code cleanup: spelling
[blender.git] / source / blender / blenkernel / intern / implicit.c
1 /*
2  * ***** BEGIN GPL LICENSE BLOCK *****
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  *
18  * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
19  * All rights reserved.
20  *
21  * The Original Code is: all of this file.
22  *
23  * Contributor(s): none yet.
24  *
25  * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
26  */
27
28 /** \file blender/blenkernel/intern/implicit.c
29  *  \ingroup bke
30  */
31
32
33 #include "MEM_guardedalloc.h"
34
35 #include "DNA_scene_types.h"
36 #include "DNA_object_types.h"
37 #include "DNA_object_force.h"
38 #include "DNA_meshdata_types.h"
39
40 #include "BLI_threads.h"
41 #include "BLI_math.h"
42 #include "BLI_linklist.h"
43 #include "BLI_utildefines.h"
44
45 #include "BKE_cloth.h"
46 #include "BKE_collision.h"
47 #include "BKE_effect.h"
48 #include "BKE_global.h"
49
50
51 #define CLOTH_OPENMP_LIMIT 512
52
53 #ifdef _WIN32
54 #include <windows.h>
55 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
56 static LARGE_INTEGER ifreq;
57 static void itstart(void)
58 {
59         static int first = 1;
60         if (first) {
61                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
62                 first = 0;
63         }
64         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
65 }
66 static void itend(void)
67 {
68         QueryPerformanceCounter(&_itend);
69 }
70 double itval(void)
71 {
72         return ((double)_itend.QuadPart -
73                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
74 }
75 #else
76 #include <sys/time.h>
77 // intrinsics need better compile flag checking
78 // #include <xmmintrin.h>
79 // #include <pmmintrin.h>
80 // #include <pthread.h>
81
82 static struct timeval _itstart, _itend;
83 static struct timezone itz;
84 void itstart(void)
85 {
86         gettimeofday(&_itstart, &itz);
87 }
88 static void itend(void)
89 {
90         gettimeofday(&_itend, &itz);
91 }
92 double itval(void)
93 {
94         double t1, t2;
95         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
96         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
97         return t2-t1;
98 }
99 #endif
100
101 static float I[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}};
102 static float ZERO[3][3] = {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
103
104 /*
105 #define C99
106 #ifdef C99
107 #defineDO_INLINE inline 
108 #else 
109 #defineDO_INLINE static 
110 #endif
111 */
112 struct Cloth;
113
114 //////////////////////////////////////////
115 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
116 /////////////////////////////////////////
117
118 /* DEFINITIONS */
119 typedef float lfVector[3];
120 typedef struct fmatrix3x3 {
121         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
122         unsigned int c, r; /* column and row number */
123         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
124         float n1, n2, n3; /* three normal vectors for collision constrains */
125         unsigned int vcount; /* vertex count */
126         unsigned int scount; /* spring count */ 
127 } fmatrix3x3;
128
129 ///////////////////////////
130 // float[3] vector
131 ///////////////////////////
132 /* simple vector code */
133 /* STATUS: verified */
134 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
135 {
136         to[0] = from[0] * scalar;
137         to[1] = from[1] * scalar;
138         to[2] = from[2] * scalar;
139 }
140 /* simple cross product */
141 /* STATUS: verified */
142 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
143 {
144         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
145         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
146         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
147 }
148 /* simple v^T * v product ("outer product") */
149 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
150 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
151 {
152         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
153         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
154         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
155 }
156 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
159 {       
160         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
161         
162         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
163         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
164         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
165 }
166
167
168 /* printf vector[3] on console: for debug output */
169 static void print_fvector(float m3[3])
170 {
171         printf("%f\n%f\n%f\n\n", m3[0], m3[1], m3[2]);
172 }
173
174 ///////////////////////////
175 // long float vector float (*)[3]
176 ///////////////////////////
177 /* print long vector on console: for debug output */
178 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
179 {
180         unsigned int i = 0;
181         for (i = 0; i < verts; i++) {
182                 print_fvector(fLongVector[i]);
183         }
184 }
185 /* create long vector */
186 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
187 {
188         /* TODO: check if memory allocation was successful */
189         return  (lfVector *)MEM_callocN(verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
190         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
191 }
192 /* delete long vector */
193 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
194 {
195         if (fLongVector != NULL) {
196                 MEM_freeN (fLongVector);
197                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
198         }
199 }
200 /* copy long vector */
201 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
202 {
203         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
204 }
205 /* init long vector with float[3] */
206 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
207 {
208         unsigned int i = 0;
209         for (i = 0; i < verts; i++) {
210                 copy_v3_v3(fLongVector[i], vector);
211         }
212 }
213 /* zero long vector with float[3] */
214 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
215 {
216         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
217 }
218 /* multiply long vector with scalar*/
219 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
220 {
221         unsigned int i = 0;
222
223         for (i = 0; i < verts; i++) {
224                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
225         }
226 }
227 /* multiply long vector with scalar*/
228 /* A -= B * float */
229 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
230 {
231         unsigned int i = 0;
232         for (i = 0; i < verts; i++) {
233                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
234         }
235 }
236 /* dot product for big vector */
237 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
238 {
239         long i = 0;
240         float temp = 0.0;
241 // XXX brecht, disabled this for now (first schedule line was already disabled),
242 // due to non-commutative nature of floating point ops this makes the sim give
243 // different results each time you run it!
244 // schedule(guided, 2)
245 //#pragma omp parallel for reduction(+: temp) if (verts > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
246         for (i = 0; i < (long)verts; i++) {
247                 temp += dot_v3v3(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
248         }
249         return temp;
250 }
251 /* A = B + C  --> for big vector */
252 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
253 {
254         unsigned int i = 0;
255
256         for (i = 0; i < verts; i++) {
257                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
258         }
259
260 }
261 /* A = B + C * float --> for big vector */
262 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
263 {
264         unsigned int i = 0;
265
266         for (i = 0; i < verts; i++) {
267                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
268
269         }
270 }
271 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
272 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
273 {
274         unsigned int i = 0;
275
276         for (i = 0; i < verts; i++) {
277                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
278         }
279 }
280 /* A = B - C * float --> for big vector */
281 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
282 {
283         unsigned int i = 0;
284         for (i = 0; i < verts; i++) {
285                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
286         }
287
288 }
289 /* A = B - C --> for big vector */
290 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
291 {
292         unsigned int i = 0;
293
294         for (i = 0; i < verts; i++) {
295                 sub_v3_v3v3(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
296         }
297
298 }
299 ///////////////////////////
300 // 3x3 matrix
301 ///////////////////////////
302 #if 0
303 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
304 static void print_fmatrix(float m3[3][3])
305 {
306         printf("%f\t%f\t%f\n", m3[0][0], m3[0][1], m3[0][2]);
307         printf("%f\t%f\t%f\n", m3[1][0], m3[1][1], m3[1][2]);
308         printf("%f\t%f\t%f\n\n", m3[2][0], m3[2][1], m3[2][2]);
309 }
310 #endif
311
312 /* copy 3x3 matrix */
313 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
314 {
315         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
316         copy_v3_v3(to[0], from[0]);
317         copy_v3_v3(to[1], from[1]);
318         copy_v3_v3(to[2], from[2]);
319 }
320
321 /* copy 3x3 matrix */
322 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
323 {
324         cp_fmatrix(to, ZERO);
325         
326         to[0][0] = aS;
327         to[1][1] = aS;
328         to[2][2] = aS;
329 }
330
331 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
332 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
333 {
334         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] 
335                         -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];
336 }
337
338 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
339 {
340         unsigned int i, j;
341         float d;
342
343         if ((d=det_fmatrix(from)) == 0) {
344                 printf("can't build inverse");
345                 exit(0);
346         }
347         for (i=0;i<3;i++) {
348                 for (j=0;j<3;j++) {
349                         int i1=(i+1)%3;
350                         int i2=(i+2)%3;
351                         int j1=(j+1)%3;
352                         int j2=(j+2)%3;
353                         // reverse indexs i&j to take transpose
354                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
355                         /*
356                         if (i==j)
357                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
358                         else
359                         to[i][j] = 0;
360                         */
361                 }
362         }
363
364 }
365
366 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
367 /* STATUS: verified */
368 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
369 {
370         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0], scalar);
371         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1], scalar);
372         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2], scalar);
373 }
374
375 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
376 /* STATUS: verified */
377 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
378 {
379         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
380         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
381         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
382 }
383
384 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
385 /* STATUS: verified */
386 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float from[3])
387 {
388         to[0] = dot_v3v3(matrix[0], from);
389         to[1] = dot_v3v3(matrix[1], from);
390         to[2] = dot_v3v3(matrix[2], from);
391 }
392 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
393 /* STATUS: verified */
394 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
395 {
396         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
397         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
398         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
399 }
400 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
401 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
402 {
403         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
404         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
405         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
406 }
407 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
408 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
409 {
410         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
411         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
412         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
413 }
414 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
415 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
416 {
417         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
418         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
419         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
420 }
421 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
422 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
423 {
424         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
425         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
426         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
427 }
428 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
429 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
430 {
431         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
432         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
433         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
434 }
435 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
436 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
437 {
438         sub_v3_v3v3(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
439         sub_v3_v3v3(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
440         sub_v3_v3v3(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
441 }
442 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
443 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
444 {
445         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
446         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
447         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
448 }
449 /////////////////////////////////////////////////////////////////
450 // special functions
451 /////////////////////////////////////////////////////////////////
452 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
453 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
454 {
455         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
456         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
457         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
458 }
459 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
460 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
461 {
462         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
463         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
464         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
465 }
466 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
467 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
468 {
469         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
470         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
471         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
472 }
473 /* 3x3 matrix multiplied and sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
474 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
475 {
476         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
477         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
478         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
479 }
480 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
481 /* STATUS: verified */
482 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
483 {
484         to[0] += dot_v3v3(matrix[0], from);
485         to[1] += dot_v3v3(matrix[1], from);
486         to[2] += dot_v3v3(matrix[2], from);
487 }
488 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
489 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
490 {
491         to[0] -= dot_v3v3(matrix[0], from);
492         to[1] -= dot_v3v3(matrix[1], from);
493         to[2] -= dot_v3v3(matrix[2], from);
494 }
495 /////////////////////////////////////////////////////////////////
496
497 ///////////////////////////
498 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
499 ///////////////////////////
500 /* printf a big matrix on console: for debug output */
501 #if 0
502 static 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 #endif
512
513 /* create big matrix */
514 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
515 {
516         // TODO: check if memory allocation was successful */
517         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN(sizeof(fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
518         temp[0].vcount = verts;
519         temp[0].scount = springs;
520         return temp;
521 }
522 /* delete big matrix */
523 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
524 {
525         if (matrix != NULL) {
526                 MEM_freeN (matrix);
527         }
528 }
529
530 /* copy big matrix */
531 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
532 {
533         // TODO bounds checking
534         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount));
535 }
536
537 /* init big matrix */
538 // slow in parallel
539 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
540 {
541         unsigned int i;
542
543         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
544                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
545         }
546 }
547
548 /* init the diagonal of big matrix */
549 // slow in parallel
550 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
551 {
552         unsigned int i, j;
553         float tmatrix[3][3] = {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
554
555         for (i = 0; i < matrix[0].vcount; i++) {
556                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
557         }
558         for (j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++) {
559                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
560         }
561 }
562
563 /* multiply big matrix with scalar*/
564 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
565 {
566         unsigned int i = 0;
567         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
568                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
569         }
570 }
571
572 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
573 /* STATUS: verified */
574 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
575 {
576         unsigned int i = 0;
577         unsigned int vcount = from[0].vcount;
578         lfVector *temp = create_lfvector(vcount);
579         
580         zero_lfvector(to, vcount);
581
582 #pragma omp parallel sections private(i) if (vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
583         {
584 #pragma omp section
585                 {
586                         for (i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++) {
587                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
588                         }
589                 }       
590 #pragma omp section
591                 {
592                         for (i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++) {
593                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
594                         }
595                 }
596         }
597         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
598         
599         del_lfvector(temp);
600         
601         
602 }
603
604 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
605 /* STATUS: verified */
606 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
607 {
608         unsigned int i = 0;
609         
610         for (i = 0; i < from[0].vcount; i++) {
611                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
612         }
613 }
614
615 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
616 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
617 {
618         unsigned int i = 0;
619
620         /* process diagonal elements */
621         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
622                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
623         }
624
625 }
626 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
627 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
628 {
629         unsigned int i = 0;
630
631         /* process diagonal elements */
632         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
633                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
634         }
635
636 }
637 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
638 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
639 {
640         unsigned int i = 0;
641
642         /* process diagonal elements */
643         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
644                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
645         }
646
647 }
648 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
649 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
650 {
651         unsigned int i = 0;
652
653         /* process diagonal elements */
654         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
655                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
656         }
657
658 }
659 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
660 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( 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; i++) {
666                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
667         }
668
669 }
670 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
671 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
672 {
673         unsigned int i = 0;
674
675         /* process diagonal elements */
676         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
677                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
678         }
679
680 }
681 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
682 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
683 /* VERIFIED */
684 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
685 {
686         unsigned int i = 0;
687
688         /* process diagonal elements */
689         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
690                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
691         }
692
693 }
694
695 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
696 // simulator start
697 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
698 typedef struct Implicit_Data  {
699         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
700         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
701 } Implicit_Data;
702
703 int implicit_init(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData *clmd)
704 {
705         unsigned int i = 0;
706         unsigned int pinned = 0;
707         Cloth *cloth = NULL;
708         ClothVertex *verts = NULL;
709         ClothSpring *spring = NULL;
710         Implicit_Data *id = NULL;
711         LinkNode *search = NULL;
712         
713         if (G.rt > 0)
714                 printf("implicit_init\n");
715
716         // init memory guard
717         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
718
719         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
720         verts = cloth->verts;
721
722         // create implicit base
723         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN(sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
724         cloth->implicit = id;
725
726         /* process diagonal elements */         
727         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
728         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
729         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
730         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
731         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
732         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
733         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
734         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
735         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
736         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
737         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
738         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
739         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
740         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
741         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
742         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
743         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
744         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
745         
746         for (i=0;i<cloth->numverts;i++) {
747                 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;
748
749                 if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
750                         id->S[pinned].pinned = 1;
751                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
752                         pinned++;
753                 }
754                 
755                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
756         }
757
758         // S is special and needs specific vcount and scount
759         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
760
761         // init springs 
762         search = cloth->springs;
763         for (i=0;i<cloth->numsprings;i++) {
764                 spring = search->link;
765                 
766                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
767                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
768                                 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;
769
770                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
771                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
772                                 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;
773
774                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
775                 
776                 search = search->next;
777         }
778         
779         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
780
781         for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
782                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
783         }
784
785         return 1;
786 }
787 int     implicit_free(ClothModifierData *clmd)
788 {
789         Implicit_Data *id;
790         Cloth *cloth;
791         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
792
793         if (cloth) {
794                 id = cloth->implicit;
795
796                 if (id) {
797                         del_bfmatrix(id->A);
798                         del_bfmatrix(id->dFdV);
799                         del_bfmatrix(id->dFdX);
800                         del_bfmatrix(id->S);
801                         del_bfmatrix(id->P);
802                         del_bfmatrix(id->Pinv);
803                         del_bfmatrix(id->bigI);
804                         del_bfmatrix(id->M);
805
806                         del_lfvector(id->X);
807                         del_lfvector(id->Xnew);
808                         del_lfvector(id->V);
809                         del_lfvector(id->Vnew);
810                         del_lfvector(id->olddV);
811                         del_lfvector(id->F);
812                         del_lfvector(id->B);
813                         del_lfvector(id->dV);
814                         del_lfvector(id->z);
815
816                         MEM_freeN(id);
817                 }
818         }
819
820         return 1;
821 }
822
823 DO_INLINE float fb(float length, float L)
824 {
825         float x = length/L;
826         return (-11.541f*pow(x, 4)+34.193f*pow(x, 3)-39.083f*pow(x, 2)+23.116f*x-9.713f);
827 }
828
829 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
830 {
831         float x = length/L;
832
833         return (-46.164f*pow(x, 3)+102.579f*pow(x, 2)-78.166f*x+23.116f);
834 }
835
836 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
837 {
838         float tempfb = kb * fb(length, L);
839
840         float fbstar = cb * (length - L);
841         
842         if (tempfb < fbstar)
843                 return fbstar;
844         else
845                 return tempfb;          
846 }
847
848 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
849 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
850 {
851         float tempfb = kb * fb(length, L);
852         float fbstar = cb * (length - L);
853
854         if (tempfb < fbstar) {
855                 return cb;
856         }
857         else {
858                 return kb * fbderiv(length, L); 
859         }       
860 }
861
862 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
863 {
864         unsigned int i=0;
865
866         for (i = 0; i < S[0].vcount; i++) {
867                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
868         }
869 }
870
871 static int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
872 {
873         // Solves for unknown X in equation AX=B
874         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
875         float conjgrad_epsilon=0.0001f /* , conjgrad_lasterror=0 */ /* UNUSED */;
876         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
877         float s, starget, a, s_prev;
878         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
879         q = create_lfvector(numverts);
880         d = create_lfvector(numverts);
881         tmp = create_lfvector(numverts);
882         r = create_lfvector(numverts);
883
884         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
885         filter(ldV, S);
886
887         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
888
889         // r = B - Mul(tmp, A, X);    // just use B if X known to be zero
890         cp_lfvector(r, lB, numverts);
891         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
892         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
893
894         filter(r, S);
895
896         cp_lfvector(d, r, numverts);
897
898         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
899         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
900
901         while (s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit) {
902                 // Mul(q, A, d); // q = A*d;
903                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
904
905                 filter(q, S);
906
907                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
908
909                 // X = X + d*a;
910                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
911
912                 // r = r - q*a;
913                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
914
915                 s_prev = s;
916                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
917
918                 //d = r+d*(s/s_prev);
919                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
920
921                 filter(d, S);
922
923                 conjgrad_loopcount++;
924         }
925         /* conjgrad_lasterror = s; */ /* UNUSED */
926
927         del_lfvector(q);
928         del_lfvector(d);
929         del_lfvector(tmp);
930         del_lfvector(r);
931         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
932
933         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
934 }
935
936 // block diagonalizer
937 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
938 {
939         unsigned int i = 0;
940         
941         // Take only the diagonal blocks of A
942 // #pragma omp parallel for private(i) if (lA[0].vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
943         for (i = 0; i<lA[0].vcount; i++) {
944                 // block diagonalizer
945                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
946                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
947                 
948         }
949 }
950 #if 0
951 /*
952 // version 1.3
953 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
954 {
955         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
956         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
957         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
958         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
959         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
960         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
961         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
962         
963         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
964         
965         filter(dv, S);
966         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
967         
968         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
969         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
970         filter(r, S);
971         
972         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
973         filter(p, S);
974         
975         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
976         
977         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
978         
979         // itstart();
980         
981         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
982         {
983                 iterations++;
984                 
985                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
986                 filter(s, S);
987                 
988                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
989                 
990                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
991                 
992                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
993                 
994                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
995                 filter(h, S);
996                 
997                 deltaOld = deltaNew;
998                 
999                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1000                 
1001                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1002                 
1003                 filter(p, S);
1004                 
1005         }
1006         
1007         // itend();
1008         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1009         
1010         del_lfvector(h);
1011         del_lfvector(s);
1012         del_lfvector(p);
1013         del_lfvector(r);
1014         
1015         printf("iterations: %d\n", iterations);
1016         
1017         return iterations<conjgrad_looplimit;
1018 }
1019 */
1020 // version 1.4
1021 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1022 {
1023         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1024         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1025         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1026         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1027         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1028         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1029         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1030         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1031         
1032         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1033         
1034         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1035         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1036         
1037         // x = Sx_0+(I-S)z
1038         filter(dv, S);
1039         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1040         
1041         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1042         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1043         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1044         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1045         
1046         // r = S(b-Ax)
1047         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1048         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1049         filter(r, S);
1050         
1051         // p = SP^-1r
1052         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1053         filter(p, S);
1054         
1055         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1056         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1057         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1058         
1059         // deltaNew = r^TP
1060         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1061         
1062         /*
1063         filter(dv, S);
1064         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1065         
1066         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1067         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1068         filter(r, S);
1069         
1070         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1071         filter(p, S);
1072         
1073         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1074         
1075         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1076         */
1077         
1078         // itstart();
1079         
1080         tol = (0.01*0.2);
1081         
1082         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1083         {
1084                 iterations++;
1085                 
1086                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1087                 filter(s, S);
1088                 
1089                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1090                 
1091                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1092                 
1093                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1094                 
1095                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1096                 filter(h, S);
1097                 
1098                 deltaOld = deltaNew;
1099                 
1100                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1101                 
1102                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1103                 
1104                 filter(p, S);
1105                 
1106         }
1107         
1108         // itend();
1109         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1110         
1111         del_lfvector(btemp);
1112         del_lfvector(bhat);
1113         del_lfvector(h);
1114         del_lfvector(s);
1115         del_lfvector(p);
1116         del_lfvector(r);
1117         
1118         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1119         
1120         return iterations<conjgrad_looplimit;
1121 }
1122 #endif
1123
1124 // outer product is NOT cross product!!!
1125 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1126 {
1127         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1128         // return  (outerprod(dir, dir)*k + (I - outerprod(dir, dir))*(k - ((k*L)/length)));
1129         float temp[3][3];
1130         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1131         
1132         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1133         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1134         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1135         
1136         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1137         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1138         
1139         /*
1140         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1141         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1142         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1143         mul_fmatrix_S(temp, k);
1144         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1145         */
1146 }
1147
1148 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1149 {
1150         // return  outerprod(dir, dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1151         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1152 }
1153
1154 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1155 {
1156         // derivative of force wrt velocity.  
1157         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1158         
1159 }
1160
1161 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3], float length, float L, float k)
1162 {
1163         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1164         //return  ( (I-outerprod(dir, dir))*Min(1.0f, rest/length) - I) * -k;
1165         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1166         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1167
1168         mul_fmatrix_S(to, (L/length)); 
1169         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1170         mul_fmatrix_S(to, -k);
1171 }
1172
1173 // unused atm
1174 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3], float length, const float vel[3], float rest, float damping)
1175 {
1176         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1177         //      return (I-outerprod(dir, dir)) * (-damping * -(dot(dir, vel)/Max(length, rest)));
1178         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1179         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1180         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(dot_v3v3(dir, vel)/MAX2(length, rest))));
1181
1182 }
1183
1184 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *UNUSED(lF), lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *UNUSED(dFdV), fmatrix3x3 *UNUSED(dFdX), float time)
1185 {
1186         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1187         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1188         float extent[3];
1189         float length = 0, dot = 0;
1190         float dir[3] = {0, 0, 0};
1191         float vel[3];
1192         float k = 0.0f;
1193         float L = s->restlen;
1194         float cb; /* = clmd->sim_parms->structural; */ /*UNUSED*/
1195
1196         float nullf[3] = {0, 0, 0};
1197         float stretch_force[3] = {0, 0, 0};
1198         float bending_force[3] = {0, 0, 0};
1199         float damping_force[3] = {0, 0, 0};
1200         float nulldfdx[3][3]={ {0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
1201         
1202         float scaling = 0.0;
1203
1204         int no_compress = clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_NO_SPRING_COMPRESS;
1205         
1206         copy_v3_v3(s->f, nullf);
1207         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1208         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1209
1210         // calculate elonglation
1211         sub_v3_v3v3(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1212         sub_v3_v3v3(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1213         dot = dot_v3v3(extent, extent);
1214         length = sqrt(dot);
1215         
1216         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1217         
1218         if (length > ALMOST_ZERO) {
1219                 /*
1220                 if (length>L)
1221                 {
1222                 if ((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) &&
1223                     ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1224                 {
1225                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1226                 return;
1227         }
1228         } 
1229                 */
1230                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1231         }
1232         else {
1233                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1234         }
1235         
1236         // calculate force of structural + shear springs
1237         if ((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR)) {
1238                 if (length > L || no_compress) {
1239                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1240                         
1241                         k = clmd->sim_parms->structural;
1242
1243                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1244
1245                         k = scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1246
1247                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1248                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L));
1249
1250                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1251
1252                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1253                         // something wrong with it...
1254                         mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->Cdis * dot_v3v3(vel, dir));
1255                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1256                         
1257                         /* VERIFIED */
1258                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1259                         
1260                         /* VERIFIED */
1261                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1262                         
1263                 }
1264         }
1265         else if (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL) {
1266                 float tvect[3];
1267                 
1268                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1269                 
1270                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1271                 sub_v3_v3v3(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1272                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1273                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1274
1275                 sub_v3_v3v3(extent, X[s->ij], tvect);
1276                 
1277                 // SEE MSG BELOW (these are UNUSED)
1278                 // dot = dot_v3v3(extent, extent);
1279                 // length = sqrt(dot);
1280                 
1281                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1282                 
1283                 scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1284                         
1285                 k = verts [s->ij].goal * scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1286                 
1287                 VECADDS(s->f, s->f, extent, -k);
1288                 
1289                 mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01 * dot_v3v3(vel, dir));
1290                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1291                 
1292                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1293                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1294                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1295         }
1296         else {  /* calculate force of bending springs */
1297                 if (length < L) {
1298                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1299                         
1300                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1301                         
1302                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1303                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1304
1305                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1306                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1307
1308                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length, L, k, cb);
1309                 }
1310         }
1311 }
1312
1313 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *UNUSED(clmd), ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *UNUSED(X), lfVector *UNUSED(V), fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1314 {
1315         if (s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED) {
1316                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)) {
1317                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1318                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1319                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1320                 }
1321
1322                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1323                 
1324                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1325                         sub_v3_v3v3(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1326                 
1327                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1328                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1329                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1330         }       
1331 }
1332
1333
1334 static void CalcFloat( float *v1, float *v2, float *v3, float *n)
1335 {
1336         float n1[3], n2[3];
1337
1338         n1[0]= v1[0]-v2[0];
1339         n2[0]= v2[0]-v3[0];
1340         n1[1]= v1[1]-v2[1];
1341         n2[1]= v2[1]-v3[1];
1342         n1[2]= v1[2]-v2[2];
1343         n2[2]= v2[2]-v3[2];
1344         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1345         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1346         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1347 }
1348
1349 static void CalcFloat4( float *v1, float *v2, float *v3, float *v4, float *n)
1350 {
1351         /* real cross! */
1352         float n1[3], n2[3];
1353
1354         n1[0]= v1[0]-v3[0];
1355         n1[1]= v1[1]-v3[1];
1356         n1[2]= v1[2]-v3[2];
1357
1358         n2[0]= v2[0]-v4[0];
1359         n2[1]= v2[1]-v4[1];
1360         n2[2]= v2[2]-v4[2];
1361
1362         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1363         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1364         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1365 }
1366
1367 static float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1368 {
1369         return dot_v3v3(wind, vertexnormal);
1370 }
1371
1372 typedef struct HairGridVert {
1373         float velocity[3];
1374         float density;
1375 } HairGridVert;
1376 #define HAIR_GRID_INDEX(vec, min, max, axis) (int)((vec[axis] - min[axis]) / (max[axis] - min[axis]) * 9.99f)
1377 /* Smoothing of hair velocities:
1378  * adapted from
1379  *      Volumetric Methods for Simulation and Rendering of Hair
1380  *      by Lena Petrovic, Mark Henne and John Anderson
1381  *      Pixar Technical Memo #06-08, Pixar Animation Studios
1382  */
1383 static void hair_velocity_smoothing(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, unsigned int numverts)
1384 {
1385         /* TODO: This is an initial implementation and should be made much better in due time.
1386          * What should at least be implemented is a grid size parameter and a smoothing kernel
1387          * for bigger grids.
1388          */
1389
1390         /* 10x10x10 grid gives nice initial results */
1391         HairGridVert grid[10][10][10];
1392         HairGridVert colg[10][10][10];
1393         ListBase *colliders = get_collider_cache(clmd->scene, NULL, NULL);
1394         ColliderCache *col = NULL;
1395         float gmin[3], gmax[3], density;
1396         /* 2.0f is an experimental value that seems to give good results */
1397         float smoothfac = 2.0f * clmd->sim_parms->velocity_smooth;
1398         float collfac = 2.0f * clmd->sim_parms->collider_friction;
1399         unsigned int    v = 0;
1400         unsigned int    i = 0;
1401         int                             j = 0;
1402         int                             k = 0;
1403
1404         INIT_MINMAX(gmin, gmax);
1405
1406         for (i = 0; i < numverts; i++)
1407                 DO_MINMAX(lX[i], gmin, gmax);
1408
1409         /* initialize grid */
1410         for (i = 0; i < 10; i++) {
1411                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1412                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1413                                 grid[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1414                                 grid[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1415                                 grid[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1416                                 grid[i][j][k].density = 0.0f;
1417
1418                                 colg[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1419                                 colg[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1420                                 colg[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1421                                 colg[i][j][k].density = 0.0f;
1422                         }
1423                 }
1424         }
1425
1426         /* gather velocities & density */
1427         if (smoothfac > 0.0f) for (v = 0; v < numverts; v++) {
1428                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1429                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1430                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1431                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1432                         continue;
1433
1434                 grid[i][j][k].velocity[0] += lV[v][0];
1435                 grid[i][j][k].velocity[1] += lV[v][1];
1436                 grid[i][j][k].velocity[2] += lV[v][2];
1437                 grid[i][j][k].density += 1.0f;
1438         }
1439
1440         /* gather colliders */
1441         if (colliders && collfac > 0.0f) for (col = colliders->first; col; col = col->next) {
1442                 MVert *loc0 = col->collmd->x;
1443                 MVert *loc1 = col->collmd->xnew;
1444                 float vel[3];
1445
1446                 for (v=0; v<col->collmd->numverts; v++, loc0++, loc1++) {
1447                         i = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 0);
1448
1449                         if (i>=0 && i<10) {
1450                                 j = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 1);
1451
1452                                 if (j>=0 && j<10) {
1453                                         k = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 2);
1454
1455                                         if (k>=0 && k<10) {
1456                                                 sub_v3_v3v3(vel, loc1->co, loc0->co);
1457
1458                                                 colg[i][j][k].velocity[0] += vel[0];
1459                                                 colg[i][j][k].velocity[1] += vel[1];
1460                                                 colg[i][j][k].velocity[2] += vel[2];
1461                                                 colg[i][j][k].density += 1.0;
1462                                         }
1463                                 }
1464                         }
1465                 }
1466         }
1467         
1468
1469         /* divide velocity with density */
1470         for (i = 0; i < 10; i++) {
1471                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1472                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1473                                 density = grid[i][j][k].density;
1474                                 if (density > 0.0f) {
1475                                         grid[i][j][k].velocity[0] /= density;
1476                                         grid[i][j][k].velocity[1] /= density;
1477                                         grid[i][j][k].velocity[2] /= density;
1478                                 }
1479
1480                                 density = colg[i][j][k].density;
1481                                 if (density > 0.0f) {
1482                                         colg[i][j][k].velocity[0] /= density;
1483                                         colg[i][j][k].velocity[1] /= density;
1484                                         colg[i][j][k].velocity[2] /= density;
1485                                 }
1486                         }
1487                 }
1488         }
1489
1490         /* calculate forces */
1491         for (v = 0; v < numverts; v++) {
1492                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1493                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1494                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1495                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1496                         continue;
1497
1498                 lF[v][0] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1499                 lF[v][1] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1500                 lF[v][2] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1501
1502                 if (colg[i][j][k].density > 0.0f) {
1503                         lF[v][0] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1504                         lF[v][1] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1505                         lF[v][2] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1506                 }
1507         }
1508
1509         free_collider_cache(&colliders);
1510 }
1511
1512 static void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, float UNUSED(frame), lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time, fmatrix3x3 *M)
1513 {
1514         /* Collect forces and derivatives:  F, dFdX, dFdV */
1515         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1516         unsigned int i  = 0;
1517         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1518         float           gravity[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1519         float           tm2[3][3]       = {{0}};
1520         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1521         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1522         LinkNode *search;
1523         lfVector *winvec;
1524         EffectedPoint epoint;
1525
1526         tm2[0][0]= tm2[1][1]= tm2[2][2]= -spring_air;
1527         
1528         /* global acceleration (gravitation) */
1529         if (clmd->scene->physics_settings.flag & PHYS_GLOBAL_GRAVITY) {
1530                 copy_v3_v3(gravity, clmd->scene->physics_settings.gravity);
1531                 mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f * clmd->sim_parms->effector_weights->global_gravity); /* scale gravity force */
1532         }
1533
1534         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1535         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1536         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1537         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1538
1539         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1540         
1541         if (clmd->sim_parms->velocity_smooth > 0.0f || clmd->sim_parms->collider_friction > 0.0f)
1542                 hair_velocity_smoothing(clmd, lF, lX, lV, numverts);
1543
1544         /* multiply lF with mass matrix
1545          * force = mass * acceleration (in this case: gravity)
1546          */
1547         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1548                 float temp[3];
1549                 copy_v3_v3(temp, lF[i]);
1550                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1551         }
1552
1553         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1554         
1555         /* handle external forces like wind */
1556         if (effectors) {
1557                 // 0 = force, 1 = normalized force
1558                 winvec = create_lfvector(cloth->numverts);
1559                 
1560                 if (!winvec)
1561                         printf("winvec: out of memory in implicit.c\n");
1562                 
1563                 // precalculate wind forces
1564                 for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
1565                         pd_point_from_loc(clmd->scene, (float*)lX[i], (float*)lV[i], i, &epoint);
1566                         pdDoEffectors(effectors, NULL, clmd->sim_parms->effector_weights, &epoint, winvec[i], NULL);
1567                 }
1568                 
1569                 for (i = 0; i < cloth->numfaces; i++) {
1570                         float trinormal[3]={0, 0, 0}; // normalized triangle normal
1571                         float triunnormal[3]={0, 0, 0}; // not-normalized-triangle normal
1572                         float tmp[3]={0, 0, 0};
1573                         float factor = (mfaces[i].v4) ? 0.25 : 1.0 / 3.0;
1574                         factor *= 0.02;
1575                         
1576                         // calculate face normal
1577                         if (mfaces[i].v4)
1578                                 CalcFloat4(lX[mfaces[i].v1], lX[mfaces[i].v2], lX[mfaces[i].v3], lX[mfaces[i].v4], triunnormal);
1579                         else
1580                                 CalcFloat(lX[mfaces[i].v1], lX[mfaces[i].v2], lX[mfaces[i].v3], triunnormal);
1581
1582                         normalize_v3_v3(trinormal, triunnormal);
1583                         
1584                         // add wind from v1
1585                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1586                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v1], triunnormal));
1587                         VECADDS(lF[mfaces[i].v1], lF[mfaces[i].v1], tmp, factor);
1588                         
1589                         // add wind from v2
1590                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1591                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v2], triunnormal));
1592                         VECADDS(lF[mfaces[i].v2], lF[mfaces[i].v2], tmp, factor);
1593                         
1594                         // add wind from v3
1595                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1596                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v3], triunnormal));
1597                         VECADDS(lF[mfaces[i].v3], lF[mfaces[i].v3], tmp, factor);
1598                         
1599                         // add wind from v4
1600                         if (mfaces[i].v4) {
1601                                 copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1602                                 mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v4], triunnormal));
1603                                 VECADDS(lF[mfaces[i].v4], lF[mfaces[i].v4], tmp, factor);
1604                         }
1605                 }
1606
1607                 /* Hair has only edges */
1608                 if (cloth->numfaces == 0) {
1609                         ClothSpring *spring;
1610                         float edgevec[3]={0, 0, 0}; //edge vector
1611                         float edgeunnormal[3]={0, 0, 0}; // not-normalized-edge normal
1612                         float tmp[3]={0, 0, 0};
1613                         float factor = 0.01;
1614
1615                         search = cloth->springs;
1616                         while (search) {
1617                                 spring = search->link;
1618                                 
1619                                 if (spring->type == CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) {
1620                                         sub_v3_v3v3(edgevec, (float*)lX[spring->ij], (float*)lX[spring->kl]);
1621
1622                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->ij], edgevec);
1623                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->ij], tmp);
1624                                         /* hair doesn't stretch too much so we can use restlen pretty safely */
1625                                         VECADDS(lF[spring->ij], lF[spring->ij], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1626
1627                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->kl], edgevec);
1628                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->kl], tmp);
1629                                         VECADDS(lF[spring->kl], lF[spring->kl], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1630                                 }
1631
1632                                 search = search->next;
1633                         }
1634                 }
1635
1636                 del_lfvector(winvec);
1637         }
1638                 
1639         // calculate spring forces
1640         search = cloth->springs;
1641         while (search) {
1642                 // only handle active springs
1643                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) {}
1644                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1645
1646                 search = search->next;
1647         }
1648         
1649         // apply spring forces
1650         search = cloth->springs;
1651         while (search) {
1652                 // only handle active springs
1653                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) 
1654                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1655                 search = search->next;
1656         }
1657         // printf("\n");
1658 }
1659
1660 static void simulate_implicit_euler(lfVector *Vnew, lfVector *UNUSED(lX), lfVector *lV, lfVector *lF, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, float dt, fmatrix3x3 *A, lfVector *B, lfVector *dV, fmatrix3x3 *S, lfVector *z, lfVector *olddV, fmatrix3x3 *UNUSED(P), fmatrix3x3 *UNUSED(Pinv), fmatrix3x3 *M, fmatrix3x3 *UNUSED(bigI))
1661 {
1662         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1663
1664         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1665         zero_lfvector(dV, numverts);
1666         
1667         cp_bfmatrix(A, M);
1668         
1669         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1670
1671         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1672
1673         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1674         
1675         itstart();
1676         
1677         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1678         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1679         
1680         itend();
1681         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1682         
1683         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1684
1685         // advance velocities
1686         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1687         
1688
1689         del_lfvector(dFdXmV);
1690 }
1691
1692 /* computes where the cloth would be if it were subject to perfectly stiff edges
1693  * (edge distance constraints) in a lagrangian solver.  then add forces to help
1694  * guide the implicit solver to that state.  this function is called after
1695  * collisions*/
1696 int cloth_calc_helper_forces(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData * clmd, float (*initial_cos)[3], float UNUSED(step), float dt)
1697 {
1698         Cloth *cloth= clmd->clothObject;
1699         float (*cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1700         float *masses = MEM_callocN(sizeof(float)*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1701         LinkNode *node;
1702         ClothSpring *spring;
1703         ClothVertex *cv;
1704         int i, steps;
1705         
1706         cv = cloth->verts;
1707         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1708                 copy_v3_v3(cos[i], cv->tx);
1709                 
1710                 if (cv->goal == 1.0f || len_v3v3(initial_cos[i], cv->tx) != 0.0) {
1711                         masses[i] = 1e+10;      
1712                 }
1713                 else {
1714                         masses[i] = cv->mass;
1715                 }
1716         }
1717         
1718         steps = 55;
1719         for (i=0; i<steps; i++) {
1720                 for (node=cloth->springs; node; node=node->next) {
1721                         /* ClothVertex *cv1, *cv2; */ /* UNUSED */
1722                         int v1, v2;
1723                         float len, c, l, vec[3];
1724                         
1725                         spring = node->link;
1726                         if (spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL && spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR) 
1727                                 continue;
1728                         
1729                         v1 = spring->ij; v2 = spring->kl;
1730                         /* cv1 = cloth->verts + v1; */ /* UNUSED */
1731                         /* cv2 = cloth->verts + v2; */ /* UNUSED */
1732                         len = len_v3v3(cos[v1], cos[v2]);
1733                         
1734                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v1], cos[v2]);
1735                         normalize_v3(vec);
1736                         
1737                         c = (len - spring->restlen);
1738                         if (c == 0.0)
1739                                 continue;
1740                         
1741                         l = c / ((1.0/masses[v1]) + (1.0/masses[v2]));
1742                         
1743                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v1])*l);
1744                         add_v3_v3(cos[v1], vec);
1745         
1746                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v2], cos[v1]);
1747                         normalize_v3(vec);
1748                         
1749                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v2])*l);
1750                         add_v3_v3(cos[v2], vec);
1751                 }
1752         }
1753         
1754         cv = cloth->verts;
1755         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1756                 float vec[3];
1757                 
1758                 /*compute forces*/
1759                 sub_v3_v3v3(vec, cos[i], cv->tx);
1760                 mul_v3_fl(vec, cv->mass*dt*20.0f);
1761                 add_v3_v3(cv->tv, vec);
1762                 //copy_v3_v3(cv->tx, cos[i]);
1763         }
1764         
1765         MEM_freeN(cos);
1766         MEM_freeN(masses);
1767         
1768         return 1;
1769 }
1770 int implicit_solver(Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1771 {
1772         unsigned int i=0;
1773         float step=0.0f, tf=clmd->sim_parms->timescale;
1774         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1775         ClothVertex *verts = cloth->verts, *cv;
1776         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1777         float dt = clmd->sim_parms->timescale / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1778         float spf = (float)clmd->sim_parms->stepsPerFrame / clmd->sim_parms->timescale;
1779         float (*initial_cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "initial_cos implicit.c");
1780         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1781         int do_extra_solve;
1782
1783         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) { /* do goal stuff */
1784                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1785                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1786                         if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1787                                 sub_v3_v3v3(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1788                                 // mul_v3_fl(id->V[i], clmd->sim_parms->stepsPerFrame);
1789                         }
1790                 }       
1791         }
1792         
1793         while (step < tf) {
1794                 // damping velocity for artistic reasons
1795                 mul_lfvectorS(id->V, id->V, clmd->sim_parms->vel_damping, numverts);
1796
1797                 // calculate forces
1798                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1799                 
1800                 // calculate new velocity
1801                 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);
1802                 
1803                 // advance positions
1804                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1805                 
1806                 /* move pinned verts to correct position */
1807                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1808                         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) {
1809                                 if (verts[i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1810                                         float tvect[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1811                                         sub_v3_v3v3(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1812                                         mul_fvector_S(tvect, tvect, step+dt);
1813                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1814                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], tvect);
1815                                 }       
1816                         }
1817                         
1818                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1819                 }
1820
1821                 if (clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED && clmd->clothObject->bvhtree) {
1822                         // collisions 
1823                         // itstart();
1824                         
1825                         // update verts to current positions
1826                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1827                                 copy_v3_v3(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1828
1829                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1830                                 copy_v3_v3(verts[i].v, verts[i].tv);
1831                         }
1832
1833                         for (i=0, cv=cloth->verts; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1834                                 copy_v3_v3(initial_cos[i], cv->tx);
1835                         }
1836
1837                         // call collision function
1838                         // TODO: check if "step" or "step+dt" is correct - dg
1839                         do_extra_solve = cloth_bvh_objcollision(ob, clmd, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1840
1841                         // copy corrected positions back to simulation
1842                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1843                                 // correct velocity again, just to be sure we had to change it due to adaptive collisions
1844                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, id->X[i]);
1845                         }
1846
1847                         //if (do_extra_solve)
1848                         //      cloth_calc_helper_forces(ob, clmd, initial_cos, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1849                         
1850                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1851
1852                                 if (do_extra_solve) {
1853                                         
1854                                         if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1855                                                 continue;
1856
1857                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1858                                         copy_v3_v3(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1859                                         mul_v3_fl(id->Vnew[i], spf);
1860                                 }
1861                         }
1862                         
1863                         // X = Xnew;
1864                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1865
1866                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1867                         
1868                         if (do_extra_solve) {
1869                                 // V = Vnew;
1870                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1871
1872                                 // calculate 
1873                                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step+dt, id->M);      
1874                                 
1875                                 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);
1876                         }
1877                 }
1878                 else {
1879                         // X = Xnew;
1880                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1881                 }
1882                 
1883                 // itend();
1884                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1885                 
1886                 // V = Vnew;
1887                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1888                 
1889                 step += dt;
1890         }
1891
1892         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1893                 if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)) {
1894                         copy_v3_v3(verts[i].txold, verts[i].xconst); // TODO: test --> should be .x
1895                         copy_v3_v3(verts[i].x, verts[i].xconst);
1896                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1897                 }
1898                 else {
1899                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1900                         copy_v3_v3(verts[i].x, id->X[i]);
1901                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1902                 }
1903         }
1904         
1905         MEM_freeN(initial_cos);
1906         
1907         return 1;
1908 }
1909
1910 void implicit_set_positions(ClothModifierData *clmd)
1911 {
1912         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1913         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1914         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1915         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1916         
1917         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1918                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
1919                 copy_v3_v3(id->V[i], verts[i].v);
1920         }
1921         if (G.rt > 0)
1922                 printf("implicit_set_positions\n");     
1923 }
1924