* change integral type of loop var in two cases so OpenMP support compiles with MSVC...
[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 "float.h"
34 #include <stdlib.h>
35 #include <string.h>
36 #include <stdio.h>
37 #include "MEM_guardedalloc.h"
38 /* types */
39 #include "DNA_curve_types.h"
40 #include "DNA_object_types.h"
41 #include "DNA_object_force.h"   
42 #include "DNA_cloth_types.h"    
43 #include "DNA_key_types.h"
44 #include "DNA_mesh_types.h"
45 #include "DNA_modifier_types.h"
46 #include "DNA_meshdata_types.h"
47 #include "DNA_lattice_types.h"
48 #include "DNA_scene_types.h"
49 #include "DNA_modifier_types.h"
50 #include "BLI_blenlib.h"
51 #include "BLI_arithb.h"
52 #include "BLI_threads.h"
53 #include "BKE_curve.h"
54 #include "BKE_displist.h"
55 #include "BKE_effect.h"
56 #include "BKE_global.h"
57 #include "BKE_key.h"
58 #include "BKE_object.h"
59 #include "BKE_cloth.h"
60 #include "BKE_modifier.h"
61 #include "BKE_utildefines.h"
62 #include "BKE_global.h"
63 #include "BIF_editdeform.h"
64
65
66 #ifdef _WIN32
67 #include <windows.h>
68 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
69 static LARGE_INTEGER ifreq;
70 void itstart(void)
71 {
72         static int first = 1;
73         if(first) {
74                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
75                 first = 0;
76         }
77         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
78 }
79 void itend(void)
80 {
81         QueryPerformanceCounter(&_itend);
82 }
83 double itval()
84 {
85         return ((double)_itend.QuadPart -
86                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
87 }
88 #else
89 #include <sys/time.h>
90 // intrinsics need better compile flag checking
91 // #include <xmmintrin.h>
92 // #include <pmmintrin.h>
93 // #include <pthread.h>
94
95                          static struct timeval _itstart, _itend;
96          static struct timezone itz;
97          void itstart(void)
98 {
99         gettimeofday(&_itstart, &itz);
100 }
101 void itend(void)
102 {
103         gettimeofday(&_itend,&itz);
104 }
105 double itval()
106 {
107         double t1, t2;
108         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
109         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
110         return t2-t1;
111 }
112 #endif
113
114 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
115 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
116
117 /*
118 #define C99
119 #ifdef C99
120 #defineDO_INLINE inline 
121 #else 
122 #defineDO_INLINE static 
123 #endif
124 */
125 struct Cloth;
126
127 //////////////////////////////////////////
128 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
129 /////////////////////////////////////////
130
131 /* DEFINITIONS */
132 typedef float lfVector[3];
133 typedef struct fmatrix3x3 {
134         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
135         unsigned int c,r; /* column and row number */
136         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
137         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
138         unsigned int vcount; /* vertex count */
139         unsigned int scount; /* spring count */ 
140 } fmatrix3x3;
141
142 ///////////////////////////
143 // float[3] vector
144 ///////////////////////////
145 /* simple vector code */
146 /* STATUS: verified */
147 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
148 {
149         to[0] = from[0] * scalar;
150         to[1] = from[1] * scalar;
151         to[2] = from[2] * scalar;
152 }
153 /* simple cross product */
154 /* STATUS: verified */
155 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
156 {
157         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
158         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
159         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
160 }
161 /* simple v^T * v product ("outer product") */
162 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
163 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
164 {
165         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
166         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
167         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
168 }
169 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
170 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
171 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
172 {       
173         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
174         
175         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
176         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
177         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
178 }
179
180
181 /* printf vector[3] on console: for debug output */
182 void print_fvector(float m3[3])
183 {
184         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
185 }
186
187 ///////////////////////////
188 // long float vector float (*)[3]
189 ///////////////////////////
190 /* print long vector on console: for debug output */
191 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
192 {
193         unsigned int i = 0;
194         for(i = 0; i < verts; i++)
195         {
196                 print_fvector(fLongVector[i]);
197         }
198 }
199 /* create long vector */
200 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
201 {
202         // TODO: check if memory allocation was successfull */
203         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
204         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
205 }
206 /* delete long vector */
207 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
208 {
209         if (fLongVector != NULL)
210         {
211                 MEM_freeN (fLongVector);
212                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
213         }
214 }
215 /* copy long vector */
216 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
217 {
218         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
219 }
220 /* init long vector with float[3] */
221 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
222 {
223         unsigned int i = 0;
224         for(i = 0; i < verts; i++)
225         {
226                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
227         }
228 }
229 /* zero long vector with float[3] */
230 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
231 {
232         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
233 }
234 /* multiply long vector with scalar*/
235 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
236 {
237         unsigned int i = 0;
238
239         for(i = 0; i < verts; i++)
240         {
241                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
242         }
243 }
244 /* multiply long vector with scalar*/
245 /* A -= B * float */
246 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
247 {
248         unsigned int i = 0;
249         for(i = 0; i < verts; i++)
250         {
251                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
252         }
253 }
254 /* dot product for big vector */
255 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
256 {
257         long i = 0;
258         float temp = 0.0;
259 // schedule(guided, 2)
260 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
261         for(i = 0; i < (long)verts; i++)
262         {
263                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
264         }
265         return temp;
266 }
267 /* A = B + C  --> for big vector */
268 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
269 {
270         unsigned int i = 0;
271
272         for(i = 0; i < verts; i++)
273         {
274                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
275         }
276
277 }
278 /* A = B + C * float --> for big vector */
279 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
280 {
281         unsigned int i = 0;
282
283         for(i = 0; i < verts; i++)
284         {
285                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
286
287         }
288 }
289 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
290 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
291 {
292         unsigned int i = 0;
293
294         for(i = 0; i < verts; i++)
295         {
296                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
297         }
298 }
299 /* A = B - C * float --> for big vector */
300 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
301 {
302         unsigned int i = 0;
303         for(i = 0; i < verts; i++)
304         {
305                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
306         }
307
308 }
309 /* A = B - C --> for big vector */
310 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
311 {
312         unsigned int i = 0;
313
314         for(i = 0; i < verts; i++)
315         {
316                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
317         }
318
319 }
320 ///////////////////////////
321 // 3x3 matrix
322 ///////////////////////////
323 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
324 void print_fmatrix(float m3[3][3])
325 {
326         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
327         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
328         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
329 }
330
331 /* copy 3x3 matrix */
332 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
333 {
334         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
335         VECCOPY(to[0], from[0]);
336         VECCOPY(to[1], from[1]);
337         VECCOPY(to[2], from[2]);
338 }
339
340 /* copy 3x3 matrix */
341 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
342 {
343         cp_fmatrix(to, ZERO);
344         
345         to[0][0] = aS;
346         to[1][1] = aS;
347         to[2][2] = aS;
348 }
349
350 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
351 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
352 {
353         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] 
354                         -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];
355 }
356
357 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
358 {
359         unsigned int i, j;
360         float d;
361
362         if((d=det_fmatrix(from))==0)
363         {
364                 printf("can't build inverse");
365                 exit(0);
366         }
367         for(i=0;i<3;i++) 
368         {
369                 for(j=0;j<3;j++) 
370                 {
371                         int i1=(i+1)%3;
372                         int i2=(i+2)%3;
373                         int j1=(j+1)%3;
374                         int j2=(j+2)%3;
375                         // reverse indexs i&j to take transpose
376                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
377                         /*
378                         if(i==j)
379                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
380                         else
381                         to[i][j] = 0;
382                         */
383                 }
384         }
385
386 }
387
388 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
389 /* STATUS: verified */
390 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
391 {
392         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
393         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
394         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
395 }
396
397 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
398 /* STATUS: verified */
399 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
400 {
401         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
402         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
403         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
404 }
405
406 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
407 /* STATUS: verified */
408 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
409 {
410         to[0] = INPR(matrix[0],from);
411         to[1] = INPR(matrix[1],from);
412         to[2] = INPR(matrix[2],from);
413 }
414 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
415 /* STATUS: verified */
416 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
417 {
418         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
419         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
420         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
421 }
422 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
423 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
424 {
425         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
426         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
427         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
428 }
429 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
430 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
431 {
432         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
433         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
434         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
435 }
436 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
437 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
438 {
439         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
440         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
441         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
442 }
443 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
444 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
445 {
446         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
447         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
448         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
449 }
450 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
451 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
452 {
453         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
454         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
455         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
456 }
457 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
458 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
459 {
460         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
461         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
462         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
463 }
464 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
465 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
466 {
467         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
468         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
469         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
470 }
471 /////////////////////////////////////////////////////////////////
472 // special functions
473 /////////////////////////////////////////////////////////////////
474 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
475 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
476 {
477         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
478         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
479         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
480 }
481 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
482 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
483 {
484         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
485         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
486         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
487 }
488 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
489 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
490 {
491         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
492         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
493         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
494 }
495 /* 3x3 matrix multiplied and sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
496 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
497 {
498         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
499         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
500         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
501 }
502 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
503 /* STATUS: verified */
504 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
505 {
506         to[0] += INPR(matrix[0],from);
507         to[1] += INPR(matrix[1],from);
508         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
509 }
510 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
511 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
512 {
513         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
514         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
515         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
516 }
517 /////////////////////////////////////////////////////////////////
518
519 ///////////////////////////
520 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
521 ///////////////////////////
522 /* printf a big matrix on console: for debug output */
523 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
524 {
525         unsigned int i = 0;
526
527         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
528         {
529                 print_fmatrix(m3[i].m);
530         }
531 }
532 /* create big matrix */
533 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
534 {
535         // TODO: check if memory allocation was successfull */
536         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
537         temp[0].vcount = verts;
538         temp[0].scount = springs;
539         return temp;
540 }
541 /* delete big matrix */
542 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
543 {
544         if (matrix != NULL)
545         {
546                 MEM_freeN (matrix);
547         }
548 }
549
550 /* copy big matrix */
551 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
552 {       
553         // TODO bounds checking 
554         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
555 }
556
557 /* init big matrix */
558 // slow in parallel
559 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
560 {
561         unsigned int i;
562
563         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
564         {               
565                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
566         }
567 }
568
569 /* init the diagonal of big matrix */
570 // slow in parallel
571 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
572 {
573         unsigned int i,j;
574         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
575
576         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
577         {               
578                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
579         }
580         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
581         {
582                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
583         }
584 }
585
586 /* multiply big matrix with scalar*/
587 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
588 {
589         unsigned int i = 0;
590         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
591         {
592                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
593         }
594 }
595
596 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
597 /* STATUS: verified */
598 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
599 {
600         unsigned int i = 0;
601         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
602         
603         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
604
605 #pragma omp parallel sections private(i)
606         {
607 #pragma omp section
608                 {
609                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
610                         {
611                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
612                         }
613                 }       
614 #pragma omp section
615                 {
616                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
617                         {
618                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
619                         }
620                 }
621         }
622         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
623         
624         del_lfvector(temp);
625         
626         
627 }
628
629 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
630 /* STATUS: verified */
631 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
632 {
633         unsigned int i = 0;
634         
635         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
636         {
637                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
638         }
639 }
640
641 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
642 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
643 {
644         unsigned int i = 0;
645
646         /* process diagonal elements */
647         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
648         {
649                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
650         }
651
652 }
653 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
654 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
655 {
656         unsigned int i = 0;
657
658         /* process diagonal elements */
659         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
660         {
661                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
662         }
663
664 }
665 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
666 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
667 {
668         unsigned int i = 0;
669
670         /* process diagonal elements */
671         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
672         {
673                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
674         }
675
676 }
677 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
678 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
679 {
680         unsigned int i = 0;
681
682         /* process diagonal elements */
683         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
684         {
685                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
686         }
687
688 }
689 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
690 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
691 {
692         unsigned int i = 0;
693
694         /* process diagonal elements */
695         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
696         {
697                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
698         }
699
700 }
701 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
702 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
703 {
704         unsigned int i = 0;
705
706         /* process diagonal elements */
707         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
708         {
709                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
710         }
711
712 }
713 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
714 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
715 /* VERIFIED */
716 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
717 {
718         unsigned int i = 0;
719
720         /* process diagonal elements */
721         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
722         {
723                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
724         }
725
726 }
727
728 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
729 // simulator start
730 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
731 typedef struct Implicit_Data 
732 {
733         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
734         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
735 } Implicit_Data;
736
737 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
738 {
739         unsigned int i = 0;
740         unsigned int pinned = 0;
741         Cloth *cloth = NULL;
742         ClothVertex *verts = NULL;
743         ClothSpring *spring = NULL;
744         Implicit_Data *id = NULL;
745         LinkNode *search = NULL;
746         
747         if(G.rt > 0)
748                 printf("implicit_init\n");
749
750         // init memory guard
751         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
752
753         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
754         verts = cloth->verts;
755
756         // create implicit base
757         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
758         cloth->implicit = id;
759
760         /* process diagonal elements */         
761         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
762         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
763         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
764         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
765         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
766         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
767         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
768         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
769         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
770         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
771         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
772         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
773         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
774         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
775         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
776         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
777         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
778         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
779         
780         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
781         {
782                 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 = id->M[i].r = id->M[i].c = i;
783
784                 if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
785                 {
786                         id->S[pinned].pinned = 1;
787                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
788                         pinned++;
789                 }
790                 
791                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
792         }
793
794         // S is special and needs specific vcount and scount
795         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
796
797         // init springs 
798         search = cloth->springs;
799         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
800         {
801                 spring = search->link;
802                 
803                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
804                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
805                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = id->M[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
806
807                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
808                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
809                                 id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = id->M[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
810
811                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
812                 
813                 search = search->next;
814         }
815         
816         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
817
818         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
819         {               
820                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
821         }
822
823         return 1;
824 }
825 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
826 {
827         Implicit_Data *id;
828         Cloth *cloth;
829         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
830
831         if(cloth)
832         {
833                 id = cloth->implicit;
834
835                 if(id)
836                 {
837                         del_bfmatrix(id->A);
838                         del_bfmatrix(id->dFdV);
839                         del_bfmatrix(id->dFdX);
840                         del_bfmatrix(id->S);
841                         del_bfmatrix(id->P);
842                         del_bfmatrix(id->Pinv);
843                         del_bfmatrix(id->bigI);
844                         del_bfmatrix(id->M);
845
846                         del_lfvector(id->X);
847                         del_lfvector(id->Xnew);
848                         del_lfvector(id->V);
849                         del_lfvector(id->Vnew);
850                         del_lfvector(id->olddV);
851                         del_lfvector(id->F);
852                         del_lfvector(id->B);
853                         del_lfvector(id->dV);
854                         del_lfvector(id->z);
855
856                         MEM_freeN(id);
857                 }
858         }
859
860         return 1;
861 }
862
863 DO_INLINE float fb(float length, float L)
864 {
865         float x = length/L;
866         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
867 }
868
869 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
870 {
871         float x = length/L;
872
873         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
874 }
875
876 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
877 {
878         float tempfb = kb * fb(length, L);
879
880         float fbstar = cb * (length - L);
881
882         if(tempfb < fbstar)
883                 return fbstar;
884         else
885                 return tempfb;          
886 }
887
888 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
889 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
890 {
891         float tempfb = kb * fb(length, L);
892         float fbstar = cb * (length - L);
893
894         if(tempfb < fbstar)
895         {               
896                 return cb;
897         }
898         else
899         {
900                 return kb * fbderiv(length, L); 
901         }       
902 }
903
904 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
905 {
906         unsigned int i=0;
907
908         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
909         {
910                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
911         }
912 }
913
914 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
915 {
916         // Solves for unknown X in equation AX=B
917         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
918         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
919         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
920         float s, starget, a, s_prev;
921         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
922         q = create_lfvector(numverts);
923         d = create_lfvector(numverts);
924         tmp = create_lfvector(numverts);
925         r = create_lfvector(numverts);
926
927         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
928         filter(ldV, S);
929
930         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
931
932         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
933         cp_lfvector(r, lB, numverts);
934         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
935         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
936
937         filter(r,S);
938
939         cp_lfvector(d, r, numverts);
940
941         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
942         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
943
944         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
945         {       
946                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
947                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
948
949                 filter(q,S);
950
951                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
952
953                 // X = X + d*a;
954                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
955
956                 // r = r - q*a;
957                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
958
959                 s_prev = s;
960                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
961
962                 //d = r+d*(s/s_prev);
963                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
964
965                 filter(d,S);
966
967                 conjgrad_loopcount++;
968         }
969         conjgrad_lasterror = s;
970
971         del_lfvector(q);
972         del_lfvector(d);
973         del_lfvector(tmp);
974         del_lfvector(r);
975         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
976
977         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
978 }
979
980 // block diagonalizer
981 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
982 {
983         unsigned int i = 0;
984         
985         // Take only the diagonal blocks of A
986 // #pragma omp parallel for private(i)
987         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
988         {
989                 // block diagonalizer
990                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
991                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
992                 
993         }
994 }
995 /*
996 // version 1.3
997 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
998 {
999         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1000         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
1001         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
1002         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1003         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1004         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1005         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1006         
1007         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1008         
1009         filter(dv, S);
1010         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1011         
1012         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1013         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1014         filter(r, S);
1015         
1016         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1017         filter(p, S);
1018         
1019         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1020         
1021         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1022         
1023         // itstart();
1024         
1025         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1026         {
1027                 iterations++;
1028                 
1029                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1030                 filter(s, S);
1031                 
1032                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1033                 
1034                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1035                 
1036                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1037                 
1038                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1039                 filter(h, S);
1040                 
1041                 deltaOld = deltaNew;
1042                 
1043                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1044                 
1045                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1046                 
1047                 filter(p, S);
1048                 
1049         }
1050         
1051         // itend();
1052         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1053         
1054         del_lfvector(h);
1055         del_lfvector(s);
1056         del_lfvector(p);
1057         del_lfvector(r);
1058         
1059         printf("iterations: %d\n", iterations);
1060         
1061         return iterations<conjgrad_looplimit;
1062 }
1063 */
1064 // version 1.4
1065 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1066 {
1067         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1068         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1069         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
1070         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1071         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1072         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1073         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1074         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1075         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1076         
1077         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1078         
1079         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1080         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1081         
1082         // x = Sx_0+(I-S)z
1083         filter(dv, S);
1084         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1085         
1086         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1087         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1088         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1089         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1090         
1091         // r = S(b-Ax)
1092         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1093         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1094         filter(r, S);
1095         
1096         // p = SP^-1r
1097         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1098         filter(p, S);
1099         
1100         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1101         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1102         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1103         
1104         // deltaNew = r^TP
1105         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1106         
1107         /*
1108         filter(dv, S);
1109         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1110         
1111         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1112         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1113         filter(r, S);
1114         
1115         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1116         filter(p, S);
1117         
1118         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1119         
1120         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1121         */
1122         
1123         // itstart();
1124         
1125         tol = (0.01*0.2);
1126         
1127         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1128         {
1129                 iterations++;
1130                 
1131                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1132                 filter(s, S);
1133                 
1134                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1135                 
1136                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1137                 
1138                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1139                 
1140                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1141                 filter(h, S);
1142                 
1143                 deltaOld = deltaNew;
1144                 
1145                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1146                 
1147                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1148                 
1149                 filter(p, S);
1150                 
1151         }
1152         
1153         // itend();
1154         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1155         
1156         del_lfvector(btemp);
1157         del_lfvector(bhat);
1158         del_lfvector(h);
1159         del_lfvector(s);
1160         del_lfvector(p);
1161         del_lfvector(r);
1162         
1163         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1164         
1165         return iterations<conjgrad_looplimit;
1166 }
1167
1168 // outer product is NOT cross product!!!
1169 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1170 {
1171         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1172         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1173         float temp[3][3];
1174         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1175         float t[3][3];
1176         
1177         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1178         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1179         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1180         
1181         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1182         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1183         
1184         /*
1185         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1186         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1187         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1188         mul_fmatrix_S(temp, k);
1189         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1190         */
1191 }
1192
1193 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1194 {
1195         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1196         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1197 }
1198
1199 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1200 {
1201         // derivative of force wrt velocity.  
1202         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1203         
1204 }
1205
1206 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1207 {
1208         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1209         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1210         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1211         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1212         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1213         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1214         mul_fmatrix_S(to, -k);
1215 }
1216
1217 // unused atm
1218 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1219 {
1220         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1221         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1222         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1223         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1224         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1225
1226 }
1227
1228 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, float time)
1229 {
1230         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1231         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1232         float extent[3];
1233         float length = 0, dot = 0;
1234         float dir[3] = {0,0,0};
1235         float vel[3];
1236         float k = 0.0f;
1237         float L = s->restlen;
1238         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1239
1240         float nullf[3] = {0,0,0};
1241         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1242         float bending_force[3] = {0,0,0};
1243         float damping_force[3] = {0,0,0};
1244         float goal_force[3] = {0,0,0};
1245         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1246         
1247         float scaling = 0.0;
1248         
1249         VECCOPY(s->f, nullf);
1250         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1251         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1252
1253         // calculate elonglation
1254         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1255         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1256         dot = INPR(extent, extent);
1257         length = sqrt(dot);
1258         
1259         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1260         
1261         if(length > ALMOST_ZERO)
1262         {
1263                 /*
1264                 if(length>L)
1265                 {
1266                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1267                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1268                 {
1269                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1270                 return;
1271         }
1272         } 
1273                 */
1274                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1275         }
1276         else    
1277         {
1278                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1279         }
1280         
1281         // calculate force of structural + shear springs
1282         if((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR))
1283         {
1284                 if(length > L) // only on elonglation
1285                 {
1286                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1287                         
1288                         k = clmd->sim_parms->structural;
1289                                 
1290                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1291                         
1292                         k = scaling / (clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1293                         if(G.rt>3)
1294                         printf("struct scaling: %f\n", k);
1295                         
1296                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1297                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L)); 
1298
1299                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1300
1301                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1302                         // something wrong with it...
1303                         mul_fvector_S(damping_force, dir, MIN2(1.0, clmd->sim_parms->Cdis) * INPR(vel,dir));
1304                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1305                         
1306                         /* VERIFIED */
1307                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1308                         
1309                         /* VERIFIED */
1310                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1311                         
1312                 }
1313         }
1314         else if(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL)
1315         {
1316                 float tvect[3];
1317                 
1318                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1319                 
1320                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1321                 VECSUB(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1322                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1323                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1324
1325                 VECSUB(extent, tvect, X[s->ij]);
1326                 
1327                 dot = INPR(extent, extent);
1328                 length = sqrt(dot);
1329                 
1330                 if(length > ALMOST_ZERO)
1331                         mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1332                 else    
1333                         mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1334                 
1335                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1336                 k /= (clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1337                 k *= verts [s->ij].goal;
1338                 VECADDS(s->f, s->f, extent, k);
1339                 
1340                 mul_fvector_S(damping_force, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)) * INPR(vel,dir));
1341                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1342                 
1343                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1344                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1345                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1346         }
1347         else // calculate force of bending springs
1348         {
1349                 if(length < L)
1350                 {
1351                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1352                         
1353                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1354                         
1355                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1356                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1357                         
1358                         if(G.rt>3)
1359                         printf("bend scaling: %f\n", k);
1360
1361                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1362                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1363
1364                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length,L, k, cb);
1365                 }
1366         }
1367 }
1368
1369 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1370 {
1371         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1372         {
1373                 if(!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING))
1374                 {
1375                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1376                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1377                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1378                 }
1379
1380                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1381                 
1382                 if(!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1383                         VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1384                 
1385                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1386                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1387                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1388         }       
1389 }
1390
1391 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1392 {
1393         float v1[3], v2[3];
1394
1395         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1396         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1397         cross_fvector(to, v1, v2);
1398 }
1399
1400 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1401 {
1402         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1403         mul_fvector_S(to, to, temp);
1404 }
1405
1406 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1407 {
1408         float temp[3]; 
1409         int i;
1410         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1411
1412         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1413         {
1414                 // check if this triangle contains the selected vertex
1415                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1416                 {
1417                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1418                         VECADD(to, to, temp);
1419                 }
1420         }
1421 }
1422 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1423 {
1424         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1425 }
1426
1427 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1428 {       
1429
1430 }
1431
1432 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time, fmatrix3x3 *M)
1433 {
1434         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1435         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1436         long            i               = 0;
1437         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1438         float           gravity[3];
1439         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1440         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1441         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1442         float wind_normalized[3];
1443         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1444         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1445         float kd, ks;
1446         LinkNode *search = cloth->springs;
1447
1448
1449         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1450         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1451
1452         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1453         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1454         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1455         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1456
1457         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1458         
1459         // multiply lF with mass matrix
1460         for(i = 0; i < (long)numverts; i++)
1461         {
1462                 float temp[3];
1463                 VECCOPY(temp, lF[i]);
1464                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1465         }
1466
1467         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1468         
1469         /* handle external forces like wind */
1470         if(effectors)
1471         {
1472                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1473                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1474                 
1475 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1476                 for(i = 0; i < (long)(cloth->numverts); i++)
1477                 {
1478                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1479                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1480                         
1481                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);          
1482                         
1483                         // TODO apply forcefields here
1484                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1485
1486                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1487                         Normalize(wind_normalized);
1488                         
1489                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1490                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1491                 }
1492         }
1493                 
1494         // calculate spring forces
1495         search = cloth->springs;
1496         while(search)
1497         {
1498                 // only handle active springs
1499                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1500                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1501
1502                 search = search->next;
1503         }
1504         
1505         // apply spring forces
1506         search = cloth->springs;
1507         while(search)
1508         {
1509                 // only handle active springs
1510                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))  
1511                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1512                 search = search->next;
1513         }
1514         // printf("\n");
1515 }
1516
1517 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, fmatrix3x3 *M, fmatrix3x3 *bigI)
1518 {
1519         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1520
1521         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1522         zero_lfvector(dV, numverts);
1523         
1524         cp_bfmatrix(A, M);
1525         
1526         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1527
1528         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1529
1530         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1531         
1532         itstart();
1533         
1534         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1535         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1536         
1537         itend();
1538         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1539         
1540         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1541
1542         // advance velocities
1543         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1544         
1545
1546         del_lfvector(dFdXmV);
1547 }
1548
1549 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1550 {               
1551         unsigned int i=0;
1552         float step=0.0f, tf=1.0f;
1553         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1554         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1555         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1556         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1557         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1558         int result = 0;
1559         
1560         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1561         {
1562                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1563                 {                       
1564                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1565                         if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1566                         {                       
1567                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1568                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1569                         }
1570                 }       
1571         }
1572         
1573         while(step < tf)
1574         {               
1575                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1576                 
1577                 // calculate 
1578                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1579                 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, id->M, id->bigI);
1580                 
1581                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1582                 
1583                 // clmd->coll_parms->flags &= ~CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED;
1584                 
1585                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1586                 {
1587                         // collisions 
1588                         // itstart();
1589                         
1590                         // update verts to current positions
1591                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1592                         {               
1593                                 
1594                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1595                                 {                       
1596                                         if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1597                                         {                       
1598                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1599                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1600                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1601                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1602                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1603                                         }
1604                                                 
1605                                 }
1606                                 
1607                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1608                                 
1609                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1610                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1611                         }
1612         
1613                         // call collision function
1614                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1615         
1616                         // copy corrected positions back to simulation
1617                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1618                         {               
1619                                 if(result)
1620                                 {
1621                                         
1622                                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1623                                         {                       
1624                                                 if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1625                                                 {
1626                                                         continue;
1627                                                 }
1628                                         }
1629                                         
1630                                                 
1631                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1632                                         
1633                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1634                                         
1635                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1636                                         
1637                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1638                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1639                                 }
1640                                 else
1641                                 {
1642                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1643                                 }
1644                         }
1645                         
1646                         // X = Xnew;
1647                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1648                         
1649                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1650                         if(result)
1651                         {
1652                                 // V = Vnew;
1653                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1654                                 
1655                                 // calculate 
1656                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);        
1657                                 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, id->M, id->bigI);
1658                         }
1659                 }
1660                 else
1661                 {
1662                         // X = Xnew;
1663                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1664                 }
1665                 
1666                 // itend();
1667                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1668                 
1669                 // V = Vnew;
1670                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1671
1672                 step += dt;
1673
1674                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1675                 
1676         }
1677
1678         for(i = 0; i < numverts; i++)
1679         {                               
1680                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1681                 {
1682                         if(!(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1683                         {
1684                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1685                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1686                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1687                         }
1688                         else
1689                         {
1690                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1691                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1692                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1693                         }
1694                 }
1695                 else
1696                 {
1697                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1698                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1699                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1700                 }
1701         }
1702         return 1;
1703 }
1704
1705 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1706 {               
1707         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1708         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1709         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1710         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1711         
1712         for(i = 0; i < numverts; i++)
1713         {                               
1714                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1715                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1716         }
1717         if(G.rt > 0)
1718                 printf("implicit_set_positions\n");     
1719 }
1720