svn merge -r 13382:13415 https://svn.blender.org/svnroot/bf-blender/trunk/blender
[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         float temp = 0.0;
251 // schedule(guided, 2)
252 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
253         for(i = 0; i < verts; i++)
254         {
255                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
256         }
257         return temp;
258 }
259 /* A = B + C  --> for big vector */
260 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
261 {
262         unsigned int i = 0;
263
264         for(i = 0; i < verts; i++)
265         {
266                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
267         }
268
269 }
270 /* A = B + C * float --> for big vector */
271 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
272 {
273         unsigned int i = 0;
274
275         for(i = 0; i < verts; i++)
276         {
277                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
278
279         }
280 }
281 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
282 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
283 {
284         unsigned int i = 0;
285
286         for(i = 0; i < verts; i++)
287         {
288                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
289         }
290 }
291 /* A = B - C * float --> for big vector */
292 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
293 {
294         unsigned int i = 0;
295         for(i = 0; i < verts; i++)
296         {
297                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
298         }
299
300 }
301 /* A = B - C --> for big vector */
302 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
303 {
304         unsigned int i = 0;
305
306         for(i = 0; i < verts; i++)
307         {
308                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
309         }
310
311 }
312 ///////////////////////////
313 // 4x4 matrix
314 ///////////////////////////
315 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
316 void print_fmatrix(float m3[3][3])
317 {
318         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
319         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
320         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
321 }
322 /* copy 4x4 matrix */
323 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
324 {
325         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
326         VECCOPY(to[0], from[0]);
327         VECCOPY(to[1], from[1]);
328         VECCOPY(to[2], from[2]);
329 }
330 /* calculate determinant of 4x4 matrix */
331 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
332 {
333         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] 
334         -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];
335 }
336 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
337 {
338         unsigned int i, j;
339         float d;
340
341         if((d=det_fmatrix(from))==0)
342         {
343                 printf("can't build inverse");
344                 exit(0);
345         }
346         for(i=0;i<3;i++) 
347         {
348                 for(j=0;j<3;j++) 
349                 {
350                         int i1=(i+1)%3;
351                         int i2=(i+2)%3;
352                         int j1=(j+1)%3;
353                         int j2=(j+2)%3;
354                         // reverse indexs i&j to take transpose
355                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
356                         /*
357                         if(i==j)
358                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
359                         else
360                         to[i][j] = 0;
361                         */
362                 }
363         }
364
365 }
366
367 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
368 /* STATUS: verified */
369 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
370 {
371         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
372         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
373         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
374 }
375
376 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
377 /* STATUS: verified */
378 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
379 {
380         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
381         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
382         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
383 }
384
385 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
386 /* STATUS: verified */
387 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
388 {
389         to[0] = INPR(matrix[0],from);
390         to[1] = INPR(matrix[1],from);
391         to[2] = INPR(matrix[2],from);
392 }
393 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
394 /* STATUS: verified */
395 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
396 {
397         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
398         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
399         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
400 }
401 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
402 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
403 {
404         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
405         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
406         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
407 }
408 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
409 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
410 {
411         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
412         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
413         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
414 }
415 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
416 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
417 {
418         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
419         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
420         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
421 }
422 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
423 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
424 {
425         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
426         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
427         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
428 }
429 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
430 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
431 {
432         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
433         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
434         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
435 }
436 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
437 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
438 {
439         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
440         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
441         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
442 }
443 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
444 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
445 {
446         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
447         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
448         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
449 }
450 /////////////////////////////////////////////////////////////////
451 // special functions
452 /////////////////////////////////////////////////////////////////
453 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
454 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
455 {
456         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
457         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
458         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
459 }
460 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
461 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
462 {
463         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
464         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
465         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
466 }
467 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
468 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
469 {
470         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
471         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
472         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
473 }
474 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
475 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
476 {
477         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
478         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
479         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
480 }
481 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
482 /* STATUS: verified */
483 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
484 {
485         to[0] += INPR(matrix[0],from);
486         to[1] += INPR(matrix[1],from);
487         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
488 }
489 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
490 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
491 {
492         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
493         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
494         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
495 }
496 /////////////////////////////////////////////////////////////////
497
498 ///////////////////////////
499 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
500 ///////////////////////////
501 /* printf a big matrix on console: for debug output */
502 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
503 {
504         unsigned int i = 0;
505
506         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
507         {
508                 print_fmatrix(m3[i].m);
509         }
510 }
511 /* create big matrix */
512 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
513 {
514         // TODO: check if memory allocation was successfull */
515         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
516         temp[0].vcount = verts;
517         temp[0].scount = springs;
518         return temp;
519 }
520 /* delete big matrix */
521 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
522 {
523         if (matrix != NULL)
524         {
525                 MEM_freeN (matrix);
526         }
527 }
528 /* copy big matrix */
529 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
530 {       
531         // TODO bounds checking 
532         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
533 }
534 /* init the diagonal of big matrix */
535 // slow in parallel
536 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
537 {
538         unsigned int i,j;
539         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
540
541         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
542         {               
543                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
544         }
545         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
546         {
547                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
548         }
549 }
550 /* init big matrix */
551 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
552 {
553         unsigned int i;
554
555         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
556         {
557                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
558         }
559 }
560 /* multiply big matrix with scalar*/
561 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
562 {
563         unsigned int i = 0;
564         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
565         {
566                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
567         }
568 }
569
570 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
571 /* STATUS: verified */
572 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
573 {
574         unsigned int i = 0;
575         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
576         
577         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
578
579 #pragma omp parallel sections private(i)
580         {
581 #pragma omp section
582                 {
583                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
584                         {
585                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
586                         }
587                 }       
588 #pragma omp section
589                 {
590                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
591                         {
592                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
593                         }
594                 }
595         }
596         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
597         
598         del_lfvector(temp);
599         
600         
601 }
602
603 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
604 /* STATUS: verified */
605 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
606 {
607         unsigned int i = 0;
608         
609         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
610         {
611                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
612         }
613 }
614
615 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
616 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
617 {
618         unsigned int i = 0;
619
620         /* process diagonal elements */
621         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
622         {
623                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
624         }
625
626 }
627 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
628 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
629 {
630         unsigned int i = 0;
631
632         /* process diagonal elements */
633         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
634         {
635                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
636         }
637
638 }
639 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
640 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
641 {
642         unsigned int i = 0;
643
644         /* process diagonal elements */
645         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
646         {
647                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
648         }
649
650 }
651 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
652 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
653 {
654         unsigned int i = 0;
655
656         /* process diagonal elements */
657         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
658         {
659                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
660         }
661
662 }
663 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
664 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
665 {
666         unsigned int i = 0;
667
668         /* process diagonal elements */
669         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
670         {
671                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
672         }
673
674 }
675 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
676 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
677 {
678         unsigned int i = 0;
679
680         /* process diagonal elements */
681         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
682         {
683                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
684         }
685
686 }
687 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
688 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
689 /* VERIFIED */
690 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
691 {
692         unsigned int i = 0;
693
694         /* process diagonal elements */
695         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
696         {
697                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
698         }
699
700 }
701
702 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
703 // simulator start
704 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
705 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
706 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
707 typedef struct Implicit_Data 
708 {
709         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
710         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
711 } Implicit_Data;
712
713 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
714 {
715         unsigned int i = 0;
716         unsigned int pinned = 0;
717         Cloth *cloth = NULL;
718         ClothVertex *verts = NULL;
719         ClothSpring *spring = NULL;
720         Implicit_Data *id = NULL;
721         LinkNode *search = NULL;
722
723         // init memory guard
724         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
725
726         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
727         verts = cloth->verts;
728
729         // create implicit base
730         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
731         cloth->implicit = id;
732
733         /* process diagonal elements */         
734         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
735         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
736         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
737         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
738         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
739         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
740         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
741         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
742         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
743         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
744         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
745         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
746         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
747         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
748         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
749         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
750         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
751         
752         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
753         {
754                 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;
755
756                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
757                 {
758                         id->S[pinned].pinned = 1;
759                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
760                         pinned++;
761                 }
762         }
763
764         // S is special and needs specific vcount and scount
765         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
766
767         // init springs */
768         search = cloth->springs;
769         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
770         {
771                 spring = search->link;
772                 
773                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
774                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
775                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
776
777                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
778                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
779                         id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
780
781                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
782                 
783                 search = search->next;
784         }
785
786         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
787         {               
788                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
789         }
790
791         return 1;
792 }
793 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
794 {
795         Implicit_Data *id;
796         Cloth *cloth;
797         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
798
799         if(cloth)
800         {
801                 id = cloth->implicit;
802
803                 if(id)
804                 {
805                         del_bfmatrix(id->A);
806                         del_bfmatrix(id->dFdV);
807                         del_bfmatrix(id->dFdX);
808                         del_bfmatrix(id->S);
809                         del_bfmatrix(id->P);
810                         del_bfmatrix(id->Pinv);
811                         del_bfmatrix(id->bigI);
812
813                         del_lfvector(id->X);
814                         del_lfvector(id->Xnew);
815                         del_lfvector(id->V);
816                         del_lfvector(id->Vnew);
817                         del_lfvector(id->olddV);
818                         del_lfvector(id->F);
819                         del_lfvector(id->B);
820                         del_lfvector(id->dV);
821                         del_lfvector(id->z);
822
823                         MEM_freeN(id);
824                 }
825         }
826
827         return 1;
828 }
829
830 DO_INLINE float fb(float length, float L)
831 {
832         float x = length/L;
833         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
834 }
835
836 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
837 {
838         float x = length/L;
839
840         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
841 }
842
843 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
844 {
845         float tempfb = kb * fb(length, L);
846
847         float fbstar = cb * (length - L);
848
849         if(tempfb < fbstar)
850                 return fbstar;
851         else
852                 return tempfb;          
853 }
854
855 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
856 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
857 {
858         float tempfb = kb * fb(length, L);
859         float fbstar = cb * (length - L);
860
861         if(tempfb < fbstar)
862         {               
863                 return cb;
864         }
865         else
866         {
867                 return kb * fbderiv(length, L); 
868         }       
869 }
870
871 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
872 {
873         unsigned int i=0;
874
875         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
876         {
877                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
878         }
879 }
880
881 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
882 {
883         // Solves for unknown X in equation AX=B
884         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
885         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
886         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
887         float s, starget, a, s_prev;
888         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
889         q = create_lfvector(numverts);
890         d = create_lfvector(numverts);
891         tmp = create_lfvector(numverts);
892         r = create_lfvector(numverts);
893
894         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
895         filter(ldV, S);
896
897         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
898
899         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
900         cp_lfvector(r, lB, numverts);
901         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
902         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
903
904         filter(r,S);
905
906         cp_lfvector(d, r, numverts);
907
908         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
909         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
910
911         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
912         {       
913                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
914                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
915
916                 filter(q,S);
917
918                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
919
920                 // X = X + d*a;
921                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
922
923                 // r = r - q*a;
924                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
925
926                 s_prev = s;
927                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
928
929                 //d = r+d*(s/s_prev);
930                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
931
932                 filter(d,S);
933
934                 conjgrad_loopcount++;
935         }
936         conjgrad_lasterror = s;
937
938         del_lfvector(q);
939         del_lfvector(d);
940         del_lfvector(tmp);
941         del_lfvector(r);
942         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
943
944         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
945 }
946
947 // block diagonalizer
948 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
949 {
950         unsigned int i = 0;
951         
952         // Take only the diagonal blocks of A
953 // #pragma omp parallel for private(i)
954         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
955         {
956                 // block diagonalizer
957                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
958                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
959                 
960         }
961 }
962
963 // version 1.3
964 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
965 {
966         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
967         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
968         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
969         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
970         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
971         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
972         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
973         
974         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
975         
976         filter(dv, S);
977         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
978         
979         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
980         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
981         filter(r, S);
982         
983         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
984         filter(p, S);
985         
986         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
987         
988         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
989         
990         // itstart();
991         
992         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
993         {
994                 iterations++;
995                 
996                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
997                 filter(s, S);
998                 
999                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1000                 
1001                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1002                 
1003                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1004                 
1005                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1006                 filter(h, S);
1007                 
1008                 deltaOld = deltaNew;
1009                 
1010                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1011                 
1012                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1013                 
1014                 filter(p, S);
1015                 
1016         }
1017         
1018         // itend();
1019         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1020         
1021         del_lfvector(h);
1022         del_lfvector(s);
1023         del_lfvector(p);
1024         del_lfvector(r);
1025         
1026         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1027         
1028         return iterations<conjgrad_looplimit;
1029 }
1030
1031 // outer product is NOT cross product!!!
1032 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1033 {
1034         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1035         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1036         float temp[3][3];
1037         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1038         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1039         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1040         mul_fmatrix_S(temp, k);
1041         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1042 }
1043
1044 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1045 {
1046         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1047         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1048 }
1049
1050 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1051 {
1052         // derivative of force wrt velocity.  
1053         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1054         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1055 }
1056
1057 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1058 {
1059         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1060         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1061         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1062         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1063         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1064         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1065         mul_fmatrix_S(to, -k);
1066 }
1067
1068 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1069 {
1070         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1071         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1072         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1073         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1074         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1075
1076 }
1077
1078 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1079 {
1080         float extent[3];
1081         float length = 0;
1082         float dir[3] = {0,0,0};
1083         float vel[3];
1084         float k = 0.0f;
1085         float L = s->restlen;
1086         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1087
1088         float nullf[3] = {0,0,0};
1089         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1090         float bending_force[3] = {0,0,0};
1091         float damping_force[3] = {0,0,0};
1092         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1093         
1094         float scaling = 0.0;
1095         
1096         VECCOPY(s->f, nullf);
1097         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1098         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1099
1100         // calculate elonglation
1101         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1102         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1103         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1104         
1105         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1106         
1107         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1108         {
1109                 /*
1110                 if(length>L)
1111                 {
1112                         if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1113                         && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1114                         {
1115                                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1116                                 return;
1117                         }
1118                 } 
1119                 */
1120                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1121         }
1122         else    
1123         {
1124                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1125         }
1126         
1127         // calculate force of structural + shear springs
1128         if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1129         {
1130                 if(length > L) // only on elonglation
1131                 {
1132                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1133                         
1134                         k = clmd->sim_parms->structural;
1135                                 
1136                         scaling = k + s->stiffness * (clmd->sim_parms->max_struct-k);
1137                         k = scaling;
1138
1139                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1140
1141                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1142
1143                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1144                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms->Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1145                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1146
1147                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, dir,length,L,k);
1148
1149                         dfdv_damp(s->dfdv, dir,clmd->sim_parms->Cdis);
1150                 }
1151         }
1152         else // calculate force of bending springs
1153         {
1154                 if(length < L)
1155                 {
1156                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1157                         
1158                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1159                         
1160                         scaling = k + s->stiffness * (clmd->sim_parms->max_bend-k);
1161                         cb = k = scaling;
1162
1163                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1164                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1165
1166                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir,length,L,k, cb);
1167                 }
1168         }
1169 }
1170
1171 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1172 {
1173         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1174         {
1175                 if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1176                 {
1177                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1178                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1179                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1180                 }
1181
1182                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1183                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1184
1185                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1186                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1187
1188                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1189         }       
1190 }
1191
1192 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1193 {
1194         float v1[3], v2[3];
1195
1196         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1197         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1198         cross_fvector(to, v1, v2);
1199 }
1200
1201 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1202 {
1203         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1204         mul_fvector_S(to, to, temp);
1205 }
1206
1207 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1208 {
1209         float temp[3]; 
1210         int i;
1211         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1212
1213         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1214         {
1215                 // check if this triangle contains the selected vertex
1216                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1217                 {
1218                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1219                         VECADD(to, to, temp);
1220                 }
1221         }
1222 }
1223 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1224 {
1225         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1226 }
1227
1228 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1229 {       
1230
1231 }
1232
1233 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1234 {
1235         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1236         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1237         unsigned int    i               = 0;
1238         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1239         float           gravity[3];
1240         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1241         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1242         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1243         float wind_normalized[3];
1244         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1245         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1246         float kd, ks;
1247         LinkNode *search = cloth->springs;
1248
1249
1250         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1251         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1252
1253         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1254         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1255         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1256         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1257
1258         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1259
1260         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1261
1262         /* do goal stuff */
1263         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1264         {       
1265                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1266                 {                       
1267                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1268                         {                       
1269                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1270                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1271                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1272                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1273
1274                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1275                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms->goalspring)-1.0f ;
1276                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1277
1278                                 // calulate damping forces generated by goals                           
1279                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1280                                 kd =  clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1281                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1282                                 
1283                         }
1284                 }       
1285         }
1286
1287         /* handle external forces like wind */
1288         if(effectors)
1289         {
1290                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1291                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1292                 
1293                 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1294                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1295                 {
1296                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1297                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1298                         
1299                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);          
1300                         
1301                         // TODO apply forcefields here
1302                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1303
1304                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1305                         Normalize(wind_normalized);
1306                         
1307                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1308                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1309                 }
1310         }
1311         
1312         // calculate spring forces
1313         search = cloth->springs;
1314         while(search)
1315         {
1316                 // only handle active springs
1317                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1318                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1319
1320                 search = search->next;
1321         }
1322         
1323         // apply spring forces
1324         search = cloth->springs;
1325         while(search)
1326         {
1327                 // only handle active springs
1328                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))  
1329                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1330                 search = search->next;
1331         }
1332 }
1333
1334 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, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
1335 {
1336         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1337
1338         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1339         initdiag_bfmatrix(A, I);
1340         zero_lfvector(dV, numverts);
1341
1342         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1343
1344         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1345
1346         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1347         
1348         itstart();
1349         
1350         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1351         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, P, Pinv, dt);
1352         
1353         itend();
1354         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1355         
1356         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1357
1358         // advance velocities
1359         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1360         
1361
1362         del_lfvector(dFdXmV);
1363 }
1364
1365 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1366 {               
1367         unsigned int i=0;
1368         float step=0.0f, tf=1.0f;
1369         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1370         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1371         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1372         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1373         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1374         int result = 0;
1375         
1376         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1377         {
1378                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1379                 {                       
1380                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1381                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1382                         {                       
1383                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1384                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1385                         }
1386                 }       
1387         }
1388
1389         while(step < tf)
1390         {               
1391                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1392                 
1393                 // calculate 
1394                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step );      
1395                 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, id->P, id->Pinv);
1396                 
1397                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1398                 
1399                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1400                 {
1401                         // collisions 
1402                         // itstart();
1403                         
1404                         // update verts to current positions
1405                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1406                         {               
1407                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1408                                 {                       
1409                                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1410                                         {                       
1411                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1412                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1413                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1414                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1415                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1416                                         }
1417                                                 
1418                                 }
1419                                 
1420                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1421                                 
1422                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1423                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1424                         }
1425         
1426                         // call collision function
1427                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1428         
1429                         // copy corrected positions back to simulation
1430                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1431                         {               
1432                                 if(result)
1433                                 {
1434                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1435                                         
1436                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1437                                         
1438                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1439                                         
1440                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1441                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1442                                 }
1443                                 else
1444                                 {
1445                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1446                                 }
1447                         }
1448                         
1449                         // X = Xnew;
1450                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1451                         
1452                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1453                         if(result)
1454                         {
1455                                 // V = Vnew;
1456                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1457                                 
1458                                 // calculate 
1459                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);       
1460                                 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, id->P, id->Pinv);
1461                         }
1462                 }
1463                 else
1464                 {
1465                         // X = Xnew;
1466                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1467                 }
1468                 
1469                 // itend();
1470                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1471                 
1472                 // V = Vnew;
1473                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1474
1475                 step += dt;
1476
1477                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1478         }
1479
1480         for(i = 0; i < numverts; i++)
1481         {                               
1482                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1483                 {
1484                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1485                         {
1486                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1487                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1488                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1489                         }
1490                         else
1491                         {
1492                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1493                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1494                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1495                         }
1496                 }
1497                 else
1498                 {
1499                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1500                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1501                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1502                 }
1503         }
1504         return 1;
1505 }
1506
1507 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1508 {               
1509         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1510         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1511         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1512         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1513         
1514         for(i = 0; i < numverts; i++)
1515         {                               
1516                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1517                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1518         }       
1519 }