New: Min & MaxFrame of simulation; Fixed: Many reset problems gone
[blender.git] / source / blender / blenkernel / intern / implicit.c
1 /*  implicit.c      
2
3 *
4 * ***** BEGIN GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
5 *
6 * This program is free software; you can redistribute it and/or
7 * modify it under the terms of the GNU General Public License
8 * as published by the Free Software Foundation; either version 2
9 * of the License, or (at your option) any later version. The Blender
10 * Foundation also sells licenses for use in proprietary software under
11 * the Blender License.  See http://www.blender.org/BL/ for information
12 * about this.
13 *
14 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
15 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17 * GNU General Public License for more details.
18 *
19 * You should have received a copy of the GNU General Public License
20 * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
21 * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
22 *
23 * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
24 * All rights reserved.
25 *
26 * The Original Code is: all of this file.
27 *
28 * Contributor(s): none yet.
29 *
30 * ***** END GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
31 */
32 #include <math.h>
33 #include <stdlib.h>
34 #include <string.h>
35 #include <stdio.h>
36 #include "MEM_guardedalloc.h"
37 /* types */
38 #include "DNA_curve_types.h"
39 #include "DNA_object_types.h"
40 #include "DNA_object_force.h"   
41 #include "DNA_cloth_types.h"    
42 #include "DNA_key_types.h"
43 #include "DNA_mesh_types.h"
44 #include "DNA_modifier_types.h"
45 #include "DNA_meshdata_types.h"
46 #include "DNA_lattice_types.h"
47 #include "DNA_scene_types.h"
48 #include "DNA_modifier_types.h"
49 #include "BLI_blenlib.h"
50 #include "BLI_arithb.h"
51 #include "BLI_threads.h"
52 #include "BKE_curve.h"
53 #include "BKE_displist.h"
54 #include "BKE_effect.h"
55 #include "BKE_global.h"
56 #include "BKE_key.h"
57 #include "BKE_object.h"
58 #include "BKE_cloth.h"
59 #include "BKE_modifier.h"
60 #include "BKE_utildefines.h"
61 #include "BKE_global.h"
62 #include  "BIF_editdeform.h"
63
64
65 #ifdef _WIN32
66 #include <windows.h>
67 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
68 static LARGE_INTEGER ifreq;
69 void itstart(void)
70 {
71         static int first = 1;
72         if(first) {
73                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
74                 first = 0;
75         }
76         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
77 }
78 void itend(void)
79 {
80         QueryPerformanceCounter(&_itend);
81 }
82 double itval()
83 {
84         return ((double)_itend.QuadPart -
85                 (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
86 }
87 #else
88 #include <sys/time.h>
89 // intrinsics need better compile flag checking
90 // #include <xmmintrin.h>
91 // #include <pmmintrin.h>
92 #include <pthread.h>
93
94 static struct timeval _itstart, _itend;
95 static struct timezone itz;
96 void itstart(void)
97 {
98         gettimeofday(&_itstart, &itz);
99 }
100 void itend(void)
101 {
102         gettimeofday(&_itend,&itz);
103 }
104 double itval()
105 {
106         double t1, t2;
107         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
108         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
109         return t2-t1;
110 }
111 #endif
112 /*
113 #define C99
114 #ifdef C99
115 #defineDO_INLINE inline 
116 #else 
117 #defineDO_INLINE static 
118 #endif
119 */
120 struct Cloth;
121
122 //////////////////////////////////////////
123 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
124 /////////////////////////////////////////
125
126 /* DEFINITIONS */
127 typedef float lfVector[3];
128 typedef struct fmatrix3x3 {
129         float m[3][3]; /* 4x4 matrix */
130         unsigned int c,r; /* column and row number */
131         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
132         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
133         unsigned int vcount; /* vertex count */
134         unsigned int scount; /* spring count */ 
135 } fmatrix3x3;
136
137 ///////////////////////////
138 // float[3] vector
139 ///////////////////////////
140 /* simple vector code */
141 /* STATUS: verified */
142 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
143 {
144         to[0] = from[0] * scalar;
145         to[1] = from[1] * scalar;
146         to[2] = from[2] * scalar;
147 }
148 /* simple cross product */
149 /* STATUS: verified */
150 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
151 {
152         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
153         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
154         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
155 }
156 /* simple v^T * v product ("outer product") */
157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
159 {
160         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
161         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
162         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
163 }
164 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
165 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
166 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
167 {
168         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]* aS);
169         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]* aS);
170         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]* aS);
171 }
172
173 /* printf vector[3] on console: for debug output */
174 void print_fvector(float m3[3])
175 {
176         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
177 }
178
179 ///////////////////////////
180 // long float vector float (*)[3]
181 ///////////////////////////
182 /* print long vector on console: for debug output */
183 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
184 {
185         unsigned int i = 0;
186         for(i = 0; i < verts; i++)
187         {
188                 print_fvector(fLongVector[i]);
189         }
190 }
191 /* create long vector */
192 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
193 {
194         // TODO: check if memory allocation was successfull */
195         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
196         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
197 }
198 /* delete long vector */
199 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
200 {
201         if (fLongVector != NULL)
202         {
203                 MEM_freeN (fLongVector);
204                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
205         }
206 }
207 /* copy long vector */
208 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
209 {
210         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
211 }
212 /* init long vector with float[3] */
213 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
214 {
215         unsigned int i = 0;
216         for(i = 0; i < verts; i++)
217         {
218                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
219         }
220 }
221 /* zero long vector with float[3] */
222 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
223 {
224         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
225 }
226 /* multiply long vector with scalar*/
227 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
228 {
229         unsigned int i = 0;
230
231         for(i = 0; i < verts; i++)
232         {
233                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
234         }
235 }
236 /* multiply long vector with scalar*/
237 /* A -= B * float */
238 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
239 {
240         unsigned int i = 0;
241         for(i = 0; i < verts; i++)
242         {
243                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
244         }
245 }
246 /* dot product for big vector */
247 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
248 {
249         unsigned int i = 0;
250
251 #ifndef _WIN32
252         float temp  __attribute__ ((aligned (16) ) )= 0.0f; //   __declspec(align(16)) 
253 #else
254         float temp = 0.0f;
255 #endif
256
257 #pragma omp parallel for reduction(+: temp) schedule(guided, 1)
258         for(i = 0; i < verts; i++)
259         {
260                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
261         }
262         return temp;
263 }
264 /* A = B + C  --> for big vector */
265 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
266 {
267
268         unsigned int i = 0;
269
270         for(i = 0; i < verts; i++)
271         {
272                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
273         }
274
275 }
276 /* A = B + C * float --> for big vector */
277 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
278 {
279         unsigned int i = 0;
280
281         for(i = 0; i < verts; i++)
282         {
283                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
284
285         }
286 }
287 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
288 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
289 {
290         unsigned int i = 0;
291
292         for(i = 0; i < verts; i++)
293         {
294                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
295         }
296 }
297 /* A = B - C * float --> for big vector */
298 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
299 {
300         unsigned int i = 0;
301         for(i = 0; i < verts; i++)
302         {
303                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
304         }
305
306 }
307 /* A = B - C --> for big vector */
308 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
309 {
310         unsigned int i = 0;
311
312         for(i = 0; i < verts; i++)
313         {
314                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
315         }
316
317 }
318 ///////////////////////////
319 // 4x4 matrix
320 ///////////////////////////
321 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
322 void print_fmatrix(float m3[3][3])
323 {
324         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
325         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
326         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
327 }
328 /* copy 4x4 matrix */
329 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
330 {
331         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
332         VECCOPY(to[0], from[0]);
333         VECCOPY(to[1], from[1]);
334         VECCOPY(to[2], from[2]);
335 }
336 /* calculate determinant of 4x4 matrix */
337 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
338 {
339         return  m[0][0]*m[1][1]*m[2][2] + m[1][0]*m[2][1]*m[0][2] + m[0][1]*m[1][2]*m[2][0] 
340         -m[0][0]*m[1][2]*m[2][1] - m[0][1]*m[1][0]*m[2][2] - m[2][0]*m[1][1]*m[0][2];
341 }
342 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
343 {
344         unsigned int i, j;
345         float d;
346
347         if((d=det_fmatrix(from))==0)
348         {
349                 printf("can't build inverse");
350                 exit(0);
351         }
352         for(i=0;i<3;i++) 
353         {
354                 for(j=0;j<3;j++) 
355                 {
356                         int i1=(i+1)%3;
357                         int i2=(i+2)%3;
358                         int j1=(j+1)%3;
359                         int j2=(j+2)%3;
360                         // reverse indexs i&j to take transpose
361                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
362                         /*
363                         if(i==j)
364                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
365                         else
366                         to[i][j] = 0;
367                         */
368                 }
369         }
370
371 }
372
373 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
374 /* STATUS: verified */
375 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
376 {
377         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
378         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
379         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
380 }
381
382 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
383 /* STATUS: verified */
384 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
385 {
386         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
387         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
388         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
389 }
390
391 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
392 /* STATUS: verified */
393 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
394 {
395         to[0] = INPR(matrix[0],from);
396         to[1] = INPR(matrix[1],from);
397         to[2] = INPR(matrix[2],from);
398 }
399 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
400 /* STATUS: verified */
401 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
402 {
403         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
404         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
405         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
406 }
407 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
408 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
409 {
410         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
411         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
412         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
413 }
414 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
415 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
416 {
417         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
418         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
419         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
420 }
421 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
422 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
423 {
424         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
425         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
426         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
427 }
428 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
429 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
430 {
431         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
432         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
433         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
434 }
435 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
436 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
437 {
438         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
439         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
440         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
441 }
442 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
443 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
444 {
445         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
446         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
447         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
448 }
449 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
450 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
451 {
452         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
453         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
454         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
455 }
456 /////////////////////////////////////////////////////////////////
457 // special functions
458 /////////////////////////////////////////////////////////////////
459 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
460 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
461 {
462         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
463         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
464         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
465 }
466 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
467 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
468 {
469         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
470         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
471         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
472 }
473 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
474 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
475 {
476         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
477         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
478         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
479 }
480 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
481 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
482 {
483         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
484         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
485         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
486 }
487 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
488 /* STATUS: verified */
489 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
490 {
491         to[0] += INPR(matrix[0],from);
492         to[1] += INPR(matrix[1],from);
493         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
494 }
495 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
496 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
497 {
498         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
499         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
500         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
501 }
502 /////////////////////////////////////////////////////////////////
503
504 ///////////////////////////
505 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
506 ///////////////////////////
507 /* printf a big matrix on console: for debug output */
508 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
509 {
510         unsigned int i = 0;
511
512         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
513         {
514                 print_fmatrix(m3[i].m);
515         }
516 }
517 /* create big matrix */
518 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
519 {
520         // TODO: check if memory allocation was successfull */
521         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
522         temp[0].vcount = verts;
523         temp[0].scount = springs;
524         return temp;
525 }
526 /* delete big matrix */
527 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
528 {
529         if (matrix != NULL)
530         {
531                 MEM_freeN (matrix);
532         }
533 }
534 /* copy big matrix */
535 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
536 {       
537         // TODO bounds checking 
538         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
539 }
540 /* init the diagonal of big matrix */
541 // slow in parallel
542 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
543 {
544         unsigned int i,j;
545         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
546
547         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
548         {               
549                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
550         }
551         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
552         {
553                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
554         }
555 }
556 /* init big matrix */
557 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
558 {
559         unsigned int i;
560
561         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
562         {
563                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
564         }
565 }
566 /* multiply big matrix with scalar*/
567 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
568 {
569         unsigned int i = 0;
570         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
571         {
572                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
573         }
574 }
575 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
576 /* STATUS: verified */
577 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, float (*fLongVector)[3])
578 {
579         unsigned int i = 0,j=0;
580         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
581         /* process diagonal elements */ 
582         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
583         {
584                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);       
585         }
586
587         /* process off-diagonal entries (every off-diagonal entry needs to be symmetric) */
588         for(j = from[0].vcount; j < from[0].vcount+from[0].scount; j++)
589         {
590                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[j].c], from[j].m, fLongVector[from[j].r]);
591                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[j].r], from[j].m, fLongVector[from[j].c]);       
592         }       
593
594 }
595 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
596 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
597 {
598         unsigned int i = 0;
599
600         /* process diagonal elements */
601         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
602         {
603                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
604         }
605
606 }
607 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
608 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
609 {
610         unsigned int i = 0;
611
612         /* process diagonal elements */
613         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
614         {
615                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
616         }
617
618 }
619 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
620 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
621 {
622         unsigned int i = 0;
623
624         /* process diagonal elements */
625         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
626         {
627                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
628         }
629
630 }
631 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
632 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
633 {
634         unsigned int i = 0;
635
636         /* process diagonal elements */
637         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
638         {
639                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
640         }
641
642 }
643 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
644 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
645 {
646         unsigned int i = 0;
647
648         /* process diagonal elements */
649         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
650         {
651                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
652         }
653
654 }
655 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
656 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
657 {
658         unsigned int i = 0;
659
660         /* process diagonal elements */
661         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
662         {
663                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
664         }
665
666 }
667 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
668 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
669 /* VERIFIED */
670 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
671 {
672         unsigned int i = 0;
673
674         /* process diagonal elements */
675         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
676         {
677                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
678         }
679
680 }
681
682 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
683 // simulator start
684 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
685 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
686 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
687 typedef struct Implicit_Data 
688 {
689         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
690         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
691 } Implicit_Data;
692
693 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
694 {
695         unsigned int i = 0;
696         unsigned int pinned = 0;
697         Cloth *cloth = NULL;
698         ClothVertex *verts = NULL;
699         ClothSpring *springs = NULL;
700         Implicit_Data *id = NULL;
701
702         // init memory guard
703         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
704
705         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
706         verts = cloth->verts;
707         springs = cloth->springs;
708
709         // create implicit base
710         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
711         cloth->implicit = id;
712
713         /* process diagonal elements */         
714         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
715         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
716         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
717         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
718         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
719         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
720         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
721         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
722         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
723         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
724         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
725         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
726         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
727         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
728         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
729         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
730         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
731         
732         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
733         {
734                 id->A[i].r = id->A[i].c = id->dFdV[i].r = id->dFdV[i].c = id->dFdX[i].r = id->dFdX[i].c = id->P[i].c = id->P[i].r = id->Pinv[i].c = id->Pinv[i].r = id->bigI[i].c = id->bigI[i].r = i;
735
736                 if(verts [i].flags & CVERT_FLAG_PINNED)
737                 {
738                         id->S[pinned].pinned = 1;
739                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
740                         pinned++;
741                 }
742         }
743
744         // S is special and needs specific vcount and scount
745         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
746
747         // init springs */
748         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
749         {
750                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
751                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
752                         id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = springs[i].ij;
753
754                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
755                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
756                         id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = springs[i].kl;
757
758                 springs[i].matrix_index = i + cloth->numverts;
759         }
760
761         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
762         {               
763                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
764         }
765
766         return 1;
767 }
768 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
769 {
770         Implicit_Data *id;
771         Cloth *cloth;
772         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
773
774         if(cloth)
775         {
776                 id = cloth->implicit;
777
778                 if(id)
779                 {
780                         del_bfmatrix(id->A);
781                         del_bfmatrix(id->dFdV);
782                         del_bfmatrix(id->dFdX);
783                         del_bfmatrix(id->S);
784                         del_bfmatrix(id->P);
785                         del_bfmatrix(id->Pinv);
786                         del_bfmatrix(id->bigI);
787
788                         del_lfvector(id->X);
789                         del_lfvector(id->Xnew);
790                         del_lfvector(id->V);
791                         del_lfvector(id->Vnew);
792                         del_lfvector(id->olddV);
793                         del_lfvector(id->F);
794                         del_lfvector(id->B);
795                         del_lfvector(id->dV);
796                         del_lfvector(id->z);
797
798                         MEM_freeN(id);
799                 }
800         }
801
802         return 1;
803 }
804 DO_INLINE float fb(float length, float L)
805 {
806         float x = length/L;
807         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
808 }
809 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
810 {
811         float x = length/L;
812
813         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
814 }
815
816 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
817 {
818         float tempfb = kb * fb(length, L);
819
820         float fbstar = cb * (length - L);
821
822         if(tempfb < fbstar)
823                 return fbstar;
824         else
825                 return tempfb;          
826 }
827 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
828 {
829         float tempfb = kb * fb(length, L);
830         float fbstar = cb * (length - L);
831
832         if(tempfb < fbstar)
833         {               
834                 return cb;
835         }
836         else
837         {
838                 return kb * fbderiv(length, L); 
839         }       
840 }
841 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
842 {
843         unsigned int i=0;
844
845         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
846         {
847                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
848         }
849 }
850 // block diagonalizer
851 void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *bigI)
852 {
853         unsigned int i=0;
854
855         // Take only the diagonal blocks of A
856         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)
857         {
858                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m); 
859         }
860         /*
861         // SpecialBigSMul(P, S, P);
862         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
863         {
864         mul_fmatrix_fmatrix(P[S[i].r].m, S[i].m, P[S[i].r].m);
865         }
866         add_bfmatrix_bfmatrix(P, P, bigI);
867         */
868         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)                              
869         {
870                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m); 
871         }               
872
873 }
874 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
875 {
876         // Solves for unknown X in equation AX=B
877         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
878         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
879         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
880         float s, starget, a, s_prev;
881         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
882         q = create_lfvector(numverts);
883         d = create_lfvector(numverts);
884         tmp = create_lfvector(numverts);
885         r = create_lfvector(numverts);
886
887         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
888         filter(ldV, S);
889
890         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
891
892         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
893         cp_lfvector(r, lB, numverts);
894         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
895         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
896
897         filter(r,S);
898
899         cp_lfvector(d, r, numverts);
900
901         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
902         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
903
904         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
905         {       
906                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
907                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
908
909                 filter(q,S);
910
911                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
912
913                 // X = X + d*a;
914                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
915
916                 // r = r - q*a;
917                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
918
919                 s_prev = s;
920                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
921
922                 //d = r+d*(s/s_prev);
923                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
924
925                 filter(d,S);
926
927                 conjgrad_loopcount++;
928         }
929         conjgrad_lasterror = s;
930
931         del_lfvector(q);
932         del_lfvector(d);
933         del_lfvector(tmp);
934         del_lfvector(r);
935         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
936
937         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
938 }
939 /*
940 int cg_filtered_pre(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, lfVector *X0, float dt)
941 {
942 // Solves for unknown X in equation AX=B
943 unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
944 float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
945 lfVector *q, *c , *tmp, *r, *s, *filterX0, *p_fb, *bhat;
946 float delta0, deltanew, deltaold, alpha=0, epsilon_sqr;
947 unsigned int numverts = lA[0].vcount;
948 int i = 0;
949 q = create_lfvector(numverts);
950 c = create_lfvector(numverts);
951 tmp = create_lfvector(numverts);
952 r = create_lfvector(numverts);
953 s = create_lfvector(numverts);
954 filterX0 = create_lfvector(numverts);
955 p_fb = create_lfvector(numverts);
956 bhat = create_lfvector(numverts);
957
958 // SpecialBigSSub(bigI, S);
959 initdiag_bfmatrix(bigI, I);
960 sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S); // TODO
961
962 BuildPPinv(lA,P,Pinv,S, bigI);
963
964 //////////////////////////
965 // x = S*x0 + (I-S)*z 
966 //////////////////////////
967 // filterX0 = X0 * 1.0f;
968 cp_lfvector(filterX0, X0, numverts);
969 // filter(filterX0,S);
970 filter(filterX0, S);
971 // X = filterX0 * 1.0f;
972 cp_lfvector(ldV, filterX0, numverts);
973
974 // X = X + Mul(tmp, bigI, z);
975 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, bigI, z);
976 add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, tmp, numverts);
977 //////////////////////////
978
979
980 //////////////////////////
981 // b_hat = S*(b-A*(I-S)*z) 
982 //////////////////////////      
983 // bhat = bigI * z;
984 mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, z);
985 // bhat = Mul(tmp, A, bhat);
986 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, bhat);
987 cp_lfvector(bhat, tmp, numverts);
988 // bhat = B - bhat;
989 sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
990 // cp_lfvector(bhat, lB, numverts);
991 filter(bhat,S);
992 //////////////////////////
993
994 //////////////////////////
995 // r = S*(b - A*x)  
996 //////////////////////////
997 // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
998 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
999 sub_lfvector_lfvector(r, lB, tmp, numverts);
1000 // cp_lfvector(r, lB, numverts);
1001 filter(r,S);
1002 //////////////////////////
1003
1004
1005 //////////////////////////
1006 // (p) = c = S * P^-1 * r
1007 //////////////////////////
1008 // c = Pinv * r;
1009 mul_bfmatrix_lfvector(c, Pinv, r);
1010 filter(c,S);
1011 //////////////////////////      
1012
1013
1014 //////////////////////////
1015 // p_fb = P * bhat
1016 // delta0 = dot(bhat, p_fb)
1017 //////////////////////////
1018 // p_fb = P*bhat;       
1019 mul_bfmatrix_lfvector(p_fb, P, bhat);
1020 delta0 = dot_lfvector(bhat, p_fb, numverts);
1021 //////////////////////////
1022
1023
1024 //////////////////////////
1025 // deltanew = dot(r,c)
1026 //////////////////////////
1027 deltanew = dot_lfvector(r, c, numverts);
1028 //////////////////////////
1029 epsilon_sqr = conjgrad_epsilon*conjgrad_epsilon; // paper mentiones dt * 0.01
1030
1031 while((deltanew>(epsilon_sqr*delta0))&& (conjgrad_loopcount++ < conjgrad_looplimit))
1032 {
1033 //////////////////////////
1034 // (s) = q = S*A*c
1035 //////////////////////////
1036 // q = A*c; 
1037 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, c);
1038 filter(q,S);
1039 //////////////////////////              
1040
1041 //////////////////////////
1042 // alpha = deltanew / (c^T * q)
1043 //////////////////////////
1044 alpha = deltanew/dot_lfvector(c, q, numverts);
1045 //////////////////////////              
1046
1047 //X = X + c*alpha;
1048 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, c, alpha, numverts);
1049 //r = r - q*alpha;
1050 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, alpha, numverts);               
1051
1052 //////////////////////////
1053 // (h) = s = P^-1 * r
1054 //////////////////////////
1055 // s = Pinv * r;
1056 mul_bfmatrix_lfvector(s, Pinv, r);
1057 filter(s,S);
1058 //////////////////////////
1059
1060 deltaold = deltanew;
1061
1062 // deltanew = dot(r,s);
1063 deltanew = dot_lfvector(r, s, numverts);
1064
1065 //////////////////////////
1066 // c = S * (s + (deltanew/deltaold)*c)
1067 //////////////////////////      
1068 // c = s + c * (deltanew/deltaold);
1069 add_lfvector_lfvectorS(c, s, c, (deltanew/deltaold), numverts);
1070 filter(c,S);
1071 //////////////////////////
1072
1073 }
1074 conjgrad_lasterror = deltanew;
1075 del_lfvector(q);
1076 del_lfvector(c);
1077 del_lfvector(tmp);
1078 del_lfvector(r);
1079 del_lfvector(s);
1080 del_lfvector(filterX0);
1081 del_lfvector(p_fb);
1082 del_lfvector(bhat);
1083 printf("Bconjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
1084
1085 return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
1086 }
1087 */
1088
1089 // outer product is NOT cross product!!!
1090 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1091 {
1092         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1093         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1094         float temp[3][3];
1095         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1096         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1097         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1098         mul_fmatrix_S(temp, k);
1099         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1100 }
1101 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1102 {
1103         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1104         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1105 }
1106 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1107 {
1108         // derivative of force wrt velocity.  
1109         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1110         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1111 }
1112 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1113 {
1114         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1115         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1116         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1117         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1118         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1119         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1120         mul_fmatrix_S(to, -k);
1121 }
1122 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1123 {
1124         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1125         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1126         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1127         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1128         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1129
1130 }
1131
1132 DO_INLINE void calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1133 {
1134         float extent[3];
1135         float length = 0;
1136         float dir[3] = {0,0,0};
1137         float vel[3];
1138         float k = 0.0f;
1139         float L = s->restlen;
1140         float cb = clmd->sim_parms.structural;
1141
1142         float f[3] = {0,0,0};
1143         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1144         float bending_force[3] = {0,0,0};
1145         float damping_force[3] = {0,0,0};
1146         float dfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1147         float dfdv[3][3];
1148         int needed = 0;
1149         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1150         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1151
1152         // calculate elonglation
1153         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1154         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1155         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1156         
1157         
1158         
1159         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1160         {
1161                 if(length>L)
1162                 {
1163                         if((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1164                         && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms.maxspringlen))) // cut spring!
1165                         {
1166                                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1167                                 return;
1168                         }
1169                 } 
1170                 
1171                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1172         }
1173         else    
1174         {
1175                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1176         }
1177         
1178         
1179         // calculate force of structural springs
1180         if(s->type != BENDING)
1181         {
1182                 if(length > L) // only on elonglation
1183                 {
1184                         needed++;
1185
1186                         k = clmd->sim_parms.structural; 
1187
1188                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1189
1190                         VECADD(f, f, stretch_force);
1191
1192                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1193                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms.Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1194                         VECADD(f, f, damping_force);
1195
1196                         dfdx_spring_type1(dfdx, dir,length,L,k);
1197
1198                         dfdv_damp(dfdv, dir,clmd->sim_parms.Cdis);                      
1199                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, dfdv);
1200                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, dfdv);
1201
1202                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, dfdv);    
1203
1204                 }
1205         }
1206         else // calculate force of bending springs
1207         {
1208                 if(length < L)
1209                 {
1210                         k = clmd->sim_parms.bending;
1211
1212                         needed++;       
1213
1214                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1215                         VECADD(f, f, bending_force);
1216
1217                         dfdx_spring_type2(dfdx, dir,length,L,k, cb);
1218                 }
1219         }
1220
1221         if(needed)
1222         {
1223                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], f);
1224                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], f);
1225
1226                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, dfdx);
1227                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, dfdx);
1228
1229                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, dfdx);
1230         }
1231 }
1232
1233 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1234 {
1235         float v1[3], v2[3];
1236
1237         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1238         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1239         cross_fvector(to, v1, v2);
1240 }
1241 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1242 {
1243         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1244         mul_fvector_S(to, to, temp);
1245 }
1246
1247 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1248 {
1249         float temp[3]; 
1250         int i;
1251         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1252
1253         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1254         {
1255                 // check if this triangle contains the selected vertex
1256                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1257                 {
1258                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1259                         VECADD(to, to, temp);
1260                 }
1261         }
1262 }
1263 float calculateVertexWindForce(int index, float wind[3], float vertexnormal[3])  
1264 {
1265         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1266 }
1267
1268 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1269 {       
1270
1271 }
1272
1273 void calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1274 {
1275         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1276         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1277         unsigned int    i               = 0;
1278         float           spring_air      = clmd->sim_parms.Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1279         float           gravity[3];
1280         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1281         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1282         ClothSpring     *springs        = cloth->springs;
1283         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1284         float wind_normalized[3];
1285         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1286         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1287         float kd, ks;
1288
1289
1290         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms.gravity);
1291         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1292
1293         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1294         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1295         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1296         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1297
1298         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1299
1300         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1301
1302         /* do goal stuff */
1303         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) 
1304         {       
1305                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1306                 {                       
1307                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1308                         {                       
1309                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1310                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1311                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1312                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1313
1314                                 VecSubf(auxvect, tvect, lX[i]);
1315                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms.goalspring)-1.0f ;
1316                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1317
1318                                 /* calulate damping forces generated by goals*/
1319                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1320                                 kd =  clmd->sim_parms.goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1321                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1322
1323                         }
1324                 }       
1325         }
1326
1327         /* handle external forces like wind */
1328         if(effectors)
1329         {
1330                 float wind[3] = {0,1.0f,0};
1331                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1332
1333                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1334                 {
1335                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1336
1337                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, wind, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);           
1338
1339                         VECCOPY(wind_normalized, wind);
1340                         Normalize(wind_normalized);
1341
1342                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1343                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(i, wind, vertexnormal));
1344                 }
1345         }
1346
1347         /* calculate and apply spring forces */
1348         for(i = 0; i < cloth->numsprings; i++)
1349         {
1350                 // only handle active springs
1351                 if(((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1352                 {
1353                         calc_spring_force(clmd, &springs[i], lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1354                 }
1355         }
1356
1357 }
1358
1359 void simulate_implicit_euler(lfVector *Vnew, lfVector *lX, lfVector *lV, lfVector *lF, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, float dt, fmatrix3x3 *A, lfVector *B, lfVector *dV, fmatrix3x3 *S, lfVector *z, lfVector *olddV)
1360 {
1361         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1362
1363         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1364
1365         initdiag_bfmatrix(A, I);
1366         zero_lfvector(dV, numverts);
1367
1368         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));   
1369
1370         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1371
1372         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1373         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1374         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, dt);
1375         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1376
1377         // advance velocities
1378         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1379
1380         del_lfvector(dFdXmV);
1381 }
1382
1383 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors,
1384                                          CM_COLLISION_SELF self_collision, CM_COLLISION_OBJ obj_collision)
1385 {               
1386         unsigned int i=0, j;
1387         float step=0.0f, tf=1.0f;
1388         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1389         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1390         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1391         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms.stepsPerFrame;
1392         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1393         int result = 0;
1394         
1395         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1396         {
1397                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1398                 {                       
1399                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1400                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1401                         {                       
1402                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1403                         }
1404                 }       
1405         }
1406
1407         while(step < tf)
1408         {               
1409                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1410                 
1411                 // calculate 
1412                 calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);     
1413                 simulate_implicit_euler(id->Vnew, id->X, id->V, id->F, id->dFdV, id->dFdX, dt, id->A, id->B, id->dV, id->S, id->z, id->olddV);
1414                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1415                 
1416                 // collisions 
1417                 itstart();
1418                 // update verts to current positions
1419                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1420                 {               
1421                         VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1422                         
1423                         VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1424                 }
1425
1426                 // call collision function
1427                 // result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, bvh_collision_response, dt);
1428
1429                 // copy corrected positions back to simulation
1430                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1431                 {               
1432                         // TODO: calculate v_n+1 from v_n+1/2
1433                         if(result)
1434                         {
1435                                 VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1436                                 
1437                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1438                                 
1439                                 VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1440                                 
1441                                 VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1442                                 VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1443                         }
1444                         else
1445                         {
1446                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1447                         }
1448                 }
1449                 
1450                 // X = Xnew;
1451                 cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1452                 
1453                 // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1454                 if(result)
1455                 {
1456                         // V = Vnew;
1457                         cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1458                         
1459                         // calculate 
1460                         calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);     
1461                         simulate_implicit_euler(id->Vnew, id->X, id->V, id->F, id->dFdV, id->dFdX, dt / 2.0f, id->A, id->B, id->dV, id->S, id->z, id->olddV);
1462                 }
1463                 
1464                 itend();
1465                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1466                 
1467                 // V = Vnew;
1468                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1469
1470                 step += dt;
1471
1472                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1473         }
1474
1475         for(i = 0; i < numverts; i++)
1476         {                               
1477                 if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL)
1478                 {
1479                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1480                         {
1481                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1482                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1483                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1484                         }
1485                         else
1486                         {
1487                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1488                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1489                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1490                         }
1491                 }
1492                 else
1493                 {
1494                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1495                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1496                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1497                 }
1498         }
1499         return 1;
1500 }
1501
1502 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1503 {               
1504         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1505         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1506         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1507         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1508         unsigned int pinned = 0;
1509         
1510         // reset pinned verts in S matrix to zero
1511         // id->S[0].vcount = 0; id->S[0].scount = 0;
1512         
1513         for(i = 0; i < numverts; i++)
1514         {                               
1515                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1516                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1517                 /*
1518                 if(verts [i].flags & CVERT_FLAG_PINNED)
1519                 {
1520                         id->S[pinned].pinned = 1;
1521                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
1522                         pinned++;
1523                 }
1524                 */
1525         }       
1526         // id->S[0].vcount = pinned;
1527 }