616214c21ffc3224e9e2423473a87ba207edd052
[blender.git] / source / blender / blenkernel / intern / implicit.c
1 /*
2  * ***** BEGIN GPL LICENSE BLOCK *****
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  *
18  * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
19  * All rights reserved.
20  *
21  * The Original Code is: all of this file.
22  *
23  * Contributor(s): none yet.
24  *
25  * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
26  */
27
28 /** \file blender/blenkernel/intern/implicit.c
29  *  \ingroup bke
30  */
31
32
33 #include "MEM_guardedalloc.h"
34
35 #include "DNA_scene_types.h"
36 #include "DNA_object_types.h"
37 #include "DNA_object_force.h"
38 #include "DNA_meshdata_types.h"
39
40 #include "BLI_threads.h"
41 #include "BLI_math.h"
42 #include "BLI_linklist.h"
43 #include "BLI_utildefines.h"
44
45 #include "BKE_cloth.h"
46 #include "BKE_collision.h"
47 #include "BKE_effect.h"
48 #include "BKE_global.h"
49
50
51 #define CLOTH_OPENMP_LIMIT 512
52
53 #ifdef _WIN32
54 #include <windows.h>
55 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
56 static LARGE_INTEGER ifreq;
57 static void itstart(void)
58 {
59         static int first = 1;
60         if (first) {
61                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
62                 first = 0;
63         }
64         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
65 }
66 static void itend(void)
67 {
68         QueryPerformanceCounter(&_itend);
69 }
70 double itval(void)
71 {
72         return ((double)_itend.QuadPart -
73                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
74 }
75 #else
76 #include <sys/time.h>
77 // intrinsics need better compile flag checking
78 // #include <xmmintrin.h>
79 // #include <pmmintrin.h>
80 // #include <pthread.h>
81
82 static struct timeval _itstart, _itend;
83 static struct timezone itz;
84 void itstart(void)
85 {
86         gettimeofday(&_itstart, &itz);
87 }
88 static void itend(void)
89 {
90         gettimeofday(&_itend, &itz);
91 }
92 double itval(void)
93 {
94         double t1, t2;
95         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
96         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
97         return t2-t1;
98 }
99 #endif
100
101 static float I[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}};
102 static float ZERO[3][3] = {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
103
104 /*
105 #define C99
106 #ifdef C99
107 #defineDO_INLINE inline 
108 #else 
109 #defineDO_INLINE static 
110 #endif
111 */
112 struct Cloth;
113
114 //////////////////////////////////////////
115 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
116 /////////////////////////////////////////
117
118 /* DEFINITIONS */
119 typedef float lfVector[3];
120 typedef struct fmatrix3x3 {
121         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
122         unsigned int c, r; /* column and row number */
123         /* int pinned; // is this vertex allowed to move? */
124         float n1, n2, n3; /* three normal vectors for collision constrains */
125         unsigned int vcount; /* vertex count */
126         unsigned int scount; /* spring count */ 
127 } fmatrix3x3;
128
129 ///////////////////////////
130 // float[3] vector
131 ///////////////////////////
132 /* simple vector code */
133 /* STATUS: verified */
134 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
135 {
136         to[0] = from[0] * scalar;
137         to[1] = from[1] * scalar;
138         to[2] = from[2] * scalar;
139 }
140 /* simple cross product */
141 /* STATUS: verified */
142 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
143 {
144         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
145         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
146         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
147 }
148 /* simple v^T * v product ("outer product") */
149 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
150 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
151 {
152         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
153         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
154         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
155 }
156 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
159 {       
160         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
161         
162         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
163         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
164         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
165 }
166
167
168 /* printf vector[3] on console: for debug output */
169 static void print_fvector(float m3[3])
170 {
171         printf("%f\n%f\n%f\n\n", m3[0], m3[1], m3[2]);
172 }
173
174 ///////////////////////////
175 // long float vector float (*)[3]
176 ///////////////////////////
177 /* print long vector on console: for debug output */
178 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
179 {
180         unsigned int i = 0;
181         for (i = 0; i < verts; i++) {
182                 print_fvector(fLongVector[i]);
183         }
184 }
185 /* create long vector */
186 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
187 {
188         /* TODO: check if memory allocation was successful */
189         return  (lfVector *)MEM_callocN(verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
190         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
191 }
192 /* delete long vector */
193 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
194 {
195         if (fLongVector != NULL) {
196                 MEM_freeN (fLongVector);
197                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
198         }
199 }
200 /* copy long vector */
201 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
202 {
203         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
204 }
205 /* init long vector with float[3] */
206 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
207 {
208         unsigned int i = 0;
209         for (i = 0; i < verts; i++) {
210                 copy_v3_v3(fLongVector[i], vector);
211         }
212 }
213 /* zero long vector with float[3] */
214 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
215 {
216         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
217 }
218 /* multiply long vector with scalar*/
219 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
220 {
221         unsigned int i = 0;
222
223         for (i = 0; i < verts; i++) {
224                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
225         }
226 }
227 /* multiply long vector with scalar*/
228 /* A -= B * float */
229 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
230 {
231         unsigned int i = 0;
232         for (i = 0; i < verts; i++) {
233                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
234         }
235 }
236 /* dot product for big vector */
237 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
238 {
239         long i = 0;
240         float temp = 0.0;
241 // XXX brecht, disabled this for now (first schedule line was already disabled),
242 // due to non-commutative nature of floating point ops this makes the sim give
243 // different results each time you run it!
244 // schedule(guided, 2)
245 //#pragma omp parallel for reduction(+: temp) if (verts > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
246         for (i = 0; i < (long)verts; i++) {
247                 temp += dot_v3v3(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
248         }
249         return temp;
250 }
251 /* A = B + C  --> for big vector */
252 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
253 {
254         unsigned int i = 0;
255
256         for (i = 0; i < verts; i++) {
257                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
258         }
259
260 }
261 /* A = B + C * float --> for big vector */
262 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
263 {
264         unsigned int i = 0;
265
266         for (i = 0; i < verts; i++) {
267                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
268
269         }
270 }
271 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
272 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
273 {
274         unsigned int i = 0;
275
276         for (i = 0; i < verts; i++) {
277                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
278         }
279 }
280 /* A = B - C * float --> for big vector */
281 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
282 {
283         unsigned int i = 0;
284         for (i = 0; i < verts; i++) {
285                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
286         }
287
288 }
289 /* A = B - C --> for big vector */
290 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
291 {
292         unsigned int i = 0;
293
294         for (i = 0; i < verts; i++) {
295                 sub_v3_v3v3(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
296         }
297
298 }
299 ///////////////////////////
300 // 3x3 matrix
301 ///////////////////////////
302 #if 0
303 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
304 static void print_fmatrix(float m3[3][3])
305 {
306         printf("%f\t%f\t%f\n", m3[0][0], m3[0][1], m3[0][2]);
307         printf("%f\t%f\t%f\n", m3[1][0], m3[1][1], m3[1][2]);
308         printf("%f\t%f\t%f\n\n", m3[2][0], m3[2][1], m3[2][2]);
309 }
310 #endif
311
312 /* copy 3x3 matrix */
313 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
314 {
315         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
316         copy_v3_v3(to[0], from[0]);
317         copy_v3_v3(to[1], from[1]);
318         copy_v3_v3(to[2], from[2]);
319 }
320
321 /* copy 3x3 matrix */
322 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
323 {
324         cp_fmatrix(to, ZERO);
325         
326         to[0][0] = aS;
327         to[1][1] = aS;
328         to[2][2] = aS;
329 }
330
331 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
332 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
333 {
334         return  m[0][0]*m[1][1]*m[2][2] + m[1][0]*m[2][1]*m[0][2] + m[0][1]*m[1][2]*m[2][0] 
335                         -m[0][0]*m[1][2]*m[2][1] - m[0][1]*m[1][0]*m[2][2] - m[2][0]*m[1][1]*m[0][2];
336 }
337
338 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
339 {
340         unsigned int i, j;
341         float d;
342
343         if ((d=det_fmatrix(from)) == 0) {
344                 printf("can't build inverse");
345                 exit(0);
346         }
347         for (i=0;i<3;i++) {
348                 for (j=0;j<3;j++) {
349                         int i1=(i+1)%3;
350                         int i2=(i+2)%3;
351                         int j1=(j+1)%3;
352                         int j2=(j+2)%3;
353                         // reverse indexs i&j to take transpose
354                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
355                         /*
356                         if (i==j)
357                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
358                         else
359                         to[i][j] = 0;
360                         */
361                 }
362         }
363
364 }
365
366 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
367 /* STATUS: verified */
368 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
369 {
370         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0], scalar);
371         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1], scalar);
372         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2], scalar);
373 }
374
375 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
376 /* STATUS: verified */
377 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
378 {
379         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
380         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
381         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
382 }
383
384 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
385 /* STATUS: verified */
386 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float from[3])
387 {
388         to[0] = dot_v3v3(matrix[0], from);
389         to[1] = dot_v3v3(matrix[1], from);
390         to[2] = dot_v3v3(matrix[2], from);
391 }
392 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
393 /* STATUS: verified */
394 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
395 {
396         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
397         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
398         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
399 }
400 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
401 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
402 {
403         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
404         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
405         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
406 }
407 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
408 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
409 {
410         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
411         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
412         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
413 }
414 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
415 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
416 {
417         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
418         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
419         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
420 }
421 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
422 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
423 {
424         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
425         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
426         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
427 }
428 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
429 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
430 {
431         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
432         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
433         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
434 }
435 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
436 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
437 {
438         sub_v3_v3v3(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
439         sub_v3_v3v3(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
440         sub_v3_v3v3(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
441 }
442 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
443 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
444 {
445         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
446         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
447         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
448 }
449 /////////////////////////////////////////////////////////////////
450 // special functions
451 /////////////////////////////////////////////////////////////////
452 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
453 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
454 {
455         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
456         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
457         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
458 }
459 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
460 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
461 {
462         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
463         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
464         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
465 }
466 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
467 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
468 {
469         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
470         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
471         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
472 }
473 /* 3x3 matrix multiplied and sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
474 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
475 {
476         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0], matrixB);
477         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1], matrixB);
478         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2], matrixB);
479 }
480 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
481 /* STATUS: verified */
482 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
483 {
484         to[0] += dot_v3v3(matrix[0], from);
485         to[1] += dot_v3v3(matrix[1], from);
486         to[2] += dot_v3v3(matrix[2], from);
487 }
488 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
489 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
490 {
491         to[0] -= dot_v3v3(matrix[0], from);
492         to[1] -= dot_v3v3(matrix[1], from);
493         to[2] -= dot_v3v3(matrix[2], from);
494 }
495 /////////////////////////////////////////////////////////////////
496
497 ///////////////////////////
498 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
499 ///////////////////////////
500 /* printf a big matrix on console: for debug output */
501 #if 0
502 static void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
503 {
504         unsigned int i = 0;
505
506         for (i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
507         {
508                 print_fmatrix(m3[i].m);
509         }
510 }
511 #endif
512
513 /* create big matrix */
514 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
515 {
516         // TODO: check if memory allocation was successful */
517         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN(sizeof(fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
518         temp[0].vcount = verts;
519         temp[0].scount = springs;
520         return temp;
521 }
522 /* delete big matrix */
523 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
524 {
525         if (matrix != NULL) {
526                 MEM_freeN (matrix);
527         }
528 }
529
530 /* copy big matrix */
531 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
532 {
533         // TODO bounds checking
534         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount));
535 }
536
537 /* init big matrix */
538 // slow in parallel
539 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
540 {
541         unsigned int i;
542
543         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
544                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
545         }
546 }
547
548 /* init the diagonal of big matrix */
549 // slow in parallel
550 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
551 {
552         unsigned int i, j;
553         float tmatrix[3][3] = {{0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
554
555         for (i = 0; i < matrix[0].vcount; i++) {
556                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
557         }
558         for (j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++) {
559                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
560         }
561 }
562
563 /* multiply big matrix with scalar*/
564 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
565 {
566         unsigned int i = 0;
567         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
568                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
569         }
570 }
571
572 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
573 /* STATUS: verified */
574 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
575 {
576         unsigned int i = 0;
577         unsigned int vcount = from[0].vcount;
578         lfVector *temp = create_lfvector(vcount);
579         
580         zero_lfvector(to, vcount);
581
582 #pragma omp parallel sections private(i) if (vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
583         {
584 #pragma omp section
585                 {
586                         for (i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++) {
587                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
588                         }
589                 }       
590 #pragma omp section
591                 {
592                         for (i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++) {
593                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
594                         }
595                 }
596         }
597         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
598         
599         del_lfvector(temp);
600         
601         
602 }
603
604 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
605 /* STATUS: verified */
606 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
607 {
608         unsigned int i = 0;
609         
610         for (i = 0; i < from[0].vcount; i++) {
611                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
612         }
613 }
614
615 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
616 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
617 {
618         unsigned int i = 0;
619
620         /* process diagonal elements */
621         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
622                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
623         }
624
625 }
626 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
627 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
628 {
629         unsigned int i = 0;
630
631         /* process diagonal elements */
632         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
633                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
634         }
635
636 }
637 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
638 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
639 {
640         unsigned int i = 0;
641
642         /* process diagonal elements */
643         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
644                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
645         }
646
647 }
648 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
649 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
650 {
651         unsigned int i = 0;
652
653         /* process diagonal elements */
654         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
655                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
656         }
657
658 }
659 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
660 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
661 {
662         unsigned int i = 0;
663
664         /* process diagonal elements */
665         for (i = 0; i < matrix[0].vcount; i++) {
666                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
667         }
668
669 }
670 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
671 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
672 {
673         unsigned int i = 0;
674
675         /* process diagonal elements */
676         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
677                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
678         }
679
680 }
681 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
682 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
683 /* VERIFIED */
684 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
685 {
686         unsigned int i = 0;
687
688         /* process diagonal elements */
689         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++) {
690                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
691         }
692
693 }
694
695 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
696 // simulator start
697 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
698 typedef struct Implicit_Data  {
699         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
700         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
701 } Implicit_Data;
702
703 /* Init constraint matrix */
704 static void update_matrixS(ClothVertex *verts, int numverts, fmatrix3x3 *S)
705 {
706         unsigned int pinned = 0;
707         int i = 0;
708
709         /* Clear matrix from old vertex constraints */
710         for(i = 0; i < S[0].vcount; i++)
711                 S[i].c = S[i].r = 0;
712
713         /* Set new vertex constraints */
714         for (i = 0; i < numverts; i++) {
715                 if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
716                         S[pinned].c = S[pinned].r = i;
717                         pinned++;
718                 }
719         }
720
721         // S is special and needs specific vcount and scount
722         S[0].vcount = pinned; 
723         S[0].scount = 0;
724 }
725
726 int implicit_init(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData *clmd)
727 {
728         unsigned int i = 0;
729         Cloth *cloth = NULL;
730         ClothVertex *verts = NULL;
731         ClothSpring *spring = NULL;
732         Implicit_Data *id = NULL;
733         LinkNode *search = NULL;
734         
735         if (G.debug_value > 0)
736                 printf("implicit_init\n");
737
738         // init memory guard
739         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
740
741         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
742         verts = cloth->verts;
743
744         // create implicit base
745         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN(sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
746         cloth->implicit = id;
747
748         /* process diagonal elements */         
749         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
750         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
751         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
752         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
753         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
754         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
755         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
756         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
757         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
758         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
759         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
760         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
761         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
762         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
763         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
764         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
765         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
766         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
767         
768         id->S[0].vcount = 0;
769
770         for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
771                 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;
772
773                 update_matrixS(verts, cloth->numverts, id->S);
774                 
775                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
776         }
777
778         // init springs 
779         search = cloth->springs;
780         for (i = 0; i < cloth->numsprings; i++) {
781                 spring = search->link;
782                 
783                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
784                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
785                                 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;
786
787                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
788                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
789                                 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;
790
791                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
792                 
793                 search = search->next;
794         }
795         
796         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
797
798         for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
799                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
800         }
801
802         return 1;
803 }
804
805 int     implicit_free(ClothModifierData *clmd)
806 {
807         Implicit_Data *id;
808         Cloth *cloth;
809         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
810
811         if (cloth) {
812                 id = cloth->implicit;
813
814                 if (id) {
815                         del_bfmatrix(id->A);
816                         del_bfmatrix(id->dFdV);
817                         del_bfmatrix(id->dFdX);
818                         del_bfmatrix(id->S);
819                         del_bfmatrix(id->P);
820                         del_bfmatrix(id->Pinv);
821                         del_bfmatrix(id->bigI);
822                         del_bfmatrix(id->M);
823
824                         del_lfvector(id->X);
825                         del_lfvector(id->Xnew);
826                         del_lfvector(id->V);
827                         del_lfvector(id->Vnew);
828                         del_lfvector(id->olddV);
829                         del_lfvector(id->F);
830                         del_lfvector(id->B);
831                         del_lfvector(id->dV);
832                         del_lfvector(id->z);
833
834                         MEM_freeN(id);
835                 }
836         }
837
838         return 1;
839 }
840
841 DO_INLINE float fb(float length, float L)
842 {
843         float x = length/L;
844         return (-11.541f*pow(x, 4)+34.193f*pow(x, 3)-39.083f*pow(x, 2)+23.116f*x-9.713f);
845 }
846
847 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
848 {
849         float x = length/L;
850
851         return (-46.164f*pow(x, 3)+102.579f*pow(x, 2)-78.166f*x+23.116f);
852 }
853
854 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
855 {
856         float tempfb = kb * fb(length, L);
857
858         float fbstar = cb * (length - L);
859         
860         if (tempfb < fbstar)
861                 return fbstar;
862         else
863                 return tempfb;          
864 }
865
866 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
867 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
868 {
869         float tempfb = kb * fb(length, L);
870         float fbstar = cb * (length - L);
871
872         if (tempfb < fbstar) {
873                 return cb;
874         }
875         else {
876                 return kb * fbderiv(length, L); 
877         }       
878 }
879
880 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
881 {
882         unsigned int i=0;
883
884         for (i = 0; i < S[0].vcount; i++) {
885                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
886         }
887 }
888
889 static int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
890 {
891         // Solves for unknown X in equation AX=B
892         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
893         float conjgrad_epsilon=0.0001f /* , conjgrad_lasterror=0 */ /* UNUSED */;
894         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
895         float s, starget, a, s_prev;
896         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
897         q = create_lfvector(numverts);
898         d = create_lfvector(numverts);
899         tmp = create_lfvector(numverts);
900         r = create_lfvector(numverts);
901
902         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
903         filter(ldV, S);
904
905         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
906
907         // r = B - Mul(tmp, A, X);    // just use B if X known to be zero
908         cp_lfvector(r, lB, numverts);
909         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
910         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
911
912         filter(r, S);
913
914         cp_lfvector(d, r, numverts);
915
916         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
917         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
918
919         while (s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit) {
920                 // Mul(q, A, d); // q = A*d;
921                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
922
923                 filter(q, S);
924
925                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
926
927                 // X = X + d*a;
928                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
929
930                 // r = r - q*a;
931                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
932
933                 s_prev = s;
934                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
935
936                 //d = r+d*(s/s_prev);
937                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
938
939                 filter(d, S);
940
941                 conjgrad_loopcount++;
942         }
943         /* conjgrad_lasterror = s; */ /* UNUSED */
944
945         del_lfvector(q);
946         del_lfvector(d);
947         del_lfvector(tmp);
948         del_lfvector(r);
949         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
950
951         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
952 }
953
954 // block diagonalizer
955 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
956 {
957         unsigned int i = 0;
958         
959         // Take only the diagonal blocks of A
960 // #pragma omp parallel for private(i) if (lA[0].vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
961         for (i = 0; i<lA[0].vcount; i++) {
962                 // block diagonalizer
963                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
964                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
965                 
966         }
967 }
968 #if 0
969 /*
970 // version 1.3
971 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
972 {
973         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
974         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
975         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
976         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
977         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
978         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
979         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
980         
981         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
982         
983         filter(dv, S);
984         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
985         
986         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
987         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
988         filter(r, S);
989         
990         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
991         filter(p, S);
992         
993         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
994         
995         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
996         
997         // itstart();
998         
999         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1000         {
1001                 iterations++;
1002                 
1003                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1004                 filter(s, S);
1005                 
1006                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1007                 
1008                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1009                 
1010                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1011                 
1012                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1013                 filter(h, S);
1014                 
1015                 deltaOld = deltaNew;
1016                 
1017                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1018                 
1019                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1020                 
1021                 filter(p, S);
1022                 
1023         }
1024         
1025         // itend();
1026         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1027         
1028         del_lfvector(h);
1029         del_lfvector(s);
1030         del_lfvector(p);
1031         del_lfvector(r);
1032         
1033         printf("iterations: %d\n", iterations);
1034         
1035         return iterations<conjgrad_looplimit;
1036 }
1037 */
1038 // version 1.4
1039 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1040 {
1041         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1042         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1043         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1044         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1045         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1046         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1047         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1048         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1049         
1050         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1051         
1052         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1053         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1054         
1055         // x = Sx_0+(I-S)z
1056         filter(dv, S);
1057         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1058         
1059         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1060         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1061         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1062         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1063         
1064         // r = S(b-Ax)
1065         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1066         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1067         filter(r, S);
1068         
1069         // p = SP^-1r
1070         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1071         filter(p, S);
1072         
1073         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1074         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1075         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1076         
1077         // deltaNew = r^TP
1078         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1079         
1080         /*
1081         filter(dv, S);
1082         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1083         
1084         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1085         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1086         filter(r, S);
1087         
1088         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1089         filter(p, S);
1090         
1091         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1092         
1093         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1094         */
1095         
1096         // itstart();
1097         
1098         tol = (0.01*0.2);
1099         
1100         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1101         {
1102                 iterations++;
1103                 
1104                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1105                 filter(s, S);
1106                 
1107                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1108                 
1109                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1110                 
1111                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1112                 
1113                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1114                 filter(h, S);
1115                 
1116                 deltaOld = deltaNew;
1117                 
1118                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1119                 
1120                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1121                 
1122                 filter(p, S);
1123                 
1124         }
1125         
1126         // itend();
1127         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1128         
1129         del_lfvector(btemp);
1130         del_lfvector(bhat);
1131         del_lfvector(h);
1132         del_lfvector(s);
1133         del_lfvector(p);
1134         del_lfvector(r);
1135         
1136         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1137         
1138         return iterations<conjgrad_looplimit;
1139 }
1140 #endif
1141
1142 // outer product is NOT cross product!!!
1143 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1144 {
1145         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1146         // return  (outerprod(dir, dir)*k + (I - outerprod(dir, dir))*(k - ((k*L)/length)));
1147         float temp[3][3];
1148         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1149         
1150         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1151         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1152         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1153         
1154         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1155         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1156         
1157         /*
1158         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1159         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1160         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1161         mul_fmatrix_S(temp, k);
1162         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1163         */
1164 }
1165
1166 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1167 {
1168         // return  outerprod(dir, dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1169         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1170 }
1171
1172 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1173 {
1174         // derivative of force wrt velocity.  
1175         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1176         
1177 }
1178
1179 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3], float length, float L, float k)
1180 {
1181         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1182         //return  ( (I-outerprod(dir, dir))*Min(1.0f, rest/length) - I) * -k;
1183         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1184         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1185
1186         mul_fmatrix_S(to, (L/length)); 
1187         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1188         mul_fmatrix_S(to, -k);
1189 }
1190
1191 // unused atm
1192 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3], float length, const float vel[3], float rest, float damping)
1193 {
1194         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1195         //      return (I-outerprod(dir, dir)) * (-damping * -(dot(dir, vel)/Max(length, rest)));
1196         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1197         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1198         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(dot_v3v3(dir, vel)/MAX2(length, rest))));
1199
1200 }
1201
1202 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)
1203 {
1204         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1205         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1206         float extent[3];
1207         float length = 0, dot = 0;
1208         float dir[3] = {0, 0, 0};
1209         float vel[3];
1210         float k = 0.0f;
1211         float L = s->restlen;
1212         float cb; /* = clmd->sim_parms->structural; */ /*UNUSED*/
1213
1214         float nullf[3] = {0, 0, 0};
1215         float stretch_force[3] = {0, 0, 0};
1216         float bending_force[3] = {0, 0, 0};
1217         float damping_force[3] = {0, 0, 0};
1218         float nulldfdx[3][3]={ {0, 0, 0}, {0, 0, 0}, {0, 0, 0}};
1219         
1220         float scaling = 0.0;
1221
1222         int no_compress = clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_NO_SPRING_COMPRESS;
1223         
1224         copy_v3_v3(s->f, nullf);
1225         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1226         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1227
1228         // calculate elonglation
1229         sub_v3_v3v3(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1230         sub_v3_v3v3(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1231         dot = dot_v3v3(extent, extent);
1232         length = sqrt(dot);
1233         
1234         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1235         
1236         if (length > ALMOST_ZERO) {
1237                 /*
1238                 if (length>L)
1239                 {
1240                 if ((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) &&
1241                     ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1242                 {
1243                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1244                 return;
1245         }
1246         } 
1247                 */
1248                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1249         }
1250         else {
1251                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1252         }
1253         
1254         // calculate force of structural + shear springs
1255         if ((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR)) {
1256                 if (length > L || no_compress) {
1257                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1258                         
1259                         k = clmd->sim_parms->structural;
1260
1261                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1262
1263                         k = scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1264
1265                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1266                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L));
1267
1268                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1269
1270                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1271                         // something wrong with it...
1272                         mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->Cdis * dot_v3v3(vel, dir));
1273                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1274                         
1275                         /* VERIFIED */
1276                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1277                         
1278                         /* VERIFIED */
1279                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1280                         
1281                 }
1282         }
1283         else if (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL) {
1284                 float tvect[3];
1285                 
1286                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1287                 
1288                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1289                 sub_v3_v3v3(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1290                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1291                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1292
1293                 sub_v3_v3v3(extent, X[s->ij], tvect);
1294                 
1295                 // SEE MSG BELOW (these are UNUSED)
1296                 // dot = dot_v3v3(extent, extent);
1297                 // length = sqrt(dot);
1298                 
1299                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1300                 
1301                 scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1302                         
1303                 k = verts [s->ij].goal * scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1304                 
1305                 VECADDS(s->f, s->f, extent, -k);
1306                 
1307                 mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01 * dot_v3v3(vel, dir));
1308                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1309                 
1310                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1311                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1312                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1313         }
1314         else {  /* calculate force of bending springs */
1315                 if (length < L) {
1316                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1317                         
1318                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1319                         
1320                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1321                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1322
1323                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1324                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1325
1326                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length, L, k, cb);
1327                 }
1328         }
1329 }
1330
1331 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *UNUSED(clmd), ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *UNUSED(X), lfVector *UNUSED(V), fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1332 {
1333         if (s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED) {
1334                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)) {
1335                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1336                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1337                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1338                 }
1339
1340                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1341                 
1342                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1343                         sub_v3_v3v3(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1344                 
1345                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1346                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1347                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1348         }       
1349 }
1350
1351
1352 static void CalcFloat( float *v1, float *v2, float *v3, float *n)
1353 {
1354         float n1[3], n2[3];
1355
1356         n1[0]= v1[0]-v2[0];
1357         n2[0]= v2[0]-v3[0];
1358         n1[1]= v1[1]-v2[1];
1359         n2[1]= v2[1]-v3[1];
1360         n1[2]= v1[2]-v2[2];
1361         n2[2]= v2[2]-v3[2];
1362         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1363         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1364         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1365 }
1366
1367 static void CalcFloat4( float *v1, float *v2, float *v3, float *v4, float *n)
1368 {
1369         /* real cross! */
1370         float n1[3], n2[3];
1371
1372         n1[0]= v1[0]-v3[0];
1373         n1[1]= v1[1]-v3[1];
1374         n1[2]= v1[2]-v3[2];
1375
1376         n2[0]= v2[0]-v4[0];
1377         n2[1]= v2[1]-v4[1];
1378         n2[2]= v2[2]-v4[2];
1379
1380         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1381         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1382         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1383 }
1384
1385 static float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1386 {
1387         return dot_v3v3(wind, vertexnormal);
1388 }
1389
1390 typedef struct HairGridVert {
1391         float velocity[3];
1392         float density;
1393 } HairGridVert;
1394 #define HAIR_GRID_INDEX(vec, min, max, axis) (int)((vec[axis] - min[axis]) / (max[axis] - min[axis]) * 9.99f)
1395 /* Smoothing of hair velocities:
1396  * adapted from
1397  *      Volumetric Methods for Simulation and Rendering of Hair
1398  *      by Lena Petrovic, Mark Henne and John Anderson
1399  *      Pixar Technical Memo #06-08, Pixar Animation Studios
1400  */
1401 static void hair_velocity_smoothing(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, unsigned int numverts)
1402 {
1403         /* TODO: This is an initial implementation and should be made much better in due time.
1404          * What should at least be implemented is a grid size parameter and a smoothing kernel
1405          * for bigger grids.
1406          */
1407
1408         /* 10x10x10 grid gives nice initial results */
1409         HairGridVert grid[10][10][10];
1410         HairGridVert colg[10][10][10];
1411         ListBase *colliders = get_collider_cache(clmd->scene, NULL, NULL);
1412         ColliderCache *col = NULL;
1413         float gmin[3], gmax[3], density;
1414         /* 2.0f is an experimental value that seems to give good results */
1415         float smoothfac = 2.0f * clmd->sim_parms->velocity_smooth;
1416         float collfac = 2.0f * clmd->sim_parms->collider_friction;
1417         unsigned int    v = 0;
1418         unsigned int    i = 0;
1419         int                             j = 0;
1420         int                             k = 0;
1421
1422         INIT_MINMAX(gmin, gmax);
1423
1424         for (i = 0; i < numverts; i++)
1425                 DO_MINMAX(lX[i], gmin, gmax);
1426
1427         /* initialize grid */
1428         for (i = 0; i < 10; i++) {
1429                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1430                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1431                                 grid[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1432                                 grid[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1433                                 grid[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1434                                 grid[i][j][k].density = 0.0f;
1435
1436                                 colg[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1437                                 colg[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1438                                 colg[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1439                                 colg[i][j][k].density = 0.0f;
1440                         }
1441                 }
1442         }
1443
1444         /* gather velocities & density */
1445         if (smoothfac > 0.0f) for (v = 0; v < numverts; v++) {
1446                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1447                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1448                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1449                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1450                         continue;
1451
1452                 grid[i][j][k].velocity[0] += lV[v][0];
1453                 grid[i][j][k].velocity[1] += lV[v][1];
1454                 grid[i][j][k].velocity[2] += lV[v][2];
1455                 grid[i][j][k].density += 1.0f;
1456         }
1457
1458         /* gather colliders */
1459         if (colliders && collfac > 0.0f) for (col = colliders->first; col; col = col->next) {
1460                 MVert *loc0 = col->collmd->x;
1461                 MVert *loc1 = col->collmd->xnew;
1462                 float vel[3];
1463
1464                 for (v=0; v<col->collmd->numverts; v++, loc0++, loc1++) {
1465                         i = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 0);
1466
1467                         if (i>=0 && i<10) {
1468                                 j = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 1);
1469
1470                                 if (j>=0 && j<10) {
1471                                         k = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 2);
1472
1473                                         if (k>=0 && k<10) {
1474                                                 sub_v3_v3v3(vel, loc1->co, loc0->co);
1475
1476                                                 colg[i][j][k].velocity[0] += vel[0];
1477                                                 colg[i][j][k].velocity[1] += vel[1];
1478                                                 colg[i][j][k].velocity[2] += vel[2];
1479                                                 colg[i][j][k].density += 1.0;
1480                                         }
1481                                 }
1482                         }
1483                 }
1484         }
1485         
1486
1487         /* divide velocity with density */
1488         for (i = 0; i < 10; i++) {
1489                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1490                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1491                                 density = grid[i][j][k].density;
1492                                 if (density > 0.0f) {
1493                                         grid[i][j][k].velocity[0] /= density;
1494                                         grid[i][j][k].velocity[1] /= density;
1495                                         grid[i][j][k].velocity[2] /= density;
1496                                 }
1497
1498                                 density = colg[i][j][k].density;
1499                                 if (density > 0.0f) {
1500                                         colg[i][j][k].velocity[0] /= density;
1501                                         colg[i][j][k].velocity[1] /= density;
1502                                         colg[i][j][k].velocity[2] /= density;
1503                                 }
1504                         }
1505                 }
1506         }
1507
1508         /* calculate forces */
1509         for (v = 0; v < numverts; v++) {
1510                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1511                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1512                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1513                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1514                         continue;
1515
1516                 lF[v][0] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1517                 lF[v][1] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1518                 lF[v][2] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1519
1520                 if (colg[i][j][k].density > 0.0f) {
1521                         lF[v][0] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1522                         lF[v][1] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1523                         lF[v][2] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1524                 }
1525         }
1526
1527         free_collider_cache(&colliders);
1528 }
1529
1530 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)
1531 {
1532         /* Collect forces and derivatives:  F, dFdX, dFdV */
1533         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1534         unsigned int i  = 0;
1535         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1536         float           gravity[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1537         float           tm2[3][3]       = {{0}};
1538         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1539         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1540         LinkNode *search;
1541         lfVector *winvec;
1542         EffectedPoint epoint;
1543
1544         tm2[0][0]= tm2[1][1]= tm2[2][2]= -spring_air;
1545         
1546         /* global acceleration (gravitation) */
1547         if (clmd->scene->physics_settings.flag & PHYS_GLOBAL_GRAVITY) {
1548                 copy_v3_v3(gravity, clmd->scene->physics_settings.gravity);
1549                 mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f * clmd->sim_parms->effector_weights->global_gravity); /* scale gravity force */
1550         }
1551
1552         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1553         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1554         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1555         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1556
1557         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1558         
1559         if (clmd->sim_parms->velocity_smooth > 0.0f || clmd->sim_parms->collider_friction > 0.0f)
1560                 hair_velocity_smoothing(clmd, lF, lX, lV, numverts);
1561
1562         /* multiply lF with mass matrix
1563          * force = mass * acceleration (in this case: gravity)
1564          */
1565         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1566                 float temp[3];
1567                 copy_v3_v3(temp, lF[i]);
1568                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1569         }
1570
1571         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1572         
1573         /* handle external forces like wind */
1574         if (effectors) {
1575                 // 0 = force, 1 = normalized force
1576                 winvec = create_lfvector(cloth->numverts);
1577                 
1578                 if (!winvec)
1579                         printf("winvec: out of memory in implicit.c\n");
1580                 
1581                 // precalculate wind forces
1582                 for (i = 0; i < cloth->numverts; i++) {
1583                         pd_point_from_loc(clmd->scene, (float*)lX[i], (float*)lV[i], i, &epoint);
1584                         pdDoEffectors(effectors, NULL, clmd->sim_parms->effector_weights, &epoint, winvec[i], NULL);
1585                 }
1586                 
1587                 for (i = 0; i < cloth->numfaces; i++) {
1588                         float trinormal[3]={0, 0, 0}; // normalized triangle normal
1589                         float triunnormal[3]={0, 0, 0}; // not-normalized-triangle normal
1590                         float tmp[3]={0, 0, 0};
1591                         float factor = (mfaces[i].v4) ? 0.25 : 1.0 / 3.0;
1592                         factor *= 0.02;
1593                         
1594                         // calculate face normal
1595                         if (mfaces[i].v4)
1596                                 CalcFloat4(lX[mfaces[i].v1], lX[mfaces[i].v2], lX[mfaces[i].v3], lX[mfaces[i].v4], triunnormal);
1597                         else
1598                                 CalcFloat(lX[mfaces[i].v1], lX[mfaces[i].v2], lX[mfaces[i].v3], triunnormal);
1599
1600                         normalize_v3_v3(trinormal, triunnormal);
1601                         
1602                         // add wind from v1
1603                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1604                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v1], triunnormal));
1605                         VECADDS(lF[mfaces[i].v1], lF[mfaces[i].v1], tmp, factor);
1606                         
1607                         // add wind from v2
1608                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1609                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v2], triunnormal));
1610                         VECADDS(lF[mfaces[i].v2], lF[mfaces[i].v2], tmp, factor);
1611                         
1612                         // add wind from v3
1613                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1614                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v3], triunnormal));
1615                         VECADDS(lF[mfaces[i].v3], lF[mfaces[i].v3], tmp, factor);
1616                         
1617                         // add wind from v4
1618                         if (mfaces[i].v4) {
1619                                 copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1620                                 mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v4], triunnormal));
1621                                 VECADDS(lF[mfaces[i].v4], lF[mfaces[i].v4], tmp, factor);
1622                         }
1623                 }
1624
1625                 /* Hair has only edges */
1626                 if (cloth->numfaces == 0) {
1627                         ClothSpring *spring;
1628                         float edgevec[3]={0, 0, 0}; //edge vector
1629                         float edgeunnormal[3]={0, 0, 0}; // not-normalized-edge normal
1630                         float tmp[3]={0, 0, 0};
1631                         float factor = 0.01;
1632
1633                         search = cloth->springs;
1634                         while (search) {
1635                                 spring = search->link;
1636                                 
1637                                 if (spring->type == CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) {
1638                                         sub_v3_v3v3(edgevec, (float*)lX[spring->ij], (float*)lX[spring->kl]);
1639
1640                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->ij], edgevec);
1641                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->ij], tmp);
1642                                         /* hair doesn't stretch too much so we can use restlen pretty safely */
1643                                         VECADDS(lF[spring->ij], lF[spring->ij], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1644
1645                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->kl], edgevec);
1646                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->kl], tmp);
1647                                         VECADDS(lF[spring->kl], lF[spring->kl], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1648                                 }
1649
1650                                 search = search->next;
1651                         }
1652                 }
1653
1654                 del_lfvector(winvec);
1655         }
1656                 
1657         // calculate spring forces
1658         search = cloth->springs;
1659         while (search) {
1660                 // only handle active springs
1661                 ClothSpring *spring = search->link;
1662                 if( !(spring->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_DEACTIVATE))
1663                         cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1664
1665                 search = search->next;
1666         }
1667         
1668         // apply spring forces
1669         search = cloth->springs;
1670         while (search) {
1671                 // only handle active springs
1672                 ClothSpring *spring = search->link;
1673                 if (!(spring->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_DEACTIVATE))
1674                         cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1675                 search = search->next;
1676         }
1677         // printf("\n");
1678 }
1679
1680 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))
1681 {
1682         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1683
1684         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1685         zero_lfvector(dV, numverts);
1686         
1687         cp_bfmatrix(A, M);
1688         
1689         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1690
1691         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1692
1693         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1694         
1695         itstart();
1696         
1697         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1698         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1699         
1700         itend();
1701         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1702         
1703         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1704
1705         // advance velocities
1706         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1707         
1708
1709         del_lfvector(dFdXmV);
1710 }
1711
1712 /* computes where the cloth would be if it were subject to perfectly stiff edges
1713  * (edge distance constraints) in a lagrangian solver.  then add forces to help
1714  * guide the implicit solver to that state.  this function is called after
1715  * collisions*/
1716 int cloth_calc_helper_forces(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData * clmd, float (*initial_cos)[3], float UNUSED(step), float dt)
1717 {
1718         Cloth *cloth= clmd->clothObject;
1719         float (*cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1720         float *masses = MEM_callocN(sizeof(float)*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1721         LinkNode *node;
1722         ClothSpring *spring;
1723         ClothVertex *cv;
1724         int i, steps;
1725         
1726         cv = cloth->verts;
1727         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1728                 copy_v3_v3(cos[i], cv->tx);
1729                 
1730                 if (cv->goal == 1.0f || len_v3v3(initial_cos[i], cv->tx) != 0.0) {
1731                         masses[i] = 1e+10;      
1732                 }
1733                 else {
1734                         masses[i] = cv->mass;
1735                 }
1736         }
1737         
1738         steps = 55;
1739         for (i=0; i<steps; i++) {
1740                 for (node=cloth->springs; node; node=node->next) {
1741                         /* ClothVertex *cv1, *cv2; */ /* UNUSED */
1742                         int v1, v2;
1743                         float len, c, l, vec[3];
1744                         
1745                         spring = node->link;
1746                         if (spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL && spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR) 
1747                                 continue;
1748                         
1749                         v1 = spring->ij; v2 = spring->kl;
1750                         /* cv1 = cloth->verts + v1; */ /* UNUSED */
1751                         /* cv2 = cloth->verts + v2; */ /* UNUSED */
1752                         len = len_v3v3(cos[v1], cos[v2]);
1753                         
1754                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v1], cos[v2]);
1755                         normalize_v3(vec);
1756                         
1757                         c = (len - spring->restlen);
1758                         if (c == 0.0)
1759                                 continue;
1760                         
1761                         l = c / ((1.0/masses[v1]) + (1.0/masses[v2]));
1762                         
1763                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v1])*l);
1764                         add_v3_v3(cos[v1], vec);
1765         
1766                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v2], cos[v1]);
1767                         normalize_v3(vec);
1768                         
1769                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v2])*l);
1770                         add_v3_v3(cos[v2], vec);
1771                 }
1772         }
1773         
1774         cv = cloth->verts;
1775         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1776                 float vec[3];
1777                 
1778                 /*compute forces*/
1779                 sub_v3_v3v3(vec, cos[i], cv->tx);
1780                 mul_v3_fl(vec, cv->mass*dt*20.0f);
1781                 add_v3_v3(cv->tv, vec);
1782                 //copy_v3_v3(cv->tx, cos[i]);
1783         }
1784         
1785         MEM_freeN(cos);
1786         MEM_freeN(masses);
1787         
1788         return 1;
1789 }
1790 int implicit_solver(Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1791 {
1792         unsigned int i=0;
1793         float step=0.0f, tf=clmd->sim_parms->timescale;
1794         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1795         ClothVertex *verts = cloth->verts, *cv;
1796         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1797         float dt = clmd->sim_parms->timescale / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1798         float spf = (float)clmd->sim_parms->stepsPerFrame / clmd->sim_parms->timescale;
1799         float (*initial_cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "initial_cos implicit.c");
1800         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1801         int do_extra_solve;
1802
1803         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) { /* do goal stuff */
1804                 
1805                 /* Update vertex constraints for pinned vertices */
1806                 update_matrixS(verts, cloth->numverts, id->S);
1807
1808                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1809                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1810                         if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1811                                 sub_v3_v3v3(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1812                                 // mul_v3_fl(id->V[i], clmd->sim_parms->stepsPerFrame);
1813                         }
1814                 }       
1815         }
1816         
1817         while (step < tf) {
1818                 // damping velocity for artistic reasons
1819                 mul_lfvectorS(id->V, id->V, clmd->sim_parms->vel_damping, numverts);
1820
1821                 // calculate forces
1822                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1823                 
1824                 // calculate new velocity
1825                 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);
1826                 
1827                 // advance positions
1828                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1829                 
1830                 /* move pinned verts to correct position */
1831                 for (i = 0; i < numverts; i++) {
1832                         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) {
1833                                 if (verts[i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED) {
1834                                         float tvect[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1835                                         sub_v3_v3v3(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1836                                         mul_fvector_S(tvect, tvect, step+dt);
1837                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1838                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], tvect);
1839                                 }       
1840                         }
1841                         
1842                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1843                 }
1844
1845                 if (clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED && clmd->clothObject->bvhtree) {
1846                         // collisions 
1847                         // itstart();
1848                         
1849                         // update verts to current positions
1850                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1851                                 copy_v3_v3(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1852
1853                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1854                                 copy_v3_v3(verts[i].v, verts[i].tv);
1855                         }
1856
1857                         for (i=0, cv=cloth->verts; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1858                                 copy_v3_v3(initial_cos[i], cv->tx);
1859                         }
1860
1861                         // call collision function
1862                         // TODO: check if "step" or "step+dt" is correct - dg
1863                         do_extra_solve = cloth_bvh_objcollision(ob, clmd, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1864
1865                         // copy corrected positions back to simulation
1866                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1867                                 // correct velocity again, just to be sure we had to change it due to adaptive collisions
1868                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, id->X[i]);
1869                         }
1870
1871                         //if (do_extra_solve)
1872                         //      cloth_calc_helper_forces(ob, clmd, initial_cos, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1873                         
1874                         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1875
1876                                 if (do_extra_solve) {
1877                                         
1878                                         if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1879                                                 continue;
1880
1881                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1882                                         copy_v3_v3(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1883                                         mul_v3_fl(id->Vnew[i], spf);
1884                                 }
1885                         }
1886                         
1887                         // X = Xnew;
1888                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1889
1890                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1891                         
1892                         if (do_extra_solve) {
1893                                 // V = Vnew;
1894                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1895
1896                                 // calculate 
1897                                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step+dt, id->M);      
1898                                 
1899                                 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);
1900                         }
1901                 }
1902                 else {
1903                         // X = Xnew;
1904                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1905                 }
1906                 
1907                 // itend();
1908                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1909                 
1910                 // V = Vnew;
1911                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1912                 
1913                 step += dt;
1914         }
1915
1916         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1917                 if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)) {
1918                         copy_v3_v3(verts[i].txold, verts[i].xconst); // TODO: test --> should be .x
1919                         copy_v3_v3(verts[i].x, verts[i].xconst);
1920                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1921                 }
1922                 else {
1923                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1924                         copy_v3_v3(verts[i].x, id->X[i]);
1925                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1926                 }
1927         }
1928         
1929         MEM_freeN(initial_cos);
1930         
1931         return 1;
1932 }
1933
1934 void implicit_set_positions(ClothModifierData *clmd)
1935 {
1936         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1937         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1938         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1939         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1940         
1941         for (i = 0; i < numverts; i++) {
1942                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
1943                 copy_v3_v3(id->V[i], verts[i].v);
1944         }
1945         if (G.debug_value > 0)
1946                 printf("implicit_set_positions\n");     
1947 }
1948