Eigen3 AngleAxis::cast() リンクエラー解決とライブラリ設定

2025-05-27

Eigen::AngleAxis::cast() const の説明

テンプレート
cast()はテンプレートメソッドであり、変換先の型をテンプレート引数として指定します。
const修飾子
このメソッドはconst修飾子が付いているため、元のEigen::AngleAxisオブジェクトの内容を変更しません。新しいオブジェクトを生成して返します。
型変換
軸のベクトルと回転角度のデータ型を、指定された型に変換します。例えば、float型からdouble型へ、またはその逆の変換が可能です。
機能
Eigen::AngleAxisオブジェクトの内部データを、別の数値型に変換した新しいEigen::AngleAxisオブジェクトを返します。

具体的な例と説明

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

int main() {
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 4.0f, Eigen::Vector3f::UnitZ());

  // float型からdouble型へ変換
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble = angleAxisFloat.cast<double>();

  std::cout << "Original (float):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisFloat.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisFloat.axis().transpose() << std::endl;

  std::cout << "\nCasted (double):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

この例では、Eigen::AngleAxis<float>オブジェクトを作成し、それをcast<double>()メソッドを使ってEigen::AngleAxis<double>オブジェクトに変換しています。

元のEigen::AngleAxis<float>オブジェクト
- 回転角度はfloat型で、軸のベクトルもfloat型の要素を持つEigen::Vector3fです。
cast<double>()メソッドの呼び出し
- angleAxisFloat.cast<double>()を呼び出すことで、新しいEigen::AngleAxis<double>オブジェクトが作成されます。
- 元の角度と軸のベクトルがdouble型に変換されます。
変換後のEigen::AngleAxis<double>オブジェクト
- 回転角度はdouble型、軸のベクトルはdouble型の要素を持つEigen::Vector3dになります。

Eigen::AngleAxis::cast()メソッドは、Eigen::AngleAxisオブジェクトの精度や型を変更する必要がある場合に便利です。例えば、計算精度を向上させるためにfloat型からdouble型に変換したり、異なるデータ型を使用するライブラリと連携する場合などに利用できます。

型変換エラー
- エラー
  コンパイルエラーが発生し、型変換ができないと表示される。
- 原因
  テンプレート引数として指定した型が、軸のベクトルや角度の型と互換性がない場合。例えば、Eigen::AngleAxis<float>をEigen::AngleAxis<std::string>に変換しようとするとエラーが発生します。
- トラブルシューティング
  - 変換先の型が、数値型（float, double, intなど）であることを確認してください。
  - 変換元の型と変換先の型の精度を考慮してください。例えば、doubleからfloatへの変換では精度が低下する可能性があります。
精度損失
- 問題
  doubleからfloatへの変換など、精度が低い型への変換を行った際に、計算結果に誤差が生じる。
- 原因
  floatはdoubleよりも精度が低いため、小数点以下の桁数が制限されます。
- トラブルシューティング
  - 可能な限り、高精度な型（doubleなど）を使用してください。
  - 精度が重要な計算では、型変換による誤差を考慮してください。
  - 計算結果の許容誤差範囲を明確にし、必要に応じて誤差補正などの処理を追加してください。
コンパイルエラー（テンプレート関連）
- エラー
  テンプレート関連のコンパイルエラーが発生し、型推論ができない、またはテンプレートのインスタンス化に失敗したと表示される。
- 原因
  テンプレート引数の指定ミスや、Eigen3ライブラリのバージョンとコンパイラの互換性の問題などが考えられます。
- トラブルシューティング
  - テンプレート引数の型を正しく指定しているか確認してください。
  - Eigen3ライブラリのバージョンが、使用しているコンパイラと互換性があるか確認してください。
  - コンパイラのバージョンを更新したり、Eigen3ライブラリを再インストールしてみてください。
  - コンパイラのメッセージをよく読み、エラーの原因を特定してください。
const修飾子の誤解
- 問題
  cast()メソッドが元のオブジェクトを変更しないことを理解していないため、元のオブジェクトが変更されると誤解する。
- 原因
  cast()メソッドはconst修飾子が付いているため、新しいオブジェクトを生成して返します。
- トラブルシューティング
  - cast()メソッドの返り値を変数に代入して、新しいオブジェクトを使用してください。
  - 元のオブジェクトが変更されていないことを確認してください。
リンクエラー
- エラー
  コンパイルは成功するが、リンク時にエラーが発生する。
- 原因
  Eigen3ライブラリが正しくリンクされていない、またはライブラリのパスが正しく設定されていない可能性があります。
- トラブルシューティング
  - Eigen3ライブラリが正しくインストールされているか確認してください。
  - コンパイラの設定で、Eigen3ライブラリのパスが正しく設定されているか確認してください。
  - リンクするライブラリの順序を確認してください。

例1: float型からdouble型への変換

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

int main() {
  // float型のAngleAxisオブジェクトを作成
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 4.0f, Eigen::Vector3f::UnitZ());

  // cast()メソッドを使用してdouble型に変換
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble = angleAxisFloat.cast<double>();

  // 元のfloat型オブジェクトと変換後のdouble型オブジェクトの情報を表示
  std::cout << "Original (float):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisFloat.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisFloat.axis().transpose() << std::endl;

  std::cout << "\nCasted (double):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

説明

cast()メソッドは元のオブジェクトを変更せず、新しいオブジェクトを生成して返します。
元のfloat型オブジェクトと変換後のdouble型オブジェクトの角度と軸のベクトルを表示し、型変換が正しく行われたことを確認しています。
この例では、Eigen::AngleAxis<float>オブジェクトを作成し、cast<double>()メソッドを使用してEigen::AngleAxis<double>オブジェクトに変換しています。

例2: 精度損失の確認

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>
#include <iomanip> // std::setprecision

int main() {
  // double型のAngleAxisオブジェクトを作成
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble(0.1234567890123456, Eigen::Vector3d::UnitX());

  // float型に変換
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat = angleAxisDouble.cast<float>();

  // 精度を上げて表示し、精度損失を確認
  std::cout << std::setprecision(17); // doubleの精度で表示

  std::cout << "Original (double):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  std::cout << "\nCasted (float):" << std::endl;
  std::cout << "Angle: " << angleAxisFloat.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis: " << angleAxisFloat.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

説明

この例から、doubleからfloatへの型変換では精度損失が発生する可能性があることがわかります。
std::setprecision(17)を使用して、double型の精度で角度と軸のベクトルを表示し、float型に変換した際に精度が低下していることを確認しています。
この例では、高精度なdouble型のEigen::AngleAxisオブジェクトを作成し、cast<float>()メソッドを使用してfloat型に変換しています。

例3：異なる型への変換と、行列への変換

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

int main() {
  // float型のAngleAxisオブジェクトを作成
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 6.0f, Eigen::Vector3f::UnitY());

  // double型に変換
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble = angleAxisFloat.cast<double>();

  // 行列に変換
  Eigen::Matrix3d rotationMatrix = angleAxisDouble.toRotationMatrix();

  std::cout << "Rotation Matrix:" << std::endl;
  std::cout << rotationMatrix << std::endl;

  return 0;
}

異なる型への変換後も、通常のEigenのメソッドが使用可能です。
この例は、回転軸と角度から回転行列を生成する一般的な使用例を示しています。
float型からdouble型へcastし、toRotationMatrix()で回転行列に変換しています。

手動での型変換

Eigen::AngleAxisの内部データ（角度と軸のベクトル）に直接アクセスし、手動で型変換を行うことができます。

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

int main() {
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 4.0f, Eigen::Vector3f::UnitZ());

  // 手動でdouble型に変換
  double angleDouble = static_cast<double>(angleAxisFloat.angle());
  Eigen::Vector3d axisDouble = angleAxisFloat.axis().cast<double>();

  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble(angleDouble, axisDouble);

  // 結果の確認
  std::cout << "Angle (double): " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis (double): " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

説明

変換後のデータを使用して、新しいEigen::AngleAxis<double>オブジェクトを作成します。
static_cast<double>()とaxis().cast<double>()を使用して、それぞれのデータをdouble型に変換します。
angle()とaxis()メソッドを使用して、角度と軸のベクトルを取得します。

利点

特定の型変換が必要な場合に柔軟に対応できます。
型変換の過程を詳細に制御できます。

欠点

型変換のミスが発生しやすいです。
コードが冗長になりやすいです。

テンプレート関数による型変換

テンプレート関数を使用して、任意の型に変換する汎用的な関数を作成できます。

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

template <typename ScalarType, typename SourceScalarType>
Eigen::AngleAxis<ScalarType> castAngleAxis(const Eigen::AngleAxis<SourceScalarType>& source) {
  return Eigen::AngleAxis<ScalarType>(
      static_cast<ScalarType>(source.angle()),
      source.axis().template cast<ScalarType>()
  );
}

int main() {
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 4.0f, Eigen::Vector3f::UnitZ());

  // テンプレート関数を使用してdouble型に変換
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble = castAngleAxis<double>(angleAxisFloat);

  // 結果の確認
  std::cout << "Angle (double): " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis (double): " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

説明

static_castとaxis().castを使用して、型変換を行います。
テンプレート関数castAngleAxis()は、任意の型にEigen::AngleAxisオブジェクトを変換します。

利点

コードの可読性が向上します。
汎用性が高く、再利用しやすいです。

欠点

コンパイル時間が長くなる可能性があります。
テンプレート関数の理解が必要です。

回転行列への変換と再構成

Eigen::AngleAxisを回転行列に変換し、その後で新しい型のEigen::AngleAxisオブジェクトを再構成する方法もあります。

#include <iostream>
#include <Eigen/Geometry>

int main() {
  Eigen::AngleAxis<float> angleAxisFloat(M_PI / 4.0f, Eigen::Vector3f::UnitZ());

  // 回転行列に変換
  Eigen::Matrix3f rotationMatrixFloat = angleAxisFloat.toRotationMatrix();

  // double型の回転行列に変換
  Eigen::Matrix3d rotationMatrixDouble = rotationMatrixFloat.cast<double>();

  // double型のAngleAxisオブジェクトを再構成
  Eigen::AngleAxis<double> angleAxisDouble(rotationMatrixDouble);

  // 結果の確認
  std::cout << "Angle (double): " << angleAxisDouble.angle() << std::endl;
  std::cout << "Axis (double): " << angleAxisDouble.axis().transpose() << std::endl;

  return 0;
}

説明

変換後の回転行列を使用して、新しいEigen::AngleAxis<double>オブジェクトを作成します。
cast<double>()を使用して、回転行列の型をdouble型に変換します。
toRotationMatrix()を使用して、Eigen::AngleAxisオブジェクトを回転行列に変換します。

利点

回転行列を経由することで、複雑な型変換や回転処理に対応できます。

精度損失が発生する可能性があります。
計算コストが高くなります。