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// @(#)root/mathcore:$Id: RotationX.h 22516 2008-03-07 15:14:26Z moneta $
// Authors: W. Brown, M. Fischler, L. Moneta    2005  

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  *                                                                    *
  * Copyright (c) 2005 , LCG ROOT FNAL MathLib Team                    *
  *                                                                    *
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  **********************************************************************/

// Header file for class RotationZ representing a rotation about the Z axis
//
// Created by: Mark Fischler Mon July 18  2005
//
// Last update: $Id: RotationX.h 22516 2008-03-07 15:14:26Z moneta $
//
#ifndef ROOT_Math_GenVector_RotationX 
#define ROOT_Math_GenVector_RotationX  1


#include "Math/GenVector/Cartesian3D.h"
#include "Math/GenVector/DisplacementVector3D.h"
#include "Math/GenVector/PositionVector3D.h"
#include "Math/GenVector/LorentzVector.h"
#include "Math/GenVector/3DDistances.h"

#include "Math/GenVector/RotationXfwd.h"

#include <cmath>

namespace ROOT {
namespace Math {


//__________________________________________________________________________________________
   /**
      Rotation class representing a 3D rotation about the X axis by the angle of rotation.  
      For efficiency reason, in addition to the the angle, the sine and cosine of the angle are held 
      
      @ingroup GenVector
   */

class RotationX {

public:

   typedef double Scalar;


   // ========== Constructors and Assignment =====================

   /**
      Default constructor (identity rotation)
   */
   RotationX() : fAngle(0), fSin(0), fCos(1) { }

   /**
      Construct from an angle
   */
   explicit RotationX( Scalar angle ) :   fAngle(angle),
                                          fSin(std::sin(angle)),
                                          fCos(std::cos(angle)) 
   { 
      Rectify(); 
   }

   // The compiler-generated copy ctor, copy assignment, and dtor are OK.

   /**
      Rectify makes sure the angle is in (-pi,pi]
   */
   void Rectify()  {
      if ( std::fabs(fAngle) >= M_PI ) {
         double x = fAngle / (2.0 * M_PI);
         fAngle =  (2.0 * M_PI) * ( x + std::floor(.5-x) );
         fSin = std::sin(fAngle);
         fCos = std::cos(fAngle);
      }
   }

   // ======== Components ==============

   /**
      Set given the angle.
   */
   void SetAngle (Scalar angle) {
      fSin=std::sin(angle);
      fCos=std::cos(angle);
      fAngle= angle; 
      Rectify(); 
   }
   void SetComponents (Scalar angle) { SetAngle(angle); }

   /**
      Get the angle
   */
   void GetAngle ( Scalar & angle ) const { angle = atan2 (fSin,fCos); }
   void GetComponents ( Scalar & angle ) const { GetAngle(angle); }

   /**
      Angle of rotation
   */
   Scalar Angle () const { return atan2 (fSin,fCos); }

   /**
      Sine or Cosine of the rotation angle
   */
   Scalar SinAngle () const { return fSin; }
   Scalar CosAngle () const { return fCos; }

   // =========== operations ==============

   /**
      Rotation operation on a cartesian vector
   */
//   typedef  DisplacementVector3D< Cartesian3D<double> > XYZVector; 
//   XYZVector operator() (const XYZVector & v) const {
//     return XYZVector ( v.x(), fCos*v.y()-fSin*v.z(), fCos*v.z()+fSin*v.y() );
//   }
  

   /**
      Rotation operation on a displacement vector in any coordinate system
   */
   template <class CoordSystem, class U>
   DisplacementVector3D<CoordSystem,U>
   operator() (const DisplacementVector3D<CoordSystem,U> & v) const {
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double>,U > xyz;
      xyz.SetXYZ( v.X(), fCos*v.Y()-fSin*v.Z(), fCos*v.Z()+fSin*v.Y() );
      return DisplacementVector3D<CoordSystem,U>(xyz);
   }

   /**
      Rotation operation on a position vector in any coordinate system
   */
   template <class CoordSystem, class U>
   PositionVector3D<CoordSystem, U>
   operator() (const PositionVector3D<CoordSystem,U> & v) const {
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double>,U > xyz(v);
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double>,U > rxyz = operator()(xyz);
      return PositionVector3D<CoordSystem,U> ( rxyz );
   }

   /**
      Rotation operation on a Lorentz vector in any 4D coordinate system
   */
   template <class CoordSystem>
   LorentzVector<CoordSystem>
   operator() (const LorentzVector<CoordSystem> & v) const {
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double> > xyz(v.Vect());
      xyz = operator()(xyz);
      LorentzVector< PxPyPzE4D<double> > xyzt (xyz.X(), xyz.Y(), xyz.Z(), v.E());
      return LorentzVector<CoordSystem> ( xyzt );
   }

   /**
      Rotation operation on an arbitrary vector v.
      Preconditions:  v must implement methods x(), y(), and z()
      and the arbitrary vector type must have a constructor taking (x,y,z)
   */
   template <class ForeignVector>
   ForeignVector
   operator() (const  ForeignVector & v) const {
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double> > xyz(v);
      DisplacementVector3D< Cartesian3D<double> > rxyz = operator()(xyz);
      return ForeignVector ( rxyz.X(), rxyz.Y(), rxyz.Z() );
   }

   /**
      Overload operator * for rotation on a vector
   */
   template <class AVector>
   inline
   AVector operator* (const AVector & v) const
   {
      return operator()(v);
   }

   /**
      Invert a rotation in place
   */
   void Invert() { fAngle = -fAngle; fSin = -fSin; }

   /**
      Return inverse of  a rotation
   */
   RotationX Inverse() const { RotationX t(*this); t.Invert(); return t; }

   // ========= Multi-Rotation Operations ===============

   /**
      Multiply (combine) two rotations
   */
   RotationX operator * (const RotationX & r) const {
      RotationX ans;
      double x   = (fAngle + r.fAngle) / (2.0 * M_PI);
      ans.fAngle = (2.0 * M_PI) * ( x + std::floor(.5-x) );
      ans.fSin   = fSin*r.fCos + fCos*r.fSin;
      ans.fCos   = fCos*r.fCos - fSin*r.fSin;
      return ans;
   }

   /**
      Post-Multiply (on right) by another rotation :  T = T*R
   */
   RotationX & operator *= (const RotationX & r) { return *this = (*this)*r; }

   /**
      Equality/inequality operators
   */
   bool operator == (const RotationX & rhs) const {
      if( fAngle != rhs.fAngle )  return false;
      return true;
   }
   bool operator != (const RotationX & rhs) const {
      return ! operator==(rhs);
   }

private:

   Scalar fAngle;   // rotation angle 
   Scalar fSin;     // sine of the rotation angle 
   Scalar fCos;     // cosine of the rotaiton angle 

};  // RotationX

// ============ Class RotationX ends here ============

/**
   Distance between two rotations
 */
template <class R>
inline
typename RotationX::Scalar
Distance ( const RotationX& r1, const R & r2) {return gv_detail::dist(r1,r2);}

/**
   Stream Output and Input
 */
  // TODO - I/O should be put in the manipulator form 

inline
std::ostream & operator<< (std::ostream & os, const RotationX & r) {
  os << " RotationX(" << r.Angle() << ") ";
  return os;
} 
  

}  // namespace Math
}  // namespace ROOT

#endif // ROOT_Math_GenVector_RotationX 
 RotationX.h:1
 RotationX.h:2
 RotationX.h:3
 RotationX.h:4
 RotationX.h:5
 RotationX.h:6
 RotationX.h:7
 RotationX.h:8
 RotationX.h:9
 RotationX.h:10
 RotationX.h:11
 RotationX.h:12
 RotationX.h:13
 RotationX.h:14
 RotationX.h:15
 RotationX.h:16
 RotationX.h:17
 RotationX.h:18
 RotationX.h:19
 RotationX.h:20
 RotationX.h:21
 RotationX.h:22
 RotationX.h:23
 RotationX.h:24
 RotationX.h:25
 RotationX.h:26
 RotationX.h:27
 RotationX.h:28
 RotationX.h:29
 RotationX.h:30
 RotationX.h:31
 RotationX.h:32
 RotationX.h:33
 RotationX.h:34
 RotationX.h:35
 RotationX.h:36
 RotationX.h:37
 RotationX.h:38
 RotationX.h:39
 RotationX.h:40
 RotationX.h:41
 RotationX.h:42
 RotationX.h:43
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 RotationX.h:45
 RotationX.h:46
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 RotationX.h:49
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 RotationX.h:60
 RotationX.h:61
 RotationX.h:62
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 RotationX.h:64
 RotationX.h:65
 RotationX.h:66
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 RotationX.h:70
 RotationX.h:71
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 RotationX.h:73
 RotationX.h:74
 RotationX.h:75
 RotationX.h:76
 RotationX.h:77
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 RotationX.h:79
 RotationX.h:80
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 RotationX.h:85
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 RotationX.h:91
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 RotationX.h:100
 RotationX.h:101
 RotationX.h:102
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 RotationX.h:110
 RotationX.h:111
 RotationX.h:112
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 RotationX.h:190
 RotationX.h:191
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 RotationX.h:204
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 RotationX.h:209
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 RotationX.h:211
 RotationX.h:212
 RotationX.h:213
 RotationX.h:214
 RotationX.h:215
 RotationX.h:216
 RotationX.h:217
 RotationX.h:218
 RotationX.h:219
 RotationX.h:220
 RotationX.h:221
 RotationX.h:222
 RotationX.h:223
 RotationX.h:224
 RotationX.h:225
 RotationX.h:226
 RotationX.h:227
 RotationX.h:228
 RotationX.h:229
 RotationX.h:230
 RotationX.h:231
 RotationX.h:232
 RotationX.h:233
 RotationX.h:234
 RotationX.h:235
 RotationX.h:236
 RotationX.h:237
 RotationX.h:238
 RotationX.h:239
 RotationX.h:240
 RotationX.h:241
 RotationX.h:242
 RotationX.h:243
 RotationX.h:244
 RotationX.h:245
 RotationX.h:246
 RotationX.h:247
 RotationX.h:248
 RotationX.h:249
 RotationX.h:250
 RotationX.h:251
 RotationX.h:252