Merging r45936 through r46042 from trunk into soc-2011-tomato
[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 successfull */
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 successfull */
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 {
700         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
701         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
702 } Implicit_Data;
703
704 int implicit_init (Object *UNUSED(ob), ClothModifierData *clmd)
705 {
706         unsigned int i = 0;
707         unsigned int pinned = 0;
708         Cloth *cloth = NULL;
709         ClothVertex *verts = NULL;
710         ClothSpring *spring = NULL;
711         Implicit_Data *id = NULL;
712         LinkNode *search = NULL;
713         
714         if (G.rt > 0)
715                 printf("implicit_init\n");
716
717         // init memory guard
718         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
719
720         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
721         verts = cloth->verts;
722
723         // create implicit base
724         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
725         cloth->implicit = id;
726
727         /* process diagonal elements */         
728         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
729         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
730         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
731         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
732         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
733         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
734         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
735         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
736         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
737         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
738         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
739         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
740         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
741         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
742         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
743         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
744         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
745         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
746         
747         for (i=0;i<cloth->numverts;i++) {
748                 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;
749
750                 if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
751                         id->S[pinned].pinned = 1;
752                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
753                         pinned++;
754                 }
755                 
756                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
757         }
758
759         // S is special and needs specific vcount and scount
760         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
761
762         // init springs 
763         search = cloth->springs;
764         for (i=0;i<cloth->numsprings;i++) {
765                 spring = search->link;
766                 
767                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
768                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
769                                 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;
770
771                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
772                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
773                                 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;
774
775                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
776                 
777                 search = search->next;
778         }
779         
780         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
781
782         for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
783                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
784         }
785
786         return 1;
787 }
788 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
789 {
790         Implicit_Data *id;
791         Cloth *cloth;
792         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
793
794         if (cloth) {
795                 id = cloth->implicit;
796
797                 if (id) {
798                         del_bfmatrix(id->A);
799                         del_bfmatrix(id->dFdV);
800                         del_bfmatrix(id->dFdX);
801                         del_bfmatrix(id->S);
802                         del_bfmatrix(id->P);
803                         del_bfmatrix(id->Pinv);
804                         del_bfmatrix(id->bigI);
805                         del_bfmatrix(id->M);
806
807                         del_lfvector(id->X);
808                         del_lfvector(id->Xnew);
809                         del_lfvector(id->V);
810                         del_lfvector(id->Vnew);
811                         del_lfvector(id->olddV);
812                         del_lfvector(id->F);
813                         del_lfvector(id->B);
814                         del_lfvector(id->dV);
815                         del_lfvector(id->z);
816
817                         MEM_freeN(id);
818                 }
819         }
820
821         return 1;
822 }
823
824 DO_INLINE float fb(float length, float L)
825 {
826         float x = length/L;
827         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
828 }
829
830 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
831 {
832         float x = length/L;
833
834         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
835 }
836
837 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
838 {
839         float tempfb = kb * fb(length, L);
840
841         float fbstar = cb * (length - L);
842         
843         if (tempfb < fbstar)
844                 return fbstar;
845         else
846                 return tempfb;          
847 }
848
849 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
850 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
851 {
852         float tempfb = kb * fb(length, L);
853         float fbstar = cb * (length - L);
854
855         if (tempfb < fbstar) {
856                 return cb;
857         }
858         else {
859                 return kb * fbderiv(length, L); 
860         }       
861 }
862
863 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
864 {
865         unsigned int i=0;
866
867         for (i = 0; i < S[0].vcount; i++) {
868                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
869         }
870 }
871
872 static int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
873 {
874         // Solves for unknown X in equation AX=B
875         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
876         float conjgrad_epsilon=0.0001f /* , conjgrad_lasterror=0 */ /* UNUSED */;
877         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
878         float s, starget, a, s_prev;
879         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
880         q = create_lfvector(numverts);
881         d = create_lfvector(numverts);
882         tmp = create_lfvector(numverts);
883         r = create_lfvector(numverts);
884
885         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
886         filter(ldV, S);
887
888         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
889
890         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
891         cp_lfvector(r, lB, numverts);
892         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
893         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
894
895         filter(r,S);
896
897         cp_lfvector(d, r, numverts);
898
899         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
900         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
901
902         while (s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit) {
903                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
904                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
905
906                 filter(q,S);
907
908                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
909
910                 // X = X + d*a;
911                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
912
913                 // r = r - q*a;
914                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
915
916                 s_prev = s;
917                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
918
919                 //d = r+d*(s/s_prev);
920                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
921
922                 filter(d,S);
923
924                 conjgrad_loopcount++;
925         }
926         /* conjgrad_lasterror = s; */ /* UNUSED */
927
928         del_lfvector(q);
929         del_lfvector(d);
930         del_lfvector(tmp);
931         del_lfvector(r);
932         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
933
934         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
935 }
936
937 // block diagonalizer
938 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
939 {
940         unsigned int i = 0;
941         
942         // Take only the diagonal blocks of A
943 // #pragma omp parallel for private(i) if (lA[0].vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
944         for (i = 0; i<lA[0].vcount; i++) {
945                 // block diagonalizer
946                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
947                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
948                 
949         }
950 }
951 #if 0
952 /*
953 // version 1.3
954 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
955 {
956         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
957         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
958         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
959         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
960         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
961         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
962         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
963         
964         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
965         
966         filter(dv, S);
967         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
968         
969         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
970         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
971         filter(r, S);
972         
973         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
974         filter(p, S);
975         
976         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
977         
978         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
979         
980         // itstart();
981         
982         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
983         {
984                 iterations++;
985                 
986                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
987                 filter(s, S);
988                 
989                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
990                 
991                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
992                 
993                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
994                 
995                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
996                 filter(h, S);
997                 
998                 deltaOld = deltaNew;
999                 
1000                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1001                 
1002                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1003                 
1004                 filter(p, S);
1005                 
1006         }
1007         
1008         // itend();
1009         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1010         
1011         del_lfvector(h);
1012         del_lfvector(s);
1013         del_lfvector(p);
1014         del_lfvector(r);
1015         
1016         printf("iterations: %d\n", iterations);
1017         
1018         return iterations<conjgrad_looplimit;
1019 }
1020 */
1021 // version 1.4
1022 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1023 {
1024         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1025         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1026         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1027         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1028         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1029         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1030         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1031         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1032         
1033         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1034         
1035         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1036         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1037         
1038         // x = Sx_0+(I-S)z
1039         filter(dv, S);
1040         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1041         
1042         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1043         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1044         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1045         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1046         
1047         // r = S(b-Ax)
1048         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1049         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1050         filter(r, S);
1051         
1052         // p = SP^-1r
1053         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1054         filter(p, S);
1055         
1056         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1057         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1058         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1059         
1060         // deltaNew = r^TP
1061         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1062         
1063         /*
1064         filter(dv, S);
1065         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1066         
1067         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1068         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1069         filter(r, S);
1070         
1071         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1072         filter(p, S);
1073         
1074         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1075         
1076         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1077         */
1078         
1079         // itstart();
1080         
1081         tol = (0.01*0.2);
1082         
1083         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1084         {
1085                 iterations++;
1086                 
1087                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1088                 filter(s, S);
1089                 
1090                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1091                 
1092                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1093                 
1094                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1095                 
1096                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1097                 filter(h, S);
1098                 
1099                 deltaOld = deltaNew;
1100                 
1101                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1102                 
1103                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1104                 
1105                 filter(p, S);
1106                 
1107         }
1108         
1109         // itend();
1110         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1111         
1112         del_lfvector(btemp);
1113         del_lfvector(bhat);
1114         del_lfvector(h);
1115         del_lfvector(s);
1116         del_lfvector(p);
1117         del_lfvector(r);
1118         
1119         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1120         
1121         return iterations<conjgrad_looplimit;
1122 }
1123 #endif
1124
1125 // outer product is NOT cross product!!!
1126 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1127 {
1128         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1129         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1130         float temp[3][3];
1131         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1132         
1133         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1134         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1135         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1136         
1137         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1138         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1139         
1140         /*
1141         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1142         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1143         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1144         mul_fmatrix_S(temp, k);
1145         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1146         */
1147 }
1148
1149 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1150 {
1151         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1152         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1153 }
1154
1155 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1156 {
1157         // derivative of force wrt velocity.  
1158         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1159         
1160 }
1161
1162 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1163 {
1164         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1165         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1166         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1167         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1168
1169         mul_fmatrix_S(to, (L/length)); 
1170         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1171         mul_fmatrix_S(to, -k);
1172 }
1173
1174 // unused atm
1175 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1176 {
1177         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1178         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1179         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1180         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1181         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(dot_v3v3(dir,vel)/MAX2(length,rest))));
1182
1183 }
1184
1185 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)
1186 {
1187         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1188         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1189         float extent[3];
1190         float length = 0, dot = 0;
1191         float dir[3] = {0,0,0};
1192         float vel[3];
1193         float k = 0.0f;
1194         float L = s->restlen;
1195         float cb; /* = clmd->sim_parms->structural; */ /*UNUSED*/
1196
1197         float nullf[3] = {0,0,0};
1198         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1199         float bending_force[3] = {0,0,0};
1200         float damping_force[3] = {0,0,0};
1201         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1202         
1203         float scaling = 0.0;
1204
1205         int no_compress = clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_NO_SPRING_COMPRESS;
1206         
1207         copy_v3_v3(s->f, nullf);
1208         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1209         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1210
1211         // calculate elonglation
1212         sub_v3_v3v3(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1213         sub_v3_v3v3(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1214         dot = dot_v3v3(extent, extent);
1215         length = sqrt(dot);
1216         
1217         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1218         
1219         if (length > ALMOST_ZERO) {
1220                 /*
1221                 if (length>L)
1222                 {
1223                 if ((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) &&
1224                     ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1225                 {
1226                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1227                 return;
1228         }
1229         } 
1230                 */
1231                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1232         }
1233         else {
1234                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1235         }
1236         
1237         // calculate force of structural + shear springs
1238         if ((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR)) {
1239                 if (length > L || no_compress) {
1240                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1241                         
1242                         k = clmd->sim_parms->structural;
1243                                 
1244                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1245                         
1246                         k = scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1247                         
1248                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1249                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L)); 
1250
1251                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1252
1253                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1254                         // something wrong with it...
1255                         mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->Cdis * dot_v3v3(vel, dir));
1256                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1257                         
1258                         /* VERIFIED */
1259                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1260                         
1261                         /* VERIFIED */
1262                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1263                         
1264                 }
1265         }
1266         else if (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL) {
1267                 float tvect[3];
1268                 
1269                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1270                 
1271                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1272                 sub_v3_v3v3(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1273                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1274                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1275
1276                 sub_v3_v3v3(extent, X[s->ij], tvect);
1277                 
1278                 // SEE MSG BELOW (these are UNUSED)
1279                 // dot = dot_v3v3(extent, extent);
1280                 // length = sqrt(dot);
1281                 
1282                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1283                 
1284                 scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1285                         
1286                 k = verts [s->ij].goal * scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1287                 
1288                 VECADDS(s->f, s->f, extent, -k);
1289                 
1290                 mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01 * dot_v3v3(vel, dir));
1291                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1292                 
1293                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1294                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1295                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1296         }
1297         else {  /* calculate force of bending springs */
1298                 if (length < L) {
1299                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1300                         
1301                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1302                         
1303                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1304                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1305
1306                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1307                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1308
1309                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length,L, k, cb);
1310                 }
1311         }
1312 }
1313
1314 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *UNUSED(clmd), ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *UNUSED(X), lfVector *UNUSED(V), fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1315 {
1316         if (s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED) {
1317                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)) {
1318                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1319                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1320                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1321                 }
1322
1323                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1324                 
1325                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1326                         sub_v3_v3v3(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1327                 
1328                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1329                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1330                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1331         }       
1332 }
1333
1334
1335 static void CalcFloat( float *v1, float *v2, float *v3, float *n)
1336 {
1337         float n1[3],n2[3];
1338
1339         n1[0]= v1[0]-v2[0];
1340         n2[0]= v2[0]-v3[0];
1341         n1[1]= v1[1]-v2[1];
1342         n2[1]= v2[1]-v3[1];
1343         n1[2]= v1[2]-v2[2];
1344         n2[2]= v2[2]-v3[2];
1345         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1346         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1347         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1348 }
1349
1350 static void CalcFloat4( float *v1, float *v2, float *v3, float *v4, float *n)
1351 {
1352         /* real cross! */
1353         float n1[3],n2[3];
1354
1355         n1[0]= v1[0]-v3[0];
1356         n1[1]= v1[1]-v3[1];
1357         n1[2]= v1[2]-v3[2];
1358
1359         n2[0]= v2[0]-v4[0];
1360         n2[1]= v2[1]-v4[1];
1361         n2[2]= v2[2]-v4[2];
1362
1363         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1364         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1365         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1366 }
1367
1368 static float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1369 {
1370         return dot_v3v3(wind, vertexnormal);
1371 }
1372
1373 typedef struct HairGridVert {
1374         float velocity[3];
1375         float density;
1376 } HairGridVert;
1377 #define HAIR_GRID_INDEX(vec, min, max, axis) (int)((vec[axis] - min[axis]) / (max[axis] - min[axis]) * 9.99f)
1378 /* Smoothing of hair velocities:
1379  * adapted from
1380  *      Volumetric Methods for Simulation and Rendering of Hair
1381  *      by Lena Petrovic, Mark Henne and John Anderson
1382  *      Pixar Technical Memo #06-08, Pixar Animation Studios
1383  */
1384 static void hair_velocity_smoothing(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, unsigned int numverts)
1385 {
1386         /* TODO: This is an initial implementation and should be made much better in due time.
1387          * What should at least be implemented is a grid size parameter and a smoothing kernel
1388          * for bigger grids.
1389          */
1390
1391         /* 10x10x10 grid gives nice initial results */
1392         HairGridVert grid[10][10][10];
1393         HairGridVert colg[10][10][10];
1394         ListBase *colliders = get_collider_cache(clmd->scene, NULL, NULL);
1395         ColliderCache *col = NULL;
1396         float gmin[3], gmax[3], density;
1397         /* 2.0f is an experimental value that seems to give good results */
1398         float smoothfac = 2.0f * clmd->sim_parms->velocity_smooth;
1399         float collfac = 2.0f * clmd->sim_parms->collider_friction;
1400         unsigned int    v = 0;
1401         unsigned int    i = 0;
1402         int                             j = 0;
1403         int                             k = 0;
1404
1405         INIT_MINMAX(gmin, gmax);
1406
1407         for (i = 0; i < numverts; i++)
1408                 DO_MINMAX(lX[i], gmin, gmax);
1409
1410         /* initialize grid */
1411         for (i = 0; i < 10; i++) {
1412                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1413                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1414                                 grid[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1415                                 grid[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1416                                 grid[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1417                                 grid[i][j][k].density = 0.0f;
1418
1419                                 colg[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1420                                 colg[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1421                                 colg[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1422                                 colg[i][j][k].density = 0.0f;
1423                         }
1424                 }
1425         }
1426
1427         /* gather velocities & density */
1428         if (smoothfac > 0.0f) for (v = 0; v < numverts; v++) {
1429                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1430                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1431                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1432                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1433                         continue;
1434
1435                 grid[i][j][k].velocity[0] += lV[v][0];
1436                 grid[i][j][k].velocity[1] += lV[v][1];
1437                 grid[i][j][k].velocity[2] += lV[v][2];
1438                 grid[i][j][k].density += 1.0f;
1439         }
1440
1441         /* gather colliders */
1442         if (colliders && collfac > 0.0f) for (col = colliders->first; col; col = col->next) {
1443                 MVert *loc0 = col->collmd->x;
1444                 MVert *loc1 = col->collmd->xnew;
1445                 float vel[3];
1446
1447                 for (v=0; v<col->collmd->numverts; v++, loc0++, loc1++) {
1448                         i = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 0);
1449
1450                         if (i>=0 && i<10) {
1451                                 j = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 1);
1452
1453                                 if (j>=0 && j<10) {
1454                                         k = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 2);
1455
1456                                         if (k>=0 && k<10) {
1457                                                 sub_v3_v3v3(vel, loc1->co, loc0->co);
1458
1459                                                 colg[i][j][k].velocity[0] += vel[0];
1460                                                 colg[i][j][k].velocity[1] += vel[1];
1461                                                 colg[i][j][k].velocity[2] += vel[2];
1462                                                 colg[i][j][k].density += 1.0;
1463                                         }
1464                                 }
1465                         }
1466                 }
1467         }
1468         
1469
1470         /* divide velocity with density */
1471         for (i = 0; i < 10; i++) {
1472                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1473                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1474                                 density = grid[i][j][k].density;
1475                                 if (density > 0.0f) {
1476                                         grid[i][j][k].velocity[0] /= density;
1477                                         grid[i][j][k].velocity[1] /= density;
1478                                         grid[i][j][k].velocity[2] /= density;
1479                                 }
1480
1481                                 density = colg[i][j][k].density;
1482                                 if (density > 0.0f) {
1483                                         colg[i][j][k].velocity[0] /= density;
1484                                         colg[i][j][k].velocity[1] /= density;
1485                                         colg[i][j][k].velocity[2] /= density;
1486                                 }
1487                         }
1488                 }
1489         }
1490
1491         /* calculate forces */
1492         for (v = 0; v < numverts; v++) {
1493                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1494                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1495                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1496                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1497                         continue;
1498
1499                 lF[v][0] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1500                 lF[v][1] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1501                 lF[v][2] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1502
1503                 if (colg[i][j][k].density > 0.0f) {
1504                         lF[v][0] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1505                         lF[v][1] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1506                         lF[v][2] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1507                 }
1508         }
1509
1510         free_collider_cache(&colliders);
1511 }
1512
1513 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)
1514 {
1515         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1516         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1517         unsigned int i  = 0;
1518         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1519         float           gravity[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1520         float           tm2[3][3]       = {{0}};
1521         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1522         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1523         LinkNode *search;
1524         lfVector *winvec;
1525         EffectedPoint epoint;
1526
1527         tm2[0][0]= tm2[1][1]= tm2[2][2]= -spring_air;
1528         
1529         /* global acceleration (gravitation) */
1530         if (clmd->scene->physics_settings.flag & PHYS_GLOBAL_GRAVITY) {
1531                 copy_v3_v3(gravity, clmd->scene->physics_settings.gravity);
1532                 mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f * clmd->sim_parms->effector_weights->global_gravity); /* scale gravity force */
1533         }
1534
1535         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1536         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1537         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1538         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1539
1540         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1541         
1542         if (clmd->sim_parms->velocity_smooth > 0.0f || clmd->sim_parms->collider_friction > 0.0f)
1543                 hair_velocity_smoothing(clmd, lF, lX, lV, numverts);
1544
1545         /* multiply lF with mass matrix
1546          * force = mass * acceleration (in this case: gravity)
1547          */
1548         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1549                 float temp[3];
1550                 copy_v3_v3(temp, lF[i]);
1551                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1552         }
1553
1554         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1555         
1556         /* handle external forces like wind */
1557         if (effectors) {
1558                 // 0 = force, 1 = normalized force
1559                 winvec = create_lfvector(cloth->numverts);
1560                 
1561                 if (!winvec)
1562                         printf("winvec: out of memory in implicit.c\n");
1563                 
1564                 // precalculate wind forces
1565                 for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
1566                         pd_point_from_loc(clmd->scene, (float*)lX[i], (float*)lV[i], i, &epoint);
1567                         pdDoEffectors(effectors, NULL, clmd->sim_parms->effector_weights, &epoint, winvec[i], NULL);
1568                 }
1569                 
1570                 for (i = 0; i < cloth->numfaces; i++) {
1571                         float trinormal[3]={0,0,0}; // normalized triangle normal
1572                         float triunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-triangle normal
1573                         float tmp[3]={0,0,0};
1574                         float factor = (mfaces[i].v4) ? 0.25 : 1.0 / 3.0;
1575                         factor *= 0.02;
1576                         
1577                         // calculate face normal
1578                         if (mfaces[i].v4)
1579                                 CalcFloat4(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],lX[mfaces[i].v4],triunnormal);
1580                         else
1581                                 CalcFloat(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],triunnormal);
1582
1583                         normalize_v3_v3(trinormal, triunnormal);
1584                         
1585                         // add wind from v1
1586                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1587                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v1], triunnormal));
1588                         VECADDS(lF[mfaces[i].v1], lF[mfaces[i].v1], tmp, factor);
1589                         
1590                         // add wind from v2
1591                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1592                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v2], triunnormal));
1593                         VECADDS(lF[mfaces[i].v2], lF[mfaces[i].v2], tmp, factor);
1594                         
1595                         // add wind from v3
1596                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1597                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v3], triunnormal));
1598                         VECADDS(lF[mfaces[i].v3], lF[mfaces[i].v3], tmp, factor);
1599                         
1600                         // add wind from v4
1601                         if (mfaces[i].v4) {
1602                                 copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1603                                 mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v4], triunnormal));
1604                                 VECADDS(lF[mfaces[i].v4], lF[mfaces[i].v4], tmp, factor);
1605                         }
1606                 }
1607
1608                 /* Hair has only edges */
1609                 if (cloth->numfaces == 0) {
1610                         ClothSpring *spring;
1611                         float edgevec[3]={0,0,0}; //edge vector
1612                         float edgeunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-edge normal
1613                         float tmp[3]={0,0,0};
1614                         float factor = 0.01;
1615
1616                         search = cloth->springs;
1617                         while (search) {
1618                                 spring = search->link;
1619                                 
1620                                 if (spring->type == CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) {
1621                                         sub_v3_v3v3(edgevec, (float*)lX[spring->ij], (float*)lX[spring->kl]);
1622
1623                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->ij], edgevec);
1624                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->ij], tmp);
1625                                         /* hair doesn't stretch too much so we can use restlen pretty safely */
1626                                         VECADDS(lF[spring->ij], lF[spring->ij], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1627
1628                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->kl], edgevec);
1629                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->kl], tmp);
1630                                         VECADDS(lF[spring->kl], lF[spring->kl], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1631                                 }
1632
1633                                 search = search->next;
1634                         }
1635                 }
1636
1637                 del_lfvector(winvec);
1638         }
1639                 
1640         // calculate spring forces
1641         search = cloth->springs;
1642         while (search) {
1643                 // only handle active springs
1644                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) {}
1645                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1646
1647                 search = search->next;
1648         }
1649         
1650         // apply spring forces
1651         search = cloth->springs;
1652         while (search) {
1653                 // only handle active springs
1654                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) 
1655                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1656                 search = search->next;
1657         }
1658         // printf("\n");
1659 }
1660
1661 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))
1662 {
1663         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1664
1665         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1666         zero_lfvector(dV, numverts);
1667         
1668         cp_bfmatrix(A, M);
1669         
1670         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1671
1672         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1673
1674         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1675         
1676         itstart();
1677         
1678         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1679         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1680         
1681         itend();
1682         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1683         
1684         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1685
1686         // advance velocities
1687         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1688         
1689
1690         del_lfvector(dFdXmV);
1691 }
1692
1693 /* computes where the cloth would be if it were subject to perfectly stiff edges
1694  * (edge distance constraints) in a lagrangian solver.  then add forces to help
1695  * guide the implicit solver to that state.  this function is called after
1696  * collisions*/
1697 int cloth_calc_helper_forces(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData * clmd, float (*initial_cos)[3], float UNUSED(step), float dt)
1698 {
1699         Cloth *cloth= clmd->clothObject;
1700         float (*cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1701         float *masses = MEM_callocN(sizeof(float)*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1702         LinkNode *node;
1703         ClothSpring *spring;
1704         ClothVertex *cv;
1705         int i, steps;
1706         
1707         cv = cloth->verts;
1708         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1709                 copy_v3_v3(cos[i], cv->tx);
1710                 
1711                 if (cv->goal == 1.0f || len_v3v3(initial_cos[i], cv->tx) != 0.0) {
1712                         masses[i] = 1e+10;      
1713                 }
1714                 else {
1715                         masses[i] = cv->mass;
1716                 }
1717         }
1718         
1719         steps = 55;
1720         for (i=0; i<steps; i++) {
1721                 for (node=cloth->springs; node; node=node->next) {
1722                         /* ClothVertex *cv1, *cv2; */ /* UNUSED */
1723                         int v1, v2;
1724                         float len, c, l, vec[3];
1725                         
1726                         spring = node->link;
1727                         if (spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL && spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR) 
1728                                 continue;
1729                         
1730                         v1 = spring->ij; v2 = spring->kl;
1731                         /* cv1 = cloth->verts + v1; */ /* UNUSED */
1732                         /* cv2 = cloth->verts + v2; */ /* UNUSED */
1733                         len = len_v3v3(cos[v1], cos[v2]);
1734                         
1735                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v1], cos[v2]);
1736                         normalize_v3(vec);
1737                         
1738                         c = (len - spring->restlen);
1739                         if (c == 0.0)
1740                                 continue;
1741                         
1742                         l = c / ((1.0/masses[v1]) + (1.0/masses[v2]));
1743                         
1744                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v1])*l);
1745                         add_v3_v3(cos[v1], vec);
1746         
1747                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v2], cos[v1]);
1748                         normalize_v3(vec);
1749                         
1750                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v2])*l);
1751                         add_v3_v3(cos[v2], vec);
1752                 }
1753         }
1754         
1755         cv = cloth->verts;
1756         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1757                 float vec[3];
1758                 
1759                 /*compute forces*/
1760                 sub_v3_v3v3(vec, cos[i], cv->tx);
1761                 mul_v3_fl(vec, cv->mass*dt*20.0f);
1762                 add_v3_v3(cv->tv, vec);
1763                 //copy_v3_v3(cv->tx, cos[i]);
1764         }
1765         
1766         MEM_freeN(cos);
1767         MEM_freeN(masses);
1768         
1769         return 1;
1770 }
1771 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1772 {
1773         unsigned int i=0;
1774         float step=0.0f, tf=clmd->sim_parms->timescale;
1775         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1776         ClothVertex *verts = cloth->verts, *cv;
1777         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1778         float dt = clmd->sim_parms->timescale / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1779         float spf = (float)clmd->sim_parms->stepsPerFrame / clmd->sim_parms->timescale;
1780         float (*initial_cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "initial_cos implicit.c");
1781         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1782         int do_extra_solve;
1783
1784         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) { /* do goal stuff */
1785                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1786                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1787                         if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1788                                 sub_v3_v3v3(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1789                                 // mul_v3_fl(id->V[i], clmd->sim_parms->stepsPerFrame);
1790                         }
1791                 }       
1792         }
1793         
1794         while (step < tf) {
1795                 // damping velocity for artistic reasons
1796                 mul_lfvectorS(id->V, id->V, clmd->sim_parms->vel_damping, numverts);
1797
1798                 // calculate forces
1799                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1800                 
1801                 // calculate new velocity
1802                 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);
1803                 
1804                 // advance positions
1805                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1806                 
1807                 /* move pinned verts to correct position */
1808                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1809                         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) {
1810                                 if (verts[i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1811                                         float tvect[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1812                                         sub_v3_v3v3(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1813                                         mul_fvector_S(tvect, tvect, step+dt);
1814                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1815                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], tvect);
1816                                 }       
1817                         }
1818                         
1819                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1820                 }
1821
1822                 if (clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED && clmd->clothObject->bvhtree) {
1823                         // collisions 
1824                         // itstart();
1825                         
1826                         // update verts to current positions
1827                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1828                                 copy_v3_v3(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1829
1830                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1831                                 copy_v3_v3(verts[i].v, verts[i].tv);
1832                         }
1833
1834                         for (i=0, cv=cloth->verts; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1835                                 copy_v3_v3(initial_cos[i], cv->tx);
1836                         }
1837                         
1838                         // call collision function
1839                         // TODO: check if "step" or "step+dt" is correct - dg
1840                         do_extra_solve = cloth_bvh_objcollision(ob, clmd, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1841                                                 
1842                         // copy corrected positions back to simulation
1843                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1844                                 // correct velocity again, just to be sure we had to change it due to adaptive collisions
1845                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, id->X[i]);
1846                         }
1847
1848                         //if (do_extra_solve)
1849                         //      cloth_calc_helper_forces(ob, clmd, initial_cos, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1850                         
1851                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1852
1853                                 if (do_extra_solve) {
1854                                         
1855                                         if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1856                                                 continue;
1857
1858                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1859                                         copy_v3_v3(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1860                                         mul_v3_fl(id->Vnew[i], spf);
1861                                 }
1862                         }
1863                         
1864                         // X = Xnew;
1865                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1866
1867                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1868                         
1869                         if (do_extra_solve) {
1870                                 // V = Vnew;
1871                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1872
1873                                 // calculate 
1874                                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step+dt, id->M);      
1875                                 
1876                                 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);
1877                         }
1878                 }
1879                 else {
1880                         // X = Xnew;
1881                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1882                 }
1883                 
1884                 // itend();
1885                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1886                 
1887                 // V = Vnew;
1888                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1889                 
1890                 step += dt;
1891         }
1892
1893         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1894                 if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)) {
1895                         copy_v3_v3(verts[i].txold, verts[i].xconst); // TODO: test --> should be .x
1896                         copy_v3_v3(verts[i].x, verts[i].xconst);
1897                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1898                 }
1899                 else {
1900                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1901                         copy_v3_v3(verts[i].x, id->X[i]);
1902                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1903                 }
1904         }
1905         
1906         MEM_freeN(initial_cos);
1907         
1908         return 1;
1909 }
1910
1911 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1912 {
1913         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1914         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1915         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1916         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1917         
1918         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1919                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
1920                 copy_v3_v3(id->V[i], verts[i].v);
1921         }
1922         if (G.rt > 0)
1923                 printf("implicit_set_positions\n");     
1924 }
1925