d plane_unit_norm_, double negative_OA_dot_norm_)
: curr_point(curr_point_), plane_unit_norm(plane_unit_norm_), negative_OA_dot_norm(negative_OA_dot_norm_){
}
bool SurfNormAnalyticCostFunction::Evaluate(double const *const *parameters, double *residuals, double **jacobians) const
{
Eigen::Map<const Eigen::Quaterniond> q_w_curr(parameters[0]);
Eigen::Map<const Eigen::Vector3d> t_w_curr(parameters[0] + 4);
Eigen::Vector3d point_w = q_w_curr * curr_point + t_w_curr;
residuals[0] = plane_unit_norm.dot(point_w) + negative_OA_dot_norm;
if(jacobians != NULL)
{
if(jacobians[0] != NULL)
{
Eigen::Matrix3d skew_point_w = skew(point_w);
Eigen::Matrix<double, 3, 6> dp_by_se3;
dp_by_se3.block<3,3>(0,0) = -skew_point_w;
(dp_by_se3.block<3,3>(0, 3)).setIdentity();
Eigen::Map<Eigen::Matrix<double, 1, 7, Eigen::RowMajor> > J_se3(jacobians[0]);
J_se3.setZero();
J_se3.block<1,6>(0,0) = plane_unit_norm.transpose() * dp_by_se3;
}
}
return true;
}
#if CERES_VERSION_MAJOR >= 3 || (CERES_VERSION_MAJOR >= 2 && CERES_VERSION_MINOR >= 1)
bool PoseSE3Parameterization::Plus(const double *x, const double *delta, double *x_plus_delta) const
{
Eigen::Map<const Eigen::Vector3d> trans(x + 4);
Eigen::Quaterniond delta_q;
Eigen::Vector3d delta_t;
getTransformFromSe3(Eigen::Map<const Eigen::Matrix<double,6,1>>(delta), delta_q, delta_t);
Eigen::Map<const Eigen::Quaterniond> quater(x);
Eigen::Map<Eigen::Quaterniond> quater_plus(x_plus_delta);
Eigen::Map<Eigen::Vector3d> trans_plus(x_plus_delta + 4);
quater_plus = delta_q * quater;
trans_plus = delta_q * trans + delta_t;
return true;
}
bool PoseSE3Parameterization::Minus(const double *x, const double *delta, double *x_minus_delta) const
{
Eigen::Map<const Eigen::Vector3d> trans(x + 4);
Eigen::Quaterniond delta_q;
Eigen::Vector3d delta_t;
getTransformFromSe3(Eigen::Map<const Eigen::Matrix<double,6,1>>(delta), delta_q, delta_t);
Eigen::Map<const Eigen::Quaterniond> quater(x);
Eigen::Map<Eigen::Quaterniond> quater_minus(x_minus_delta);
Eigen::Map<Eigen::Vector3d> trans_minus(x_minus_delta + 4);
quater_minus = delta_q.inverse() * quater;
trans_minus = delta_q.inverse() * trans - delta_t;
return true;
}
bool PoseSE3Parameterization::PlusJacobian(const double *x, double *jacobian) const
{
Eigen::Map<Eigen::Matrix<double, 7, 6, Eigen::RowMajor>> j(jacobian);
(j.topRows(6)).setIdentity();
(j.bottomRows(1)).setZero();
return true;
}
bool PoseSE3Parameterization::MinusJacobian(const double *x, double *jacobian) const
{
Eigen::Map<Eigen::Matrix<double, 7, 6, Eigen::RowMajor>> j(jacobian);
(j.topRows(6)).setIdentity();
(j.bottomRows(1)).setZero();
return true;
}
#else
bool PoseSE3Parameterization::Plus(const double *x, const double *delta, double *x_plus_delta) const
{
Eigen::Map<const Eigen::Vector3d> trans(x + 4);
Eigen::Quaterniond delta_q;
Eigen::Vector3d delta_t;
getTransformFromSe3(Eigen::Map<const Eigen::Matrix<double,6,1>>(delta), delta_q, delta_t);
Eigen::Map<const Eigen::Quaterniond> quater(x);
Eigen::Map<Eigen::Quaterniond> quater_plus(x_plus_delta);
Eigen::Map<Eigen::Vector3d> trans_plus(x_plus_delta + 4);
quater_plus = delta_q * quater;
trans_plus = delta_q * trans + delta_t;
return true;
}
bool PoseSE3Parameterization::ComputeJacobian(const double *x, double *jacobian) const
{
Eigen::Map<Eigen::Matrix<double, 7, 6, Eigen::RowMajor>> j(jacobian);
(j.topRows(6)).setIdentity();
(j.bottomRows(1)).setZero();
return true;
}
#endif
void getTransformFromSe3(const Eigen::Matrix<double,6,1>& se3, Eigen::Quaterniond& q, Eigen::Vector3d& t){
Eigen::Vector3d omega(se3.data());
Eigen::Vector3d upsilon(se3.data()+3);
Eigen::Matrix3d Omega = skew(omega);
double theta = omega.norm();
double half_theta = 0.5*theta;
double imag_factor;
double real_factor = cos(half_theta);
if(theta<1e-10)
{
double theta_sq = theta*theta;
double theta_po4 = theta_sq*theta_sq;
imag_factor = 0.5-0.0208333*theta_sq+0.000260417*theta_po4;
}
else
{
double sin_half_theta = sin(half_theta);
imag_factor = sin_half_theta/theta;
}
q = Eigen::Quaterniond(real_factor, imag_factor*omega.x(), imag_factor*omega.y(), imag_factor*omega.z());
Eigen::Matrix3d J;
if (theta<1e-10)
{
J = q.matrix();
}
else
{
Eigen::Matrix3d Omega2 = Omega*Omega;
J = (Eigen::Matrix3d::Identity() + (1-cos(theta))/(theta*theta)*Omega + (theta-sin(theta))/(pow(theta,3))*Omega2);
}
t = J*upsilon;
}
Eigen::Matrix<double,3,3> skew(Eigen::Matrix<double,3,1>& mat_in){
Eigen::Matrix<double,3,3> skew_mat;
skew_mat.setZero();
skew_mat(0,1) = -mat_in(2);
skew_mat(0,2) = mat_in(1);
skew_mat(1,2) = -mat_in(0);
skew_mat(1,0) = mat_in(2);
skew_mat(2,0) = -mat_in(1);
skew_mat(2,1) = mat_in(0);
return skew_mat;
}