KWStyle - itkMatrixOffsetTransformBase.txx

Matrix View

Description

---

1		/*=========================================================================
2
3		Program:   Insight Segmentation & Registration Toolkit
4		Module:    $RCSfile: itkMatrixOffsetTransformBase.txx.html,v $
5		Language:  C++
6		Date:      $Date: 2006/01/17 19:15:41 $
7		Version:   $Revision: 1.4 $
8
9		Copyright (c) Insight Software Consortium. All rights reserved.
10		See ITKCopyright.txt or http://www.itk.org/HTML/Copyright.htm for details.
11
12		This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
13		the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
14		PURPOSE.  See the above copyright notices for more information.
15
16		=========================================================================*/
17	DEF	#ifndef _itkMatrixOffsetTransformBase_txx
18	DEF	#define _itkMatrixOffsetTransformBase_txx
19
20		#include "itkNumericTraits.h"
21		#include "itkMatrixOffsetTransformBase.h"
22		#include "vnl/algo/vnl_matrix_inverse.h"
23
24
25		namespace itk
26		{
27
28		// Constructor with default arguments
29		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
30		unsigned int NOutputDimensions>
31		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
32		::MatrixOffsetTransformBase()
33	IND	**: Superclass(OutputSpaceDimension, ParametersDimension)
34		{
35		m_Matrix.SetIdentity();
36		m_MatrixMTime.Modified();
37		m_Offset.Fill( 0 );
38		m_Center.Fill( 0 );
39		m_Translation.Fill( 0 );
40		m_Singular = false;
41		m_InverseMatrix.SetIdentity();
42		m_InverseMatrixMTime = m_MatrixMTime;
43		this->m_FixedParameters.SetSize ( NInputDimensions );
44		this->m_FixedParameters.Fill ( 0.0 );
45		}
46
47
48		// Constructor with default arguments
49		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
50		unsigned int NOutputDimensions>
51		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
52		::MatrixOffsetTransformBase( unsigned int outputDims,
53		unsigned int paramDims   )
54	IND	**: Superclass(outputDims, paramDims)
55		{
56		m_Matrix.SetIdentity();
57		m_MatrixMTime.Modified();
58		m_Offset.Fill( 0 );
59		m_Center.Fill( 0 );
60		m_Translation.Fill( 0 );
61		m_Singular = false;
62		m_InverseMatrix.SetIdentity();
63		m_InverseMatrixMTime = m_MatrixMTime;
64		}
65
66
67	EML
68	EML
69		// Constructor with explicit arguments
70		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
71		unsigned int NOutputDimensions>
72		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
73		::MatrixOffsetTransformBase(const MatrixType &matrix,
74		const OutputVectorType &offset)
75		{
76		m_Matrix = matrix;
77		m_MatrixMTime.Modified();
78		m_Offset = offset;
79		m_Center.Fill( 0 );
80		m_Translation.Fill(0);
81		for(unsigned int i=0; i<NOutputDimensions; i++)
82		{
83		m_Translation[i] = offset[i];
84		}
85		this->ComputeMatrixParameters();
86		}
87
88
89	EML
90	EML
91		// Destructor
92		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
93		unsigned int NOutputDimensions>
94		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
95		::~MatrixOffsetTransformBase()
96		{
97		return;
98		}
99
100
101	EML
102		// Print self
103		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
104		unsigned int NOutputDimensions>
105		void
106		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
107		::PrintSelf(std::ostream &os, Indent indent) const
108		{
109		Superclass::PrintSelf(os,indent);
110
111		unsigned int i, j;
112
113		os << indent << "Matrix: " << std::endl;
114		for (i = 0; i < NInputDimensions; i++)
115		{
116		os << indent.GetNextIndent();
117		for (j = 0; j < NOutputDimensions; j++)
118		{
119		os << m_Matrix[i][j] << " ";
120		}
121		os << std::endl;
122		}
123
124		os << indent << "Offset: " << m_Offset << std::endl;
125		os << indent << "Center: " << m_Center << std::endl;
126		os << indent << "Translation: " << m_Translation << std::endl;
127
128		os << indent << "Inverse: " << std::endl;
129		for (i = 0; i < NInputDimensions; i++)
130		{
131		os << indent.GetNextIndent();
132		for (j = 0; j < NOutputDimensions; j++)
133		{
134		os << this->GetInverseMatrix()[i][j] << " ";
135		}
136		os << std::endl;
137		}
138		os << indent << "Singular: " << m_Singular << std::endl;
139		}
140
141		// Constructor with explicit arguments
142		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
143		unsigned int NOutputDimensions>
144		void
145		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
146		::SetIdentity( void )
147		{
148		m_Matrix.SetIdentity();
149		m_MatrixMTime.Modified();
150		m_Offset.Fill( 0.0 );
151		m_Translation.Fill( 0.0 );
152		m_Center.Fill( 0.0 );
153		m_Singular = false;
154		m_InverseMatrix.SetIdentity();
155		m_InverseMatrixMTime = m_MatrixMTime;
156		this->Modified();
157		}
158
159
160		// Compose with another affine transformation
161		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
162		unsigned int NOutputDimensions>
163		void
164		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
165		::Compose(const Self * other, bool pre)
166		{
167		if (pre)
168		{
169		m_Offset = m_Matrix * other->m_Offset + m_Offset;
170		m_Matrix = m_Matrix * other->m_Matrix;
171		}
172		else
173		{
174		m_Offset = other->m_Matrix * m_Offset + other->m_Offset;
175		m_Matrix = other->m_Matrix * m_Matrix;
176		}
177
178		this->ComputeTranslation();
179		this->ComputeMatrixParameters();
180
181		m_MatrixMTime.Modified();
182		this->Modified();
183
184		return;
185		}
186
187
188	EML
189		// Transform a point
190		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
191		unsigned int NOutputDimensions>
192		typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
193		NInputDimensions,
194		NOutputDimensions>::OutputPointType
195		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
196		::TransformPoint(const InputPointType &point) const
197		{
198		return m_Matrix * point + m_Offset;
199		}
200
201
202		// Transform a vector
203		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
204		unsigned int NOutputDimensions>
205		typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
206		NInputDimensions,
207		NOutputDimensions>::OutputVectorType
208		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
209		::TransformVector(const InputVectorType &vect) const
210		{
211		return m_Matrix * vect;
212		}
213
214
215		// Transform a vnl_vector_fixed
216		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
217		unsigned int NOutputDimensions>
218		typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
219		NInputDimensions,
220		NOutputDimensions>::OutputVnlVectorType
221		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
222		::TransformVector(const InputVnlVectorType &vect) const
223		{
224		return m_Matrix * vect;
225		}
226
227
228		// Transform a CovariantVector
229		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
230		unsigned int NOutputDimensions>
231		typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
232		NInputDimensions,
233		NOutputDimensions>::OutputCovariantVectorType
234		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
235		::TransformCovariantVector(const InputCovariantVectorType &vec) const
236		{
237		OutputCovariantVectorType  result;    // Converted vector
238
239		for (unsigned int i = 0; i < NOutputDimensions; i++)
240		{
241		result[i] = NumericTraits<ScalarType>::Zero;
242		for (unsigned int j = 0; j < NInputDimensions; j++)
243		{
244		result[i] += this->GetInverseMatrix()[j][i]*vec[j]; // Inverse transposed
245		}
246		}
247		return result;
248		}
249
250		// Recompute the inverse matrix (internal)
251		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
252		unsigned int NOutputDimensions>
253		const typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
254		NInputDimensions,
255		NOutputDimensions>::InverseMatrixType &
256		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
257		::GetInverseMatrix( void ) const
258		{
259		// If the transform has been modified we recompute the inverse
260		if(m_InverseMatrixMTime != m_MatrixMTime)
261		{
262		m_Singular = false;
263		try
264		{
265		m_InverseMatrix  = m_Matrix.GetInverse();
266		}
267		catch(...)
268		{
269		m_Singular = true;
270		}
271	IND	*****m_InverseMatrixMTime = m_MatrixMTime;
272		}
273
274		return m_InverseMatrix;
275		}
276
277		// return an inverse transformation
278		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
279		unsigned int NOutputDimensions>
280		bool
281		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
282		::GetInverse( Self * inverse) const
283		{
284		if(!inverse)
285		{
286		return false;
287		}
288
289		this->GetInverseMatrix();
290		if(m_Singular)
291		{
292		return false;
293		}
294
295		inverse->m_Matrix         = this->GetInverseMatrix();
296		inverse->m_InverseMatrix  = m_Matrix;
297		inverse->m_Offset         = -(this->GetInverseMatrix() * m_Offset);
298		inverse->ComputeTranslation();
299		inverse->ComputeMatrixParameters();
300
301		return true;
302		}
303
304
305		// Get fixed parameters
306		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
307		unsigned int NOutputDimensions>
308		void
309		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
310	IND	**::SetFixedParameters( const ParametersType & fp )
311		{
312		this->m_FixedParameters = fp;
313		InputPointType c;
314		for ( unsigned int i = 0; i < NInputDimensions; i++ )
315		{
316		c[i] = this->m_FixedParameters[i];
317		}
318		this->SetCenter ( c );
319		}
320
321		/** Get the Fixed Parameters. */
322		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
323		unsigned int NOutputDimensions>
324		const typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
325		NInputDimensions,
326		NOutputDimensions>::ParametersType &
327		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
328	IND	**::GetFixedParameters(void) const
329		{
330		this->m_FixedParameters.SetSize ( NInputDimensions );
331		for ( unsigned int i = 0; i < NInputDimensions; i++ )
332		{
333		this->m_FixedParameters[i] = this->m_Center[i];
334		}
335		return this->m_FixedParameters;
336		}
337
338
339	EML
340		// Get parameters
341		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
342		unsigned int NOutputDimensions>
343		const typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType,
344		NInputDimensions,
345		NOutputDimensions>::ParametersType &
346		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
347		::GetParameters( void ) const
348		{
349		// Transfer the linear part
350		unsigned int par = 0;
351
352		for(unsigned int row=0; row<NOutputDimensions; row++)
353		{
354		for(unsigned int col=0; col<NInputDimensions; col++)
355		{
356		this->m_Parameters[par] = m_Matrix[row][col];
357		++par;
358		}
359		}
360
361		// Transfer the constant part
362		for(unsigned int i=0; i<NOutputDimensions; i++)
363		{
364		this->m_Parameters[par] = m_Translation[i];
365		++par;
366		}
367
368		return this->m_Parameters;
369		}
370
371
372		// Set parameters
373		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
374		unsigned int NOutputDimensions>
375		void
376		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
377		::SetParameters( const ParametersType & parameters )
378		{
379		unsigned int par = 0;
380
381		this->m_Parameters = parameters;
382
383		for(unsigned int row=0; row<NOutputDimensions; row++)
384		{
385		for(unsigned int col=0; col<NInputDimensions; col++)
386		{
387		m_Matrix[row][col] = this->m_Parameters[par];
388		++par;
389		}
390		}
391
392		// Transfer the constant part
393		for(unsigned int i=0; i<NOutputDimensions; i++)
394		{
395		m_Translation[i] = this->m_Parameters[par];
396		++par;
397		}
398
399		m_MatrixMTime.Modified();
400
401		this->ComputeMatrix();  // Not necessary since parameters explicitly define
402	IND	**************************//    the matrix
403		this->ComputeOffset();
404
405		this->Modified();
406
407		}
408
409
410		// Compute the Jacobian in one position
411		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
412		unsigned int NOutputDimensions>
413	LEN	const typename MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>::JacobianType &
414		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
415		::GetJacobian( const InputPointType & p ) const
416		{
417		// The Jacobian of the affine transform is composed of
418		// subblocks of diagonal matrices, each one of them having
419		// a constant value in the diagonal.
420
421		this->m_Jacobian.Fill( 0.0 );
422
423		unsigned int blockOffset = 0;
424
425		for(unsigned int block=0; block < NInputDimensions; block++)
426		{
427		for(unsigned int dim=0; dim < NOutputDimensions; dim++ )
428		{
429		this->m_Jacobian( block , blockOffset + dim ) = p[dim];
430		}
431
432		blockOffset += NInputDimensions;
433
434		}
435
436		for(unsigned int dim=0; dim < NOutputDimensions; dim++ )
437		{
438		this->m_Jacobian( dim , blockOffset + dim ) = 1.0;
439		}
440
441		return this->m_Jacobian;
442
443		}
444
445		// Computes offset based on center, matrix, and translation variables
446		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
447		unsigned int NOutputDimensions>
448		void
449		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
450		::ComputeOffset( void )
451		{
452		const MatrixType & matrix = this->GetMatrix();
453
454		OffsetType offset;
455		for(unsigned int i=0; i<NOutputDimensions; i++)
456		{
457		offset[i] = m_Translation[i] + m_Center[i];
458		for(unsigned int j=0; j<NInputDimensions; j++)
459		{
460		offset[i] -= matrix[i][j] * m_Center[j];
461		}
462		}
463
464	SEM	m_Offset = offset ;
465		}
466
467		// Computes translation based on offset, matrix, and center
468		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
469		unsigned int NOutputDimensions>
470		void
471		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
472		::ComputeTranslation( void )
473		{
474		const MatrixType & matrix = this->GetMatrix();
475
476		OffsetType translation;
477		for(unsigned int i=0; i<NOutputDimensions; i++)
478		{
479		translation[i] = m_Offset[i] - m_Center[i];
480		for(unsigned int j=0; j<NInputDimensions; j++)
481		{
482		translation[i] += matrix[i][j] * m_Center[j];
483		}
484		}
485
486	SEM	m_Translation = translation ;
487		}
488
489
490		// Computes matrix - base class does nothing.  In derived classes is
491		//    used to convert, for example, versor into a matrix
492		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
493		unsigned int NOutputDimensions>
494		void
495		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
496		::ComputeMatrix( void )
497		{
498		// Since parameters explicitly define the matrix in this base class, this
499		// function does nothing.  Normally used to compute a matrix when
500		// its parameterization (e.g., the class' versor) is modified.
501		}
502
503
504		// Computes parameters - base class does nothing.  In derived classes is
505		//    used to convert, for example, matrix into a versor
506		template<class TScalarType, unsigned int NInputDimensions,
507		unsigned int NOutputDimensions>
508		void
509		MatrixOffsetTransformBase<TScalarType, NInputDimensions, NOutputDimensions>
510		::ComputeMatrixParameters( void )
511		{
512		// Since parameters explicitly define the matrix in this base class, this
513		// function does nothing.  Normally used to update the parameterization
514		// of the matrix (e.g., the class' versor) when the matrix is explicitly
515		// set.
516		}
517
518		} // namespace
519
520		#endif
521
522	EOF

---

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