Merge with blender svn -> svn merge -r 12064:12150 https://svn.blender.org/svnroot...
[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 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
570 /* STATUS: verified */
571 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, float (*fLongVector)[3])
572 {
573         unsigned int i = 0;
574         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
575         /* process diagonal elements */ 
576         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
577         {
578                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);       
579         }
580
581         /* process off-diagonal entries (every off-diagonal entry needs to be symmetric) */
582         // TODO: pragma below is wrong, correct it!
583         // #pragma omp parallel for shared(to,from, fLongVector) private(i) 
584         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
585         {
586                 // muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
587                 
588                 to[from[i].c][0] += INPR(from[i].m[0],fLongVector[from[i].r]);
589                 to[from[i].c][1] += INPR(from[i].m[1],fLongVector[from[i].r]);
590                 to[from[i].c][2] += INPR(from[i].m[2],fLongVector[from[i].r]);  
591                 
592                 // muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
593                 
594                 to[from[i].r][0] += INPR(from[i].m[0],fLongVector[from[i].c]);
595                 to[from[i].r][1] += INPR(from[i].m[1],fLongVector[from[i].c]);
596                 to[from[i].r][2] += INPR(from[i].m[2],fLongVector[from[i].c]);  
597         }
598 }
599 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
600 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
601 {
602         unsigned int i = 0;
603
604         /* process diagonal elements */
605         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
606         {
607                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
608         }
609
610 }
611 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
612 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
613 {
614         unsigned int i = 0;
615
616         /* process diagonal elements */
617         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
618         {
619                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
620         }
621
622 }
623 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
624 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
625 {
626         unsigned int i = 0;
627
628         /* process diagonal elements */
629         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
630         {
631                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
632         }
633
634 }
635 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
636 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
637 {
638         unsigned int i = 0;
639
640         /* process diagonal elements */
641         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
642         {
643                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
644         }
645
646 }
647 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
648 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
649 {
650         unsigned int i = 0;
651
652         /* process diagonal elements */
653         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
654         {
655                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
656         }
657
658 }
659 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
660 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
661 {
662         unsigned int i = 0;
663
664         /* process diagonal elements */
665         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
666         {
667                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
668         }
669
670 }
671 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
672 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
673 /* VERIFIED */
674 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
675 {
676         unsigned int i = 0;
677
678         /* process diagonal elements */
679         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
680         {
681                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
682         }
683
684 }
685
686 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
687 // simulator start
688 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
689 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
690 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
691 typedef struct Implicit_Data 
692 {
693         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
694         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
695 } Implicit_Data;
696
697 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
698 {
699         unsigned int i = 0;
700         unsigned int pinned = 0;
701         Cloth *cloth = NULL;
702         ClothVertex *verts = NULL;
703         ClothSpring *springs = NULL;
704         Implicit_Data *id = NULL;
705
706         // init memory guard
707         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
708
709         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
710         verts = cloth->verts;
711         springs = cloth->springs;
712
713         // create implicit base
714         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
715         cloth->implicit = id;
716
717         /* process diagonal elements */         
718         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
719         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
720         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
721         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
722         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
723         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
724         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
725         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
726         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
727         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
728         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
729         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
730         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
731         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
732         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
733         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
734         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
735         
736         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
737         {
738                 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;
739
740                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
741                 {
742                         id->S[pinned].pinned = 1;
743                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
744                         pinned++;
745                 }
746         }
747
748         // S is special and needs specific vcount and scount
749         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
750
751         // init springs */
752         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
753         {
754                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
755                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
756                         id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = springs[i].ij;
757
758                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
759                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
760                         id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = springs[i].kl;
761
762                 springs[i].matrix_index = i + cloth->numverts;
763         }
764
765         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
766         {               
767                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
768         }
769
770         return 1;
771 }
772 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
773 {
774         Implicit_Data *id;
775         Cloth *cloth;
776         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
777
778         if(cloth)
779         {
780                 id = cloth->implicit;
781
782                 if(id)
783                 {
784                         del_bfmatrix(id->A);
785                         del_bfmatrix(id->dFdV);
786                         del_bfmatrix(id->dFdX);
787                         del_bfmatrix(id->S);
788                         del_bfmatrix(id->P);
789                         del_bfmatrix(id->Pinv);
790                         del_bfmatrix(id->bigI);
791
792                         del_lfvector(id->X);
793                         del_lfvector(id->Xnew);
794                         del_lfvector(id->V);
795                         del_lfvector(id->Vnew);
796                         del_lfvector(id->olddV);
797                         del_lfvector(id->F);
798                         del_lfvector(id->B);
799                         del_lfvector(id->dV);
800                         del_lfvector(id->z);
801
802                         MEM_freeN(id);
803                 }
804         }
805
806         return 1;
807 }
808
809 DO_INLINE float fb(float length, float L)
810 {
811         float x = length/L;
812         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
813 }
814
815 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
816 {
817         float x = length/L;
818
819         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
820 }
821
822 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
823 {
824         float tempfb = kb * fb(length, L);
825
826         float fbstar = cb * (length - L);
827
828         if(tempfb < fbstar)
829                 return fbstar;
830         else
831                 return tempfb;          
832 }
833
834 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
835 {
836         float tempfb = kb * fb(length, L);
837         float fbstar = cb * (length - L);
838
839         if(tempfb < fbstar)
840         {               
841                 return cb;
842         }
843         else
844         {
845                 return kb * fbderiv(length, L); 
846         }       
847 }
848
849 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
850 {
851         unsigned int i=0;
852
853         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
854         {
855                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
856         }
857 }
858
859 // block diagonalizer
860 void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *bigI)
861 {
862         unsigned int i=0;
863
864         // Take only the diagonal blocks of A
865         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)
866         {
867                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m); 
868         }
869         /*
870         // SpecialBigSMul(P, S, P);
871         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
872         {
873         mul_fmatrix_fmatrix(P[S[i].r].m, S[i].m, P[S[i].r].m);
874         }
875         add_bfmatrix_bfmatrix(P, P, bigI);
876         */
877         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)                              
878         {
879                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m); 
880         }               
881
882 }
883
884 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
885 {
886         // Solves for unknown X in equation AX=B
887         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
888         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
889         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
890         float s, starget, a, s_prev;
891         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
892         q = create_lfvector(numverts);
893         d = create_lfvector(numverts);
894         tmp = create_lfvector(numverts);
895         r = create_lfvector(numverts);
896
897         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
898         filter(ldV, S);
899
900         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
901
902         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
903         cp_lfvector(r, lB, numverts);
904         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
905         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
906
907         filter(r,S);
908
909         cp_lfvector(d, r, numverts);
910
911         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
912         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
913
914         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
915         {       
916                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
917                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
918
919                 filter(q,S);
920
921                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
922
923                 // X = X + d*a;
924                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
925
926                 // r = r - q*a;
927                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
928
929                 s_prev = s;
930                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
931
932                 //d = r+d*(s/s_prev);
933                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
934
935                 filter(d,S);
936
937                 conjgrad_loopcount++;
938         }
939         conjgrad_lasterror = s;
940
941         del_lfvector(q);
942         del_lfvector(d);
943         del_lfvector(tmp);
944         del_lfvector(r);
945         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
946
947         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
948 }
949 /*
950 int cg_filtered_pre(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, lfVector *X0, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, float dt)
951 {
952 // Solves for unknown X in equation AX=B
953 unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
954 float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
955 lfVector *q, *c , *tmp, *r, *s, *filterX0, *p_fb, *bhat;
956 float delta0, deltanew, deltaold, alpha=0, epsilon_sqr;
957 unsigned int numverts = lA[0].vcount;
958 int i = 0;
959 q = create_lfvector(numverts);
960 c = create_lfvector(numverts);
961 tmp = create_lfvector(numverts);
962 r = create_lfvector(numverts);
963 s = create_lfvector(numverts);
964 filterX0 = create_lfvector(numverts);
965 p_fb = create_lfvector(numverts);
966 bhat = create_lfvector(numverts);
967
968 // SpecialBigSSub(bigI, S);
969 initdiag_bfmatrix(bigI, I);
970 sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S); // TODO
971
972 BuildPPinv(lA,P,Pinv,S, bigI);
973
974 //////////////////////////
975 // x = S*x0 + (I-S)*z 
976 //////////////////////////
977 // filterX0 = X0 * 1.0f;
978 cp_lfvector(filterX0, X0, numverts);
979 // filter(filterX0,S);
980 filter(filterX0, S);
981 // X = filterX0 * 1.0f;
982 cp_lfvector(ldV, filterX0, numverts);
983
984 // X = X + Mul(tmp, bigI, z);
985 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, bigI, z);
986 add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, tmp, numverts);
987 //////////////////////////
988
989
990 //////////////////////////
991 // b_hat = S*(b-A*(I-S)*z) 
992 //////////////////////////      
993 // bhat = bigI * z;
994 mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, z);
995 // bhat = Mul(tmp, A, bhat);
996 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, bhat);
997 cp_lfvector(bhat, tmp, numverts);
998 // bhat = B - bhat;
999 sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1000 // cp_lfvector(bhat, lB, numverts);
1001 filter(bhat,S);
1002 //////////////////////////
1003
1004 //////////////////////////
1005 // r = S*(b - A*x)  
1006 //////////////////////////
1007 // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
1008 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
1009 sub_lfvector_lfvector(r, lB, tmp, numverts);
1010 // cp_lfvector(r, lB, numverts);
1011 filter(r,S);
1012 //////////////////////////
1013
1014
1015 //////////////////////////
1016 // (p) = c = S * P^-1 * r
1017 //////////////////////////
1018 // c = Pinv * r;
1019 mul_bfmatrix_lfvector(c, Pinv, r);
1020 filter(c,S);
1021 //////////////////////////      
1022
1023
1024 //////////////////////////
1025 // p_fb = P * bhat
1026 // delta0 = dot(bhat, p_fb)
1027 //////////////////////////
1028 // p_fb = P*bhat;       
1029 mul_bfmatrix_lfvector(p_fb, P, bhat);
1030 delta0 = dot_lfvector(bhat, p_fb, numverts);
1031 //////////////////////////
1032
1033
1034 //////////////////////////
1035 // deltanew = dot(r,c)
1036 //////////////////////////
1037 deltanew = dot_lfvector(r, c, numverts);
1038 //////////////////////////
1039 epsilon_sqr = conjgrad_epsilon*conjgrad_epsilon; // paper mentiones dt * 0.01
1040
1041 while((deltanew>(epsilon_sqr*delta0))&& (conjgrad_loopcount++ < conjgrad_looplimit))
1042 {
1043 //////////////////////////
1044 // (s) = q = S*A*c
1045 //////////////////////////
1046 // q = A*c; 
1047 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, c);
1048 filter(q,S);
1049 //////////////////////////              
1050
1051 //////////////////////////
1052 // alpha = deltanew / (c^T * q)
1053 //////////////////////////
1054 alpha = deltanew/dot_lfvector(c, q, numverts);
1055 //////////////////////////              
1056
1057 //X = X + c*alpha;
1058 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, c, alpha, numverts);
1059 //r = r - q*alpha;
1060 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, alpha, numverts);               
1061
1062 //////////////////////////
1063 // (h) = s = P^-1 * r
1064 //////////////////////////
1065 // s = Pinv * r;
1066 mul_bfmatrix_lfvector(s, Pinv, r);
1067 filter(s,S);
1068 //////////////////////////
1069
1070 deltaold = deltanew;
1071
1072 // deltanew = dot(r,s);
1073 deltanew = dot_lfvector(r, s, numverts);
1074
1075 //////////////////////////
1076 // c = S * (s + (deltanew/deltaold)*c)
1077 //////////////////////////      
1078 // c = s + c * (deltanew/deltaold);
1079 add_lfvector_lfvectorS(c, s, c, (deltanew/deltaold), numverts);
1080 filter(c,S);
1081 //////////////////////////
1082
1083 }
1084 conjgrad_lasterror = deltanew;
1085 del_lfvector(q);
1086 del_lfvector(c);
1087 del_lfvector(tmp);
1088 del_lfvector(r);
1089 del_lfvector(s);
1090 del_lfvector(filterX0);
1091 del_lfvector(p_fb);
1092 del_lfvector(bhat);
1093 printf("Bconjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
1094
1095 return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
1096 }
1097 */
1098
1099 // outer product is NOT cross product!!!
1100 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1101 {
1102         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1103         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1104         float temp[3][3];
1105         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1106         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1107         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1108         mul_fmatrix_S(temp, k);
1109         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1110 }
1111
1112 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1113 {
1114         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1115         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1116 }
1117
1118 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1119 {
1120         // derivative of force wrt velocity.  
1121         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1122         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1123 }
1124
1125 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1126 {
1127         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1128         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1129         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1130         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1131         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1132         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1133         mul_fmatrix_S(to, -k);
1134 }
1135
1136 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1137 {
1138         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1139         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1140         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1141         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1142         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1143
1144 }
1145
1146 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1147 {
1148         float extent[3];
1149         float length = 0;
1150         float dir[3] = {0,0,0};
1151         float vel[3];
1152         float k = 0.0f;
1153         float L = s->restlen;
1154         float cb = clmd->sim_parms.structural;
1155
1156         float nullf[3] = {0,0,0};
1157         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1158         float bending_force[3] = {0,0,0};
1159         float damping_force[3] = {0,0,0};
1160         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1161         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1162         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1163         
1164         VECCOPY(s->f, nullf);
1165         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1166         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1167
1168         // calculate elonglation
1169         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1170         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1171         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1172         
1173         s->flags &= ~CSPRING_FLAG_NEEDED;
1174         
1175         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1176         {
1177                 /*
1178                 if(length>L)
1179                 {
1180                         if((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1181                         && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms.maxspringlen))) // cut spring!
1182                         {
1183                                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1184                                 return;
1185                         }
1186                 } 
1187                 */
1188                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1189         }
1190         else    
1191         {
1192                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1193         }
1194         
1195         
1196         // calculate force of structural springs
1197         if(s->type != BENDING)
1198         {
1199                 if(length > L) // only on elonglation
1200                 {
1201                         s->flags |= CSPRING_FLAG_NEEDED;
1202
1203                         k = clmd->sim_parms.structural; 
1204
1205                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1206
1207                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1208
1209                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1210                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms.Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1211                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1212
1213                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, dir,length,L,k);
1214
1215                         dfdv_damp(s->dfdv, dir,clmd->sim_parms.Cdis);
1216                 }
1217         }
1218         else // calculate force of bending springs
1219         {
1220                 if(length < L)
1221                 {
1222                         s->flags |= CSPRING_FLAG_NEEDED;
1223                         
1224                         k = clmd->sim_parms.bending;    
1225
1226                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1227                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1228
1229                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir,length,L,k, cb);
1230                 }
1231         }
1232 }
1233
1234 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1235 {
1236         float v1[3], v2[3];
1237
1238         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1239         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1240         cross_fvector(to, v1, v2);
1241 }
1242 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1243 {
1244         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1245         mul_fvector_S(to, to, temp);
1246 }
1247
1248 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1249 {
1250         float temp[3]; 
1251         int i;
1252         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1253
1254         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1255         {
1256                 // check if this triangle contains the selected vertex
1257                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1258                 {
1259                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1260                         VECADD(to, to, temp);
1261                 }
1262         }
1263 }
1264 float calculateVertexWindForce(int index, float wind[3], float vertexnormal[3])  
1265 {
1266         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1267 }
1268
1269 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1270 {       
1271
1272 }
1273
1274 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1275 {
1276         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1277         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1278         unsigned int    i               = 0;
1279         float           spring_air      = clmd->sim_parms.Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1280         float           gravity[3];
1281         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1282         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1283         ClothSpring     *springs        = cloth->springs;
1284         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1285         float wind_normalized[3];
1286         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1287         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1288         float kd, ks;
1289
1290
1291         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms.gravity);
1292         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1293
1294         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1295         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1296         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1297         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1298
1299         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1300
1301         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1302
1303         /* do goal stuff */
1304         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) 
1305         {       
1306                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1307                 {                       
1308                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1309                         {                       
1310                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1311                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1312                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1313                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1314
1315                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1316                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms.goalspring)-1.0f ;
1317                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1318
1319                                 // calulate damping forces generated by goals                           
1320                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1321                                 kd =  clmd->sim_parms.goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1322                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1323                                 
1324                         }
1325                 }       
1326         }
1327
1328         /* handle external forces like wind */
1329         if(effectors)
1330         {
1331                 float wind[3] = {0.0f,1.0f,0.0f};
1332                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1333                 
1334                 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1335                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1336                 {
1337                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1338
1339                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, wind, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);           
1340
1341                         VECCOPY(wind_normalized, wind);
1342                         Normalize(wind_normalized);
1343
1344                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1345                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, calculateVertexWindForce(i, wind, vertexnormal));
1346                 }
1347         }
1348         
1349         /* calculate and apply spring forces */
1350 #pragma omp parallel private(i)
1351 {
1352 #pragma omp for nowait
1353         for(i = 0; i < cloth->numsprings/2; i++)
1354         {
1355                 // only handle active springs
1356                 // if(((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1357                 // {
1358                         cloth_calc_spring_force(clmd, &springs[i], lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1359                 // }
1360         }
1361 #pragma omp for nowait
1362         for(i = cloth->numsprings/2; i < cloth->numsprings; i++)
1363         {
1364                 // only handle active springs
1365                 // if(((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1366                 // {
1367                 cloth_calc_spring_force(clmd, &springs[i], lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1368                 // }
1369         }
1370 } // pragma omp parallel
1371         
1372         for(i = 0; i < cloth->numsprings; i++)
1373         {
1374                 // only handle active springs
1375                 // if(((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1376                 {
1377                         ClothSpring *s = &springs[i];
1378                         if(s->flags & CSPRING_FLAG_NEEDED)
1379                         {
1380                                 if(s->type != BENDING)
1381                                 {
1382                                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1383                                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1384                                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1385                                 }
1386                 
1387                                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1388                                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1389                 
1390                                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1391                                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1392                 
1393                                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1394                         }       
1395                 }
1396         }
1397 }
1398
1399 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)
1400 {
1401         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1402
1403         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1404         initdiag_bfmatrix(A, I);
1405         zero_lfvector(dV, numverts);
1406
1407         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));   
1408
1409         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1410
1411         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1412         
1413         itstart();
1414         
1415         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1416         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, P, Pinv, dt);
1417         
1418         itend();
1419         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1420         
1421         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1422
1423         // advance velocities
1424         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1425         
1426
1427         del_lfvector(dFdXmV);
1428 }
1429
1430 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors,
1431                                          CM_COLLISION_SELF self_collision, CM_COLLISION_OBJ obj_collision)
1432 {               
1433         unsigned int i=0, j;
1434         float step=0.0f, tf=1.0f;
1435         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1436         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1437         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1438         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms.stepsPerFrame;
1439         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1440         int result = 0;
1441         
1442         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1443         {
1444                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1445                 {                       
1446                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1447                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1448                         {                       
1449                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1450                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1451                         }
1452                 }       
1453         }
1454
1455         while(step < tf)
1456         {               
1457                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1458                 
1459                 // calculate 
1460                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step );      
1461                 simulate_implicit_euler(id->Vnew, id->X, id->V, id->F, id->dFdV, id->dFdX, dt, id->A, id->B, id->dV, id->S, id->z, id->olddV, id->P, id->Pinv);
1462                 
1463                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1464                 
1465                 // collisions 
1466                 // itstart();
1467                 
1468                 // update verts to current positions
1469                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1470                 {               
1471                         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1472                         {                       
1473                                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1474                                 {                       
1475                                         float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1476                                         // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1477                                         mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1478                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1479                                         VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1480                                 }
1481                                         
1482                         }
1483                         
1484                         VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1485                         
1486                         VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1487                         VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1488                 }
1489
1490                 // call collision function
1491                 result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, bvh_collision_response, dt);
1492
1493                 // copy corrected positions back to simulation
1494                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1495                 {               
1496                         if(result)
1497                         {
1498                                 VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1499                                 
1500                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1501                                 
1502                                 VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1503                                 
1504                                 VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1505                                 VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1506                         }
1507                         else
1508                         {
1509                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1510                         }
1511                 }
1512                 
1513                 // X = Xnew;
1514                 cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1515                 
1516                 // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1517                 if(result)
1518                 {
1519                         // V = Vnew;
1520                         cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1521                         
1522                         // calculate 
1523                         cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);       
1524                         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);
1525                 }
1526                 
1527                 // itend();
1528                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1529                 
1530                 // V = Vnew;
1531                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1532
1533                 step += dt;
1534
1535                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1536         }
1537
1538         for(i = 0; i < numverts; i++)
1539         {                               
1540                 if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL)
1541                 {
1542                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1543                         {
1544                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1545                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1546                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1547                         }
1548                         else
1549                         {
1550                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1551                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1552                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1553                         }
1554                 }
1555                 else
1556                 {
1557                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1558                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1559                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1560                 }
1561         }
1562         return 1;
1563 }
1564
1565 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1566 {               
1567         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1568         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1569         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1570         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1571         
1572         for(i = 0; i < numverts; i++)
1573         {                               
1574                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1575                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1576         }       
1577 }