CMake: add WITH_LINKER_LLD option for unix platforms
[blender-staging.git] / source / blender / blenkernel / BKE_particle.h
1 /*
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15  *
16  * The Original Code is Copyright (C) 2007 by Janne Karhu.
17  * All rights reserved.
18  * Adaptive time step
19  * Classical SPH
20  * Copyright 2011-2012 AutoCRC
21  */
22
23 #ifndef __BKE_PARTICLE_H__
24 #define __BKE_PARTICLE_H__
25
26 /** \file
27  * \ingroup bke
28  */
29
30 #include "BLI_buffer.h"
31 #include "BLI_utildefines.h"
32
33 #include "DNA_object_types.h"
34 #include "DNA_particle_types.h"
35
36 #include "BKE_customdata.h"
37
38 #ifdef __cplusplus
39 extern "C" {
40 #endif
41
42 struct ParticleKey;
43 struct ParticleSettings;
44 struct ParticleSystem;
45 struct ParticleSystemModifierData;
46
47 struct BVHTreeRay;
48 struct BVHTreeRayHit;
49 struct CustomData_MeshMasks;
50 struct Depsgraph;
51 struct Depsgraph;
52 struct EdgeHash;
53 struct KDTree_3d;
54 struct LatticeDeformData;
55 struct LinkNode;
56 struct MCol;
57 struct MFace;
58 struct MTFace;
59 struct MVert;
60 struct Main;
61 struct ModifierData;
62 struct Object;
63 struct RNG;
64 struct Scene;
65
66 #define PARTICLE_COLLISION_MAX_COLLISIONS 10
67
68 #define PARTICLE_P \
69   ParticleData *pa; \
70   int p
71 #define LOOP_PARTICLES for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++)
72 #define LOOP_EXISTING_PARTICLES \
73   for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++) \
74     if (!(pa->flag & PARS_UNEXIST))
75 #define LOOP_SHOWN_PARTICLES \
76   for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++) \
77     if (!(pa->flag & (PARS_UNEXIST | PARS_NO_DISP)))
78 /* OpenMP: Can only advance one variable within loop definition. */
79 #define LOOP_DYNAMIC_PARTICLES \
80   for (p = 0; p < psys->totpart; p++) \
81     if ((pa = psys->particles + p)->state.time > 0.0f)
82
83 /* fast but sure way to get the modifier*/
84 #define PARTICLE_PSMD \
85   ParticleSystemModifierData *psmd = sim->psmd ? sim->psmd : psys_get_modifier(sim->ob, sim->psys)
86
87 /* common stuff that many particle functions need */
88 typedef struct ParticleSimulationData {
89   struct Depsgraph *depsgraph;
90   struct Scene *scene;
91   struct Object *ob;
92   struct ParticleSystem *psys;
93   struct ParticleSystemModifierData *psmd;
94   struct ListBase *colliders;
95   /* Courant number. This is used to implement an adaptive time step. Only the
96    * maximum value per time step is important. Only sph_integrate makes use of
97    * this at the moment. Other solvers could, too. */
98   float courant_num;
99   /* Only valid during dynamics_step(). */
100   struct RNG *rng;
101 } ParticleSimulationData;
102
103 typedef struct SPHData {
104   ParticleSystem *psys[10];
105   ParticleData *pa;
106   float mass;
107   struct EdgeHash *eh;
108   float *gravity;
109   float hfac;
110   /* Average distance to neighbors (other particles in the support domain),
111    * for calculating the Courant number (adaptive time step). */
112   int pass;
113   float element_size;
114   float flow[3];
115
116   /* Temporary thread-local buffer for springs created during this step. */
117   BLI_Buffer new_springs;
118
119   /* Integrator callbacks. This allows different SPH implementations. */
120   void (*force_cb)(void *sphdata_v, ParticleKey *state, float *force, float *impulse);
121   void (*density_cb)(void *rangedata_v, int index, const float co[3], float squared_dist);
122 } SPHData;
123
124 typedef struct ParticleTexture {
125   float ivel;                                         /* used in reset */
126   float time, life, exist, size;                      /* used in init */
127   float damp, gravity, field;                         /* used in physics */
128   float length, clump, kink_freq, kink_amp, effector; /* used in path caching */
129   float rough1, rough2, roughe;                       /* used in path caching */
130   float twist;                                        /* used in path caching */
131 } ParticleTexture;
132
133 typedef struct ParticleSeam {
134   float v0[3], v1[3];
135   float nor[3], dir[3], tan[3];
136   float length2;
137 } ParticleSeam;
138
139 typedef struct ParticleCacheKey {
140   float co[3];
141   float vel[3];
142   float rot[4];
143   float col[3];
144   float time;
145   int segments;
146 } ParticleCacheKey;
147
148 typedef struct ParticleThreadContext {
149   /* shared */
150   struct ParticleSimulationData sim;
151   struct Mesh *mesh;
152   struct Material *ma;
153
154   /* distribution */
155   struct KDTree_3d *tree;
156
157   struct ParticleSeam *seams;
158   int totseam;
159
160   float *jit, *jitoff, *weight;
161   float maxweight;
162   int *index, jitlevel;
163
164   int cfrom, distr;
165
166   struct ParticleData *tpars;
167
168   /* path caching */
169   bool editupdate;
170   int between, segments, extra_segments;
171   int totchild, totparent, parent_pass;
172
173   float cfra;
174
175   float *vg_length, *vg_clump, *vg_kink;
176   float *vg_rough1, *vg_rough2, *vg_roughe;
177   float *vg_effector;
178   float *vg_twist;
179
180   struct CurveMapping *clumpcurve;
181   struct CurveMapping *roughcurve;
182   struct CurveMapping *twistcurve;
183 } ParticleThreadContext;
184
185 typedef struct ParticleTask {
186   ParticleThreadContext *ctx;
187   struct RNG *rng, *rng_path;
188   int begin, end;
189 } ParticleTask;
190
191 typedef struct ParticleCollisionElement {
192   /* pointers to original data */
193   float *x[3], *v[3];
194
195   /* values interpolated from original data*/
196   float x0[3], x1[3], x2[3], p[3];
197
198   /* results for found intersection point */
199   float nor[3], vel[3], uv[2];
200
201   /* count of original data (1-4) */
202   int tot;
203
204   /* index of the collision face */
205   int index;
206
207   /* flags for inversed normal / particle already inside element at start */
208   short inv_nor, inside;
209 } ParticleCollisionElement;
210
211 /** Container for moving data between deflet_particle and particle_intersect_face. */
212 typedef struct ParticleCollision {
213   struct Object *current;
214   struct Object *hit;
215   struct Object *skip[PARTICLE_COLLISION_MAX_COLLISIONS + 1];
216   struct Object *emitter;
217
218   /** Collision modifier for current object. */
219   struct CollisionModifierData *md;
220
221   /** Time factor of previous collision, needed for substracting face velocity. */
222   float f;
223   float fac1, fac2;
224
225   float cfra, old_cfra;
226
227   /** Original length of co2-co1, needed for collision time evaluation. */
228   float original_ray_length;
229
230   int skip_count;
231
232   ParticleCollisionElement pce;
233
234   /* total_time is the amount of time in this subframe
235    * inv_total_time is the opposite
236    * inv_timestep is the inverse of the amount of time in this frame */
237   float total_time, inv_total_time, inv_timestep;
238
239   float radius;
240   float co1[3], co2[3];
241   float ve1[3], ve2[3];
242
243   float acc[3], boid_z;
244
245   int boid;
246 } ParticleCollision;
247
248 typedef struct ParticleDrawData {
249   float *vdata, *vd;   /* vertice data */
250   float *ndata, *nd;   /* normal data */
251   float *cdata, *cd;   /* color data */
252   float *vedata, *ved; /* velocity data */
253   float *ma_col;
254   int totpart, partsize;
255   int flag;
256   int totpoint, totve;
257 } ParticleDrawData;
258
259 #define PARTICLE_DRAW_DATA_UPDATED 1
260
261 #define PSYS_FRAND_COUNT 1024
262 extern unsigned int PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[PSYS_FRAND_COUNT];
263 extern unsigned int PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[PSYS_FRAND_COUNT];
264 extern float PSYS_FRAND_BASE[PSYS_FRAND_COUNT];
265
266 void psys_init_rng(void);
267
268 BLI_INLINE float psys_frand(ParticleSystem *psys, unsigned int seed)
269 {
270   /* XXX far from ideal, this simply scrambles particle random numbers a bit
271    * to avoid obvious correlations.
272    * Can't use previous psys->frand arrays because these require initialization
273    * inside psys_check_enabled, which wreaks havoc in multi-threaded depsgraph updates.
274    */
275   unsigned int offset = PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
276   unsigned int multiplier = PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
277   return PSYS_FRAND_BASE[(offset + seed * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
278 }
279
280 BLI_INLINE void psys_frand_vec(ParticleSystem *psys, unsigned int seed, float vec[3])
281 {
282   unsigned int offset = PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
283   unsigned int multiplier = PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
284   vec[0] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 0) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
285   vec[1] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 1) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
286   vec[2] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 2) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
287 }
288
289 /* ----------- functions needed outside particlesystem ---------------- */
290 /* particle.c */
291 int count_particles(struct ParticleSystem *psys);
292 int count_particles_mod(struct ParticleSystem *psys, int totgr, int cur);
293
294 int psys_get_child_number(struct Scene *scene,
295                           struct ParticleSystem *psys,
296                           const bool use_render_params);
297 int psys_get_tot_child(struct Scene *scene,
298                        struct ParticleSystem *psys,
299                        const bool use_render_params);
300
301 struct ParticleSystem *psys_get_current(struct Object *ob);
302 /* for rna */
303 short psys_get_current_num(struct Object *ob);
304 void psys_set_current_num(Object *ob, int index);
305 /* UNUSED */
306 // struct Object *psys_find_object(struct Scene *scene, struct ParticleSystem *psys);
307
308 struct LatticeDeformData *psys_create_lattice_deform_data(struct ParticleSimulationData *sim);
309
310 /* For a given evaluated particle system get its original.
311  *
312  * If this input is an original particle system already, the return value is the
313  * same as the input. */
314 struct ParticleSystem *psys_orig_get(struct ParticleSystem *psys);
315
316 /* For a given original object and its particle system, get evaluated particle
317  * system within a given dependency graph. */
318 struct ParticleSystem *psys_eval_get(struct Depsgraph *depsgraph,
319                                      struct Object *object,
320                                      struct ParticleSystem *psys);
321
322 bool psys_in_edit_mode(struct Depsgraph *depsgraph, const struct ParticleSystem *psys);
323 bool psys_check_enabled(struct Object *ob,
324                         struct ParticleSystem *psys,
325                         const bool use_render_params);
326 bool psys_check_edited(struct ParticleSystem *psys);
327
328 void psys_find_group_weights(struct ParticleSettings *part);
329 void psys_check_group_weights(struct ParticleSettings *part);
330 int psys_uses_gravity(struct ParticleSimulationData *sim);
331 void BKE_particlesettings_fluid_default_settings(struct ParticleSettings *part);
332
333 /* free */
334 void psys_free_path_cache(struct ParticleSystem *psys, struct PTCacheEdit *edit);
335 void psys_free(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
336
337 /* Copy. */
338 void psys_copy_particles(struct ParticleSystem *psys_dst, struct ParticleSystem *psys_src);
339
340 bool psys_render_simplify_params(struct ParticleSystem *psys,
341                                  struct ChildParticle *cpa,
342                                  float *params);
343
344 void psys_interpolate_uvs(const struct MTFace *tface, int quad, const float w[4], float uvco[2]);
345 void psys_interpolate_mcol(const struct MCol *mcol, int quad, const float w[4], struct MCol *mc);
346
347 void copy_particle_key(struct ParticleKey *to, struct ParticleKey *from, int time);
348
349 void psys_emitter_customdata_mask(struct ParticleSystem *psys,
350                                   struct CustomData_MeshMasks *r_cddata_masks);
351 void psys_particle_on_emitter(struct ParticleSystemModifierData *psmd,
352                               int distr,
353                               int index,
354                               int index_dmcache,
355                               float fuv[4],
356                               float foffset,
357                               float vec[3],
358                               float nor[3],
359                               float utan[3],
360                               float vtan[3],
361                               float orco[3]);
362 struct ParticleSystemModifierData *psys_get_modifier(struct Object *ob,
363                                                      struct ParticleSystem *psys);
364
365 struct ModifierData *object_add_particle_system(struct Main *bmain,
366                                                 struct Scene *scene,
367                                                 struct Object *ob,
368                                                 const char *name);
369 void object_remove_particle_system(struct Main *bmain, struct Scene *scene, struct Object *ob);
370 struct ParticleSettings *BKE_particlesettings_add(struct Main *bmain, const char *name);
371 struct ParticleSettings *BKE_particlesettings_copy(struct Main *bmain,
372                                                    const struct ParticleSettings *part);
373 void psys_reset(struct ParticleSystem *psys, int mode);
374
375 void psys_find_parents(struct ParticleSimulationData *sim, const bool use_render_params);
376
377 void psys_unique_name(struct Object *object, struct ParticleSystem *psys, const char *defname);
378
379 void psys_cache_paths(struct ParticleSimulationData *sim,
380                       float cfra,
381                       const bool use_render_params);
382 void psys_cache_edit_paths(struct Depsgraph *depsgraph,
383                            struct Scene *scene,
384                            struct Object *ob,
385                            struct PTCacheEdit *edit,
386                            float cfra,
387                            const bool use_render_params);
388 void psys_cache_child_paths(struct ParticleSimulationData *sim,
389                             float cfra,
390                             const bool editupdate,
391                             const bool use_render_params);
392 int do_guides(struct Depsgraph *depsgraph,
393               struct ParticleSettings *part,
394               struct ListBase *effectors,
395               ParticleKey *state,
396               int pa_num,
397               float time);
398 void precalc_guides(struct ParticleSimulationData *sim, struct ListBase *effectors);
399 float psys_get_timestep(struct ParticleSimulationData *sim);
400 float psys_get_child_time(struct ParticleSystem *psys,
401                           struct ChildParticle *cpa,
402                           float cfra,
403                           float *birthtime,
404                           float *dietime);
405 float psys_get_child_size(struct ParticleSystem *psys,
406                           struct ChildParticle *cpa,
407                           float cfra,
408                           float *pa_time);
409 void psys_get_particle_on_path(struct ParticleSimulationData *sim,
410                                int pa_num,
411                                struct ParticleKey *state,
412                                const bool vel);
413 int psys_get_particle_state(struct ParticleSimulationData *sim,
414                             int p,
415                             struct ParticleKey *state,
416                             int always);
417
418 /* child paths */
419 void BKE_particlesettings_clump_curve_init(struct ParticleSettings *part);
420 void BKE_particlesettings_rough_curve_init(struct ParticleSettings *part);
421 void BKE_particlesettings_twist_curve_init(struct ParticleSettings *part);
422 void psys_apply_child_modifiers(struct ParticleThreadContext *ctx,
423                                 struct ListBase *modifiers,
424                                 struct ChildParticle *cpa,
425                                 struct ParticleTexture *ptex,
426                                 const float orco[3],
427                                 float hairmat[4][4],
428                                 struct ParticleCacheKey *keys,
429                                 struct ParticleCacheKey *parent_keys,
430                                 const float parent_orco[3]);
431
432 void psys_sph_init(struct ParticleSimulationData *sim, struct SPHData *sphdata);
433 void psys_sph_finalise(struct SPHData *sphdata);
434 void psys_sph_density(struct BVHTree *tree, struct SPHData *data, float co[3], float vars[2]);
435
436 /* for anim.c */
437 void psys_get_dupli_texture(struct ParticleSystem *psys,
438                             struct ParticleSettings *part,
439                             struct ParticleSystemModifierData *psmd,
440                             struct ParticleData *pa,
441                             struct ChildParticle *cpa,
442                             float uv[2],
443                             float orco[3]);
444 void psys_get_dupli_path_transform(struct ParticleSimulationData *sim,
445                                    struct ParticleData *pa,
446                                    struct ChildParticle *cpa,
447                                    struct ParticleCacheKey *cache,
448                                    float mat[4][4],
449                                    float *scale);
450
451 void psys_thread_context_init(struct ParticleThreadContext *ctx,
452                               struct ParticleSimulationData *sim);
453 void psys_thread_context_free(struct ParticleThreadContext *ctx);
454 void psys_tasks_create(struct ParticleThreadContext *ctx,
455                        int startpart,
456                        int endpart,
457                        struct ParticleTask **r_tasks,
458                        int *r_numtasks);
459 void psys_tasks_free(struct ParticleTask *tasks, int numtasks);
460
461 void psys_apply_hair_lattice(struct Depsgraph *depsgraph,
462                              struct Scene *scene,
463                              struct Object *ob,
464                              struct ParticleSystem *psys);
465
466 /* particle_system.c */
467 struct ParticleSystem *psys_get_target_system(struct Object *ob, struct ParticleTarget *pt);
468 void psys_count_keyed_targets(struct ParticleSimulationData *sim);
469 void psys_update_particle_tree(struct ParticleSystem *psys, float cfra);
470 void psys_changed_type(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
471
472 void psys_make_temp_pointcache(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
473 void psys_get_pointcache_start_end(struct Scene *scene,
474                                    ParticleSystem *psys,
475                                    int *sfra,
476                                    int *efra);
477
478 void psys_check_boid_data(struct ParticleSystem *psys);
479
480 void psys_get_birth_coords(struct ParticleSimulationData *sim,
481                            struct ParticleData *pa,
482                            struct ParticleKey *state,
483                            float dtime,
484                            float cfra);
485
486 void particle_system_update(struct Depsgraph *depsgraph,
487                             struct Scene *scene,
488                             struct Object *ob,
489                             struct ParticleSystem *psys,
490                             const bool use_render_params);
491
492 /* Callback format for performing operations on ID-pointers for particle systems */
493 typedef void (*ParticleSystemIDFunc)(struct ParticleSystem *psys,
494                                      struct ID **idpoin,
495                                      void *userdata,
496                                      int cb_flag);
497
498 void BKE_particlesystem_id_loop(struct ParticleSystem *psys,
499                                 ParticleSystemIDFunc func,
500                                 void *userdata);
501
502 /* Reset all particle systems in the given object. */
503 void BKE_particlesystem_reset_all(struct Object *object);
504
505 /* ----------- functions needed only inside particlesystem ------------ */
506 /* particle.c */
507 void psys_disable_all(struct Object *ob);
508 void psys_enable_all(struct Object *ob);
509
510 void free_hair(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys, int dynamics);
511 void free_keyed_keys(struct ParticleSystem *psys);
512 void psys_free_particles(struct ParticleSystem *psys);
513 void psys_free_children(struct ParticleSystem *psys);
514
515 void psys_interpolate_particle(
516     short type, struct ParticleKey keys[4], float dt, struct ParticleKey *result, bool velocity);
517 void psys_vec_rot_to_face(struct Mesh *mesh, struct ParticleData *pa, float vec[3]);
518 void psys_mat_hair_to_object(struct Object *ob,
519                              struct Mesh *mesh,
520                              short from,
521                              struct ParticleData *pa,
522                              float hairmat[4][4]);
523 void psys_mat_hair_to_global(struct Object *ob,
524                              struct Mesh *mesh,
525                              short from,
526                              struct ParticleData *pa,
527                              float hairmat[4][4]);
528 void psys_mat_hair_to_orco(struct Object *ob,
529                            struct Mesh *mesh,
530                            short from,
531                            struct ParticleData *pa,
532                            float hairmat[4][4]);
533
534 float psys_get_dietime_from_cache(struct PointCache *cache, int index);
535
536 void psys_free_pdd(struct ParticleSystem *psys);
537
538 float *psys_cache_vgroup(struct Mesh *mesh, struct ParticleSystem *psys, int vgroup);
539 void psys_get_texture(struct ParticleSimulationData *sim,
540                       struct ParticleData *pa,
541                       struct ParticleTexture *ptex,
542                       int event,
543                       float cfra);
544 void psys_interpolate_face(struct MVert *mvert,
545                            struct MFace *mface,
546                            struct MTFace *tface,
547                            float (*orcodata)[3],
548                            float w[4],
549                            float vec[3],
550                            float nor[3],
551                            float utan[3],
552                            float vtan[3],
553                            float orco[3]);
554 float psys_particle_value_from_verts(struct Mesh *mesh,
555                                      short from,
556                                      struct ParticleData *pa,
557                                      float *values);
558 void psys_get_from_key(
559     struct ParticleKey *key, float loc[3], float vel[3], float rot[4], float *time);
560
561 /* BLI_bvhtree_ray_cast callback */
562 void BKE_psys_collision_neartest_cb(void *userdata,
563                                     int index,
564                                     const struct BVHTreeRay *ray,
565                                     struct BVHTreeRayHit *hit);
566 void psys_particle_on_dm(struct Mesh *mesh_final,
567                          int from,
568                          int index,
569                          int index_dmcache,
570                          const float fw[4],
571                          float foffset,
572                          float vec[3],
573                          float nor[3],
574                          float utan[3],
575                          float vtan[3],
576                          float orco[3]);
577
578 /* particle_system.c */
579 void distribute_particles(struct ParticleSimulationData *sim, int from);
580 void initialize_particle(struct ParticleSimulationData *sim, struct ParticleData *pa);
581 void psys_calc_dmcache(struct Object *ob,
582                        struct Mesh *mesh_final,
583                        struct Mesh *mesh_original,
584                        struct ParticleSystem *psys);
585 int psys_particle_dm_face_lookup(struct Mesh *mesh_final,
586                                  struct Mesh *mesh_original,
587                                  int findex,
588                                  const float fw[4],
589                                  struct LinkNode **poly_nodes);
590
591 void reset_particle(struct ParticleSimulationData *sim,
592                     struct ParticleData *pa,
593                     float dtime,
594                     float cfra);
595
596 float psys_get_current_display_percentage(struct ParticleSystem *psys,
597                                           const bool use_render_params);
598
599 /* psys_reset */
600 #define PSYS_RESET_ALL 1
601 #define PSYS_RESET_DEPSGRAPH 2
602 /* #define PSYS_RESET_CHILDREN  3 */ /*UNUSED*/
603 #define PSYS_RESET_CACHE_MISS 4
604
605 /* index_dmcache */
606 #define DMCACHE_NOTFOUND -1
607 #define DMCACHE_ISCHILD -2
608
609 /* **** Depsgraph evaluation **** */
610
611 struct Depsgraph;
612
613 void BKE_particle_settings_eval_reset(struct Depsgraph *depsgraph,
614                                       struct ParticleSettings *particle_settings);
615
616 void BKE_particle_system_eval_init(struct Depsgraph *depsgraph, struct Object *object);
617
618 /* Draw Cache */
619 enum {
620   BKE_PARTICLE_BATCH_DIRTY_ALL = 0,
621 };
622 void BKE_particle_batch_cache_dirty_tag(struct ParticleSystem *psys, int mode);
623 void BKE_particle_batch_cache_free(struct ParticleSystem *psys);
624
625 extern void (*BKE_particle_batch_cache_dirty_tag_cb)(struct ParticleSystem *psys, int mode);
626 extern void (*BKE_particle_batch_cache_free_cb)(struct ParticleSystem *psys);
627
628 #ifdef __cplusplus
629 }
630 #endif
631
632 #endif /* __BKE_PARTICLE_H__ */