source/blender/blenkernel/intern/implicit.c

   1 /*  implicit.c
   2 *
   3 *
   4 * ***** BEGIN GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
   5 *
   6 * This program is free software; you can redistribute it and/or
   7 * modify it under the terms of the GNU General Public License
   8 * as published by the Free Software Foundation; either version 2
   9 * of the License, or (at your option) any later version. The Blender
  10 * Foundation also sells licenses for use in proprietary software under
  11 * the Blender License.  See http://www.blender.org/BL/ for information
  12 * about this.
  13 *
  14 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17 * GNU General Public License for more details.
  18 *
  19 * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20 * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  21 * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22 *
  23 * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
  24 * All rights reserved.
  25 *
  26 * The Original Code is: all of this file.
  27 *
  28 * Contributor(s): none yet.
  29 *
  30 * ***** END GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
  31 */
  32 #include <math.h>
  33 #include <stdlib.h>
  34 #include <string.h>
  35 #include <stdio.h>
  36 #include "MEM_guardedalloc.h"
  37 /* types */
  38 #include "DNA_curve_types.h"
  39 #include "DNA_object_types.h"
  40 #include "DNA_object_force.h"
  41 #include "DNA_cloth_types.h"
  42 #include "DNA_key_types.h"
  43 #include "DNA_mesh_types.h"
  44 #include "DNA_modifier_types.h"
  45 #include "DNA_meshdata_types.h"
  46 #include "DNA_lattice_types.h"
  47 #include "DNA_scene_types.h"
  48 #include "DNA_modifier_types.h"
  49 #include "BLI_blenlib.h"
  50 #include "BLI_arithb.h"
  51 #include "BLI_threads.h"
  52 #include "BKE_curve.h"
  53 #include "BKE_displist.h"
  54 #include "BKE_effect.h"
  55 #include "BKE_global.h"
  56 #include "BKE_key.h"
  57 #include "BKE_object.h"
  58 #include "BKE_cloth.h"
  59 #include "BKE_modifier.h"
  60 #include "BKE_utildefines.h"
  61 #include "BKE_global.h"
  62 #include  "BIF_editdeform.h"
  63
  64
  65 #ifdef _WIN32
  66 #include <windows.h>
  67 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
  68 static LARGE_INTEGER ifreq;
  69 void itstart(void)
  70 {
  71         static int first = 1;
  72         if(first) {
  73                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
  74                 first = 0;
  75         }
  76         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
  77 }
  78 void itend(void)
  79 {
  80         QueryPerformanceCounter(&_itend);
  81 }
  82 double itval()
  83 {
  84         return ((double)_itend.QuadPart -
  85                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
  86 }
  87 #else
  88 #include <sys/time.h>
  89 // intrinsics need better compile flag checking
  90 // #include <xmmintrin.h>
  91 // #include <pmmintrin.h>
  92 // #include <pthread.h>
  93
  94                          static struct timeval _itstart, _itend;
  95          static struct timezone itz;
  96          void itstart(void)
  97 {
  98         gettimeofday(&_itstart, &itz);
  99 }
 100 void itend(void)
 101 {
 102         gettimeofday(&_itend,&itz);
 103 }
 104 double itval()
 105 {
 106         double t1, t2;
 107         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
 108         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
 109         return t2-t1;
 110 }
 111 #endif
 112 /*
 113 #define C99
 114 #ifdef C99
 115 #defineDO_INLINE inline
 116 #else
 117 #defineDO_INLINE static
 118 #endif
 119 */
 120 struct Cloth;
 121
 122 //////////////////////////////////////////
 123 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
 124 /////////////////////////////////////////
 125
 126 /* DEFINITIONS */
 127 typedef float lfVector[3];
 128 typedef struct fmatrix3x3 {
 129         float m[3][3]; /* 4x4 matrix */
 130         unsigned int c,r; /* column and row number */
 131         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
 132         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
 133         unsigned int vcount; /* vertex count */
 134         unsigned int scount; /* spring count */
 135 } fmatrix3x3;
 136
 137 ///////////////////////////
 138 // float[3] vector
 139 ///////////////////////////
 140 /* simple vector code */
 141 /* STATUS: verified */
 142 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
 143 {
 144         to[0] = from[0] * scalar;
 145         to[1] = from[1] * scalar;
 146         to[2] = from[2] * scalar;
 147 }
 148 /* simple cross product */
 149 /* STATUS: verified */
 150 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
 151 {
 152         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
 153         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
 154         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
 155 }
 156 /* simple v^T * v product ("outer product") */
 157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
 158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
 159 {
 160         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
 161         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
 162         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
 163 }
 164 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
 165 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
 166 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
 167 {
 168         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]* aS);
 169         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]* aS);
 170         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]* aS);
 171 }
 172
 173 /* printf vector[3] on console: for debug output */
 174 void print_fvector(float m3[3])
 175 {
 176         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
 177 }
 178
 179 ///////////////////////////
 180 // long float vector float (*)[3]
 181 ///////////////////////////
 182 /* print long vector on console: for debug output */
 183 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
 184 {
 185         unsigned int i = 0;
 186         for(i = 0; i < verts; i++)
 187         {
 188                 print_fvector(fLongVector[i]);
 189         }
 190 }
 191 /* create long vector */
 192 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
 193 {
 194         // TODO: check if memory allocation was successfull */
 195         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
 196         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
 197 }
 198 /* delete long vector */
 199 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
 200 {
 201         if (fLongVector != NULL)
 202         {
 203                 MEM_freeN (fLongVector);
 204                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
 205         }
 206 }
 207 /* copy long vector */
 208 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
 209 {
 210         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
 211 }
 212 /* init long vector with float[3] */
 213 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
 214 {
 215         unsigned int i = 0;
 216         for(i = 0; i < verts; i++)
 217         {
 218                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
 219         }
 220 }
 221 /* zero long vector with float[3] */
 222 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
 223 {
 224         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
 225 }
 226 /* multiply long vector with scalar*/
 227 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
 228 {
 229         unsigned int i = 0;
 230
 231         for(i = 0; i < verts; i++)
 232         {
 233                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
 234         }
 235 }
 236 /* multiply long vector with scalar*/
 237 /* A -= B * float */
 238 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
 239 {
 240         unsigned int i = 0;
 241         for(i = 0; i < verts; i++)
 242         {
 243                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
 244         }
 245 }
 246 /* dot product for big vector */
 247 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 248 {
 249         unsigned int i = 0;
 250         float temp = 0.0;
 251 // schedule(guided, 2)
 252 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
 253         for(i = 0; i < verts; i++)
 254         {
 255                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 256         }
 257         return temp;
 258 }
 259 /* A = B + C  --> for big vector */
 260 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 261 {
 262         unsigned int i = 0;
 263
 264         for(i = 0; i < verts; i++)
 265         {
 266                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 267         }
 268
 269 }
 270 /* A = B + C * float --> for big vector */
 271 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 272 {
 273         unsigned int i = 0;
 274
 275         for(i = 0; i < verts; i++)
 276         {
 277                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
 278
 279         }
 280 }
 281 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
 282 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 283 {
 284         unsigned int i = 0;
 285
 286         for(i = 0; i < verts; i++)
 287         {
 288                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
 289         }
 290 }
 291 /* A = B - C * float --> for big vector */
 292 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 293 {
 294         unsigned int i = 0;
 295         for(i = 0; i < verts; i++)
 296         {
 297                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
 298         }
 299
 300 }
 301 /* A = B - C --> for big vector */
 302 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 303 {
 304         unsigned int i = 0;
 305
 306         for(i = 0; i < verts; i++)
 307         {
 308                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 309         }
 310
 311 }
 312 ///////////////////////////
 313 // 4x4 matrix
 314 ///////////////////////////
 315 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
 316 void print_fmatrix(float m3[3][3])
 317 {
 318         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
 319         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
 320         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
 321 }
 322 /* copy 4x4 matrix */
 323 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
 324 {
 325         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
 326         VECCOPY(to[0], from[0]);
 327         VECCOPY(to[1], from[1]);
 328         VECCOPY(to[2], from[2]);
 329 }
 330 /* calculate determinant of 4x4 matrix */
 331 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
 332 {
 333         return  m[0][0]*m[1][1]*m[2][2] + m[1][0]*m[2][1]*m[0][2] + m[0][1]*m[1][2]*m[2][0]
 334                         -m[0][0]*m[1][2]*m[2][1] - m[0][1]*m[1][0]*m[2][2] - m[2][0]*m[1][1]*m[0][2];
 335 }
 336 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
 337 {
 338         unsigned int i, j;
 339         float d;
 340
 341         if((d=det_fmatrix(from))==0)
 342         {
 343                 printf("can't build inverse");
 344                 exit(0);
 345         }
 346         for(i=0;i<3;i++)
 347         {
 348                 for(j=0;j<3;j++)
 349                 {
 350                         int i1=(i+1)%3;
 351                         int i2=(i+2)%3;
 352                         int j1=(j+1)%3;
 353                         int j2=(j+2)%3;
 354                         // reverse indexs i&j to take transpose
 355                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
 356                         /*
 357                         if(i==j)
 358                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
 359                         else
 360                         to[i][j] = 0;
 361                         */
 362                 }
 363         }
 364
 365 }
 366
 367 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
 368 /* STATUS: verified */
 369 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
 370 {
 371         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
 372         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
 373         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
 374 }
 375
 376 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
 377 /* STATUS: verified */
 378 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
 379 {
 380         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
 381         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
 382         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
 383 }
 384
 385 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
 386 /* STATUS: verified */
 387 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
 388 {
 389         to[0] = INPR(matrix[0],from);
 390         to[1] = INPR(matrix[1],from);
 391         to[2] = INPR(matrix[2],from);
 392 }
 393 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
 394 /* STATUS: verified */
 395 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 396 {
 397         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 398         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 399         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 400 }
 401 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
 402 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 403 {
 404         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 405         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 406         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 407 }
 408 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
 409 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 410 {
 411         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 412         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 413         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 414 }
 415 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
 416 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
 417 {
 418         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
 419         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
 420         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
 421 }
 422 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
 423 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 424 {
 425         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 426         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 427         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 428 }
 429 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
 430 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
 431 {
 432         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
 433         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
 434         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
 435 }
 436 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
 437 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 438 {
 439         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 440         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 441         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 442 }
 443 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
 444 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 445 {
 446         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 447         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 448         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 449 }
 450 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 451 // special functions
 452 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 453 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
 454 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
 455 {
 456         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
 457         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
 458         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
 459 }
 460 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
 461 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 462 {
 463         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 464         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 465         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 466 }
 467 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
 468 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
 469 {
 470         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
 471         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
 472         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
 473 }
 474 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
 475 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 476 {
 477         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 478         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 479         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 480 }
 481 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
 482 /* STATUS: verified */
 483 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
 484 {
 485         to[0] += INPR(matrix[0],from);
 486         to[1] += INPR(matrix[1],from);
 487         to[2] += INPR(matrix[2],from);
 488 }
 489 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
 490 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
 491 {
 492         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
 493         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
 494         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
 495 }
 496 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 497
 498 ///////////////////////////
 499 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
 500 ///////////////////////////
 501 /* printf a big matrix on console: for debug output */
 502 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
 503 {
 504         unsigned int i = 0;
 505
 506         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
 507         {
 508                 print_fmatrix(m3[i].m);
 509         }
 510 }
 511 /* create big matrix */
 512 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
 513 {
 514         // TODO: check if memory allocation was successfull */
 515         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
 516         temp[0].vcount = verts;
 517         temp[0].scount = springs;
 518         return temp;
 519 }
 520 /* delete big matrix */
 521 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
 522 {
 523         if (matrix != NULL)
 524         {
 525                 MEM_freeN (matrix);
 526         }
 527 }
 528 /* copy big matrix */
 529 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
 530 {
 531         // TODO bounds checking
 532         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
 533 }
 534 /* init the diagonal of big matrix */
 535 // slow in parallel
 536 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
 537 {
 538         unsigned int i,j;
 539         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
 540
 541         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
 542         {
 543                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3);
 544         }
 545         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
 546         {
 547                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix);
 548         }
 549 }
 550 /* init big matrix */
 551 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
 552 {
 553         unsigned int i;
 554
 555         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 556         {
 557                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3);
 558         }
 559 }
 560 /* multiply big matrix with scalar*/
 561 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
 562 {
 563         unsigned int i = 0;
 564         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 565         {
 566                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
 567         }
 568 }
 569
 570 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
 571 /* STATUS: verified */
 572 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
 573 {
 574         unsigned int i = 0;
 575         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
 576
 577         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
 578
 579 #pragma omp parallel sections private(i)
 580         {
 581 #pragma omp section
 582                 {
 583                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
 584                         {
 585                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
 586                         }
 587                 }
 588 #pragma omp section
 589                 {
 590                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
 591                         {
 592                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
 593                         }
 594                 }
 595         }
 596         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
 597
 598         del_lfvector(temp);
 599
 600
 601 }
 602
 603 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
 604 /* STATUS: verified */
 605 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
 606 {
 607         unsigned int i = 0;
 608
 609         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
 610         {
 611                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
 612         }
 613 }
 614
 615 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
 616 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 617 {
 618         unsigned int i = 0;
 619
 620         /* process diagonal elements */
 621         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 622         {
 623                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 624         }
 625
 626 }
 627 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
 628 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 629 {
 630         unsigned int i = 0;
 631
 632         /* process diagonal elements */
 633         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 634         {
 635                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 636         }
 637
 638 }
 639 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
 640 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 641 {
 642         unsigned int i = 0;
 643
 644         /* process diagonal elements */
 645         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 646         {
 647                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 648         }
 649
 650 }
 651 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
 652 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 653 {
 654         unsigned int i = 0;
 655
 656         /* process diagonal elements */
 657         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 658         {
 659                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 660         }
 661
 662 }
 663 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
 664 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 665 {
 666         unsigned int i = 0;
 667
 668         /* process diagonal elements */
 669         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
 670         {
 671                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);
 672         }
 673
 674 }
 675 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
 676 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 677 {
 678         unsigned int i = 0;
 679
 680         /* process diagonal elements */
 681         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 682         {
 683                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 684         }
 685
 686 }
 687 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
 688 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
 689 /* VERIFIED */
 690 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
 691 {
 692         unsigned int i = 0;
 693
 694         /* process diagonal elements */
 695         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 696         {
 697                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);
 698         }
 699
 700 }
 701
 702 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
 703 // simulator start
 704 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
 705 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
 706 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
 707 typedef struct Implicit_Data
 708 {
 709         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
 710         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI;
 711 } Implicit_Data;
 712
 713 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
 714 {
 715         unsigned int i = 0;
 716         unsigned int pinned = 0;
 717         Cloth *cloth = NULL;
 718         ClothVertex *verts = NULL;
 719         ClothSpring *spring = NULL;
 720         Implicit_Data *id = NULL;
 721         LinkNode *search = NULL;
 722
 723         if(G.rt > 0)
 724         printf("implicit_init\n");
 725
 726         // init memory guard
 727         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
 728
 729         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
 730         verts = cloth->verts;
 731
 732         // create implicit base
 733         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
 734         cloth->implicit = id;
 735
 736         /* process diagonal elements */
 737         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 738         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 739         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 740         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
 741         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 742         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 743         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
 744         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
 745         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
 746         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
 747         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
 748         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
 749         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
 750         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
 751         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
 752         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
 753         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
 754
 755         for(i=0;i<cloth->numverts;i++)
 756         {
 757                 id->A[i].r = id->A[i].c = id->dFdV[i].r = id->dFdV[i].c = id->dFdX[i].r = id->dFdX[i].c = id->P[i].c = id->P[i].r = id->Pinv[i].c = id->Pinv[i].r = id->bigI[i].c = id->bigI[i].r = i;
 758
 759                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
 760                 {
 761                         id->S[pinned].pinned = 1;
 762                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
 763                         pinned++;
 764                 }
 765         }
 766
 767         // S is special and needs specific vcount and scount
 768         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
 769
 770         // init springs */
 771         search = cloth->springs;
 772         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++)
 773         {
 774                 spring = search->link;
 775
 776                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r =
 777                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r =
 778                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
 779
 780                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c =
 781                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c =
 782                                 id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
 783
 784                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
 785
 786                 search = search->next;
 787         }
 788
 789         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
 790         {
 791                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
 792         }
 793
 794         return 1;
 795 }
 796 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
 797 {
 798         Implicit_Data *id;
 799         Cloth *cloth;
 800         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
 801
 802         if(cloth)
 803         {
 804                 id = cloth->implicit;
 805
 806                 if(id)
 807                 {
 808                         del_bfmatrix(id->A);
 809                         del_bfmatrix(id->dFdV);
 810                         del_bfmatrix(id->dFdX);
 811                         del_bfmatrix(id->S);
 812                         del_bfmatrix(id->P);
 813                         del_bfmatrix(id->Pinv);
 814                         del_bfmatrix(id->bigI);
 815
 816                         del_lfvector(id->X);
 817                         del_lfvector(id->Xnew);
 818                         del_lfvector(id->V);
 819                         del_lfvector(id->Vnew);
 820                         del_lfvector(id->olddV);
 821                         del_lfvector(id->F);
 822                         del_lfvector(id->B);
 823                         del_lfvector(id->dV);
 824                         del_lfvector(id->z);
 825
 826                         MEM_freeN(id);
 827                 }
 828         }
 829
 830         return 1;
 831 }
 832
 833 DO_INLINE float fb(float length, float L)
 834 {
 835         float x = length/L;
 836         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
 837 }
 838
 839 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
 840 {
 841         float x = length/L;
 842
 843         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
 844 }
 845
 846 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
 847 {
 848         float tempfb = kb * fb(length, L);
 849
 850         float fbstar = cb * (length - L);
 851
 852         if(tempfb < fbstar)
 853                 return fbstar;
 854         else
 855                 return tempfb;
 856 }
 857
 858 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
 859 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
 860 {
 861         float tempfb = kb * fb(length, L);
 862         float fbstar = cb * (length - L);
 863
 864         if(tempfb < fbstar)
 865         {
 866                 return cb;
 867         }
 868         else
 869         {
 870                 return kb * fbderiv(length, L);
 871         }
 872 }
 873
 874 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
 875 {
 876         unsigned int i=0;
 877
 878         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
 879         {
 880                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
 881         }
 882 }
 883
 884 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
 885 {
 886         // Solves for unknown X in equation AX=B
 887         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
 888         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
 889         lfVector *q, *d, *tmp, *r;
 890         float s, starget, a, s_prev;
 891         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
 892         q = create_lfvector(numverts);
 893         d = create_lfvector(numverts);
 894         tmp = create_lfvector(numverts);
 895         r = create_lfvector(numverts);
 896
 897         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
 898         filter(ldV, S);
 899
 900         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
 901
 902         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
 903         cp_lfvector(r, lB, numverts);
 904         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
 905         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
 906
 907         filter(r,S);
 908
 909         cp_lfvector(d, r, numverts);
 910
 911         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
 912         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
 913
 914         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
 915         {
 916                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
 917                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
 918
 919                 filter(q,S);
 920
 921                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
 922
 923                 // X = X + d*a;
 924                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
 925
 926                 // r = r - q*a;
 927                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
 928
 929                 s_prev = s;
 930                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
 931
 932                 //d = r+d*(s/s_prev);
 933                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
 934
 935                 filter(d,S);
 936
 937                 conjgrad_loopcount++;
 938         }
 939         conjgrad_lasterror = s;
 940
 941         del_lfvector(q);
 942         del_lfvector(d);
 943         del_lfvector(tmp);
 944         del_lfvector(r);
 945         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
 946
 947         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
 948 }
 949
 950 // block diagonalizer
 951 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
 952 {
 953         unsigned int i = 0;
 954
 955         // Take only the diagonal blocks of A
 956 // #pragma omp parallel for private(i)
 957         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
 958         {
 959                 // block diagonalizer
 960                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
 961                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
 962
 963         }
 964 }
 965
 966 // version 1.3
 967 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
 968 {
 969         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
 970         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
 971         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
 972         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
 973         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
 974         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
 975         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
 976
 977         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
 978
 979         filter(dv, S);
 980         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
 981
 982         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
 983         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
 984         filter(r, S);
 985
 986         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
 987         filter(p, S);
 988
 989         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
 990
 991         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
 992
 993         // itstart();
 994
 995         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
 996         {
 997                 iterations++;
 998
 999                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1000                 filter(s, S);
1001
1002                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1003
1004                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1005
1006                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1007
1008                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1009                 filter(h, S);
1010
1011                 deltaOld = deltaNew;
1012
1013                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1014
1015                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1016
1017                 filter(p, S);
1018
1019         }
1020
1021         // itend();
1022         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1023
1024         del_lfvector(h);
1025         del_lfvector(s);
1026         del_lfvector(p);
1027         del_lfvector(r);
1028
1029         printf("iterations: %d\n", iterations);
1030
1031         return iterations<conjgrad_looplimit;
1032 }
1033
1034 // outer product is NOT cross product!!!
1035 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1036 {
1037         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1038         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1039         float temp[3][3];
1040         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1041         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1042         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1043         mul_fmatrix_S(temp, k);
1044         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1045 }
1046
1047 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1048 {
1049         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1050         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1051 }
1052
1053 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1054 {
1055         // derivative of force wrt velocity.
1056         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1057         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1058 }
1059
1060 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1061 {
1062         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1063         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1064         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1065         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1066         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length)));
1067         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1068         mul_fmatrix_S(to, -k);
1069 }
1070
1071 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1072 {
1073         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.
1074         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1075         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1076         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1077         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest))));
1078
1079 }
1080
1081 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1082 {
1083         float extent[3];
1084         float length = 0;
1085         float dir[3] = {0,0,0};
1086         float vel[3];
1087         float k = 0.0f;
1088         float L = s->restlen;
1089         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1090
1091         float nullf[3] = {0,0,0};
1092         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1093         float bending_force[3] = {0,0,0};
1094         float damping_force[3] = {0,0,0};
1095         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1096
1097         float scaling = 0.0;
1098
1099         VECCOPY(s->f, nullf);
1100         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1101         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1102
1103         // calculate elonglation
1104         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1105         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1106         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1107
1108         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1109
1110         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1111         {
1112                 /*
1113                 if(length>L)
1114                 {
1115                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)
1116                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1117                 {
1118                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1119                 return;
1120         }
1121         }
1122                 */
1123                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1124         }
1125         else
1126         {
1127                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1128         }
1129
1130         // calculate force of structural + shear springs
1131         if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1132         {
1133                 if(length > L) // only on elonglation
1134                 {
1135                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1136
1137                         k = clmd->sim_parms->structural;
1138
1139                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1140                         k = scaling;
1141
1142                         // printf("scaling: %f, stiffness: %f\n", k, s->stiffness);
1143                         /*
1144                         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1145                         {
1146                                 printf("length-L: %f, f: %f, len: %f, L: %f\n", length-L, (k*(length-L)), length, L);
1147                                 printf("kl X-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", X[s->kl][0], X[s->kl][1], X[s->kl][2]);
1148                                 printf("ij X-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n\n", X[s->ij][0], X[s->ij][1], X[s->ij][2]);
1149                         }
1150                         */
1151
1152                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L)));
1153
1154                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1155
1156                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1157                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms->Cdis * ((INPR(vel,extent)/length)));
1158                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1159
1160                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, dir,length,L,k);
1161
1162                         dfdv_damp(s->dfdv, dir,clmd->sim_parms->Cdis);
1163                 }
1164         }
1165         else // calculate force of bending springs
1166         {
1167                 if(length < L)
1168                 {
1169                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1170
1171                         k = clmd->sim_parms->bending;
1172
1173                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);
1174                         cb = k = scaling;
1175
1176                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1177                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1178
1179                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir,length,L,k, cb);
1180                 }
1181         }
1182         /*
1183         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1184         {
1185         printf("type: %d, f-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", s->type, s->f[0], s->f[1], s->f[2]);
1186 }
1187         */
1188 }
1189
1190 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1191 {
1192         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1193         {
1194                 if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1195                 {
1196                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1197                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1198                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv);
1199                 }
1200
1201                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1202                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1203
1204                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1205                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1206
1207                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1208         }
1209 }
1210
1211 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1212 {
1213         float v1[3], v2[3];
1214
1215         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1216         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1217         cross_fvector(to, v1, v2);
1218 }
1219
1220 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1221 {
1222         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1223         mul_fvector_S(to, to, temp);
1224 }
1225
1226 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1227 {
1228         float temp[3];
1229         int i;
1230         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1231
1232         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1233         {
1234                 // check if this triangle contains the selected vertex
1235                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1236                 {
1237                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1238                         VECADD(to, to, temp);
1239                 }
1240         }
1241 }
1242 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])
1243 {
1244         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1245 }
1246
1247 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1248 {
1249
1250 }
1251
1252 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1253 {
1254         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1255         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1256         unsigned int    i               = 0;
1257         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1258         float           gravity[3];
1259         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1260         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1261         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1262         float wind_normalized[3];
1263         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1264         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1265         float kd, ks;
1266         LinkNode *search = cloth->springs;
1267
1268
1269         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1270         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1271
1272         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1273         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1274         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */
1275         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1276
1277         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1278
1279         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1280
1281         /* do goal stuff */
1282         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1283         {
1284                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1285                 {
1286                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1287                         {
1288                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1289                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1290                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1291                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1292
1293                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1294                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms->goalspring)-1.0f ;
1295                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1296
1297                                 // calulate damping forces generated by goals
1298
1299                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1300                                 kd =  clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1301                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1302
1303
1304                         }
1305                 }
1306         }
1307
1308         /* handle external forces like wind */
1309         if(effectors)
1310         {
1311                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1312                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1313
1314 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1315                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1316                 {
1317                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1318                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1319
1320                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);
1321
1322                         // TODO apply forcefields here
1323                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1324
1325                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1326                         Normalize(wind_normalized);
1327
1328                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1329                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1330                 }
1331         }
1332
1333         // calculate spring forces
1334         search = cloth->springs;
1335         while(search)
1336         {
1337                 // only handle active springs
1338                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1339                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1340
1341                 search = search->next;
1342         }
1343
1344         // apply spring forces
1345         search = cloth->springs;
1346         while(search)
1347         {
1348                 // only handle active springs
1349                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1350                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1351                 search = search->next;
1352         }
1353         // printf("\n");
1354 }
1355
1356 void simulate_implicit_euler(lfVector *Vnew, lfVector *lX, lfVector *lV, lfVector *lF, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, float dt, fmatrix3x3 *A, lfVector *B, lfVector *dV, fmatrix3x3 *S, lfVector *z, lfVector *olddV, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
1357 {
1358         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1359
1360         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1361         initdiag_bfmatrix(A, I);
1362         zero_lfvector(dV, numverts);
1363
1364         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1365
1366         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1367
1368         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1369
1370         itstart();
1371
1372         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1373         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, P, Pinv, dt);
1374
1375         itend();
1376         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1377
1378         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1379
1380         // advance velocities
1381         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1382
1383
1384         del_lfvector(dFdXmV);
1385 }
1386
1387 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1388 {
1389         unsigned int i=0;
1390         float step=0.0f, tf=1.0f;
1391         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1392         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1393         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1394         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1395         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1396         int result = 0;
1397
1398         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1399         {
1400                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1401                 {
1402                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1403                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1404                         {
1405                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1406                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1407                         }
1408                 }
1409         }
1410
1411         while(step < tf)
1412         {
1413                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1414
1415                 // calculate
1416                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step );
1417
1418                 // printf("F -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->F[109][0], id->F[109][1], id->F[109][2]);
1419
1420                 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);
1421
1422                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1423
1424                 /*
1425                 printf("dt: %f\n", dt);
1426                 printf("Xnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->Xnew[109][0], id->Xnew[109][1], id->Xnew[109][2]);
1427                 printf("X    -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->X[109][0], id->X[109][1], id->X[109][2]);
1428                 printf("Vnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->Vnew[109][0], id->Vnew[109][1], id->Vnew[109][2]);
1429                 */
1430
1431                 // clmd->coll_parms->flags &= ~CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED;
1432
1433                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1434                 {
1435                         // collisions
1436                         // itstart();
1437
1438                         // update verts to current positions
1439                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1440                         {
1441
1442                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1443                                 {
1444                                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1445                                         {
1446                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1447                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1448                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1449                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1450                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1451                                         }
1452
1453                                 }
1454
1455                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1456
1457                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1458                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1459                         }
1460
1461                         // call collision function
1462                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1463
1464                         // copy corrected positions back to simulation
1465                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1466                         {
1467                                 if(result)
1468                                 {
1469
1470                                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1471                                         {
1472                                                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1473                                                 {
1474                                                         continue;
1475                                                 }
1476                                         }
1477
1478
1479                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1480
1481                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1482
1483                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1484
1485                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1486                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1487                                 }
1488                                 else
1489                                 {
1490                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1491                                 }
1492                         }
1493
1494                         // X = Xnew;
1495                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1496
1497                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1498                         if(result)
1499                         {
1500                                 // V = Vnew;
1501                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1502
1503                                 // calculate
1504                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);
1505                                 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);
1506                         }
1507                 }
1508                 else
1509                 {
1510                         // X = Xnew;
1511                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1512                 }
1513
1514                 // itend();
1515                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1516
1517                 // V = Vnew;
1518                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1519
1520                 step += dt;
1521
1522                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1523         }
1524
1525         for(i = 0; i < numverts; i++)
1526         {
1527                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1528                 {
1529                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1530                         {
1531                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1532                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1533                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1534                         }
1535                         else
1536                         {
1537                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1538                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1539                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1540                         }
1541                 }
1542                 else
1543                 {
1544                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1545                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1546                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1547                 }
1548         }
1549         return 1;
1550 }
1551
1552 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1553 {
1554         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1555         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1556         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1557         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1558
1559         for(i = 0; i < numverts; i++)
1560         {
1561                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1562                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1563         }
1564         if(G.rt > 0)
1565         printf("implicit_set_positions\n");
1566 }