Initial commit of cloth modifier from branch rev 13453
[blender.git] / source / blender / blenkernel / intern / implicit.c
1 /*  implicit.c      
2
3 *
4 * ***** BEGIN GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
5 *
6 * This program is free software; you can redistribute it and/or
7 * modify it under the terms of the GNU General Public License
8 * as published by the Free Software Foundation; either version 2
9 * of the License, or (at your option) any later version. The Blender
10 * Foundation also sells licenses for use in proprietary software under
11 * the Blender License.  See http://www.blender.org/BL/ for information
12 * about this.
13 *
14 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
15 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17 * GNU General Public License for more details.
18 *
19 * You should have received a copy of the GNU General Public License
20 * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
21 * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
22 *
23 * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
24 * All rights reserved.
25 *
26 * The Original Code is: all of this file.
27 *
28 * Contributor(s): none yet.
29 *
30 * ***** END GPL/BL DUAL LICENSE BLOCK *****
31 */
32 #include "math.h"
33 #include "float.h"
34 #include <stdlib.h>
35 #include <string.h>
36 #include <stdio.h>
37 #include "MEM_guardedalloc.h"
38 /* types */
39 #include "DNA_curve_types.h"
40 #include "DNA_object_types.h"
41 #include "DNA_object_force.h"   
42 #include "DNA_cloth_types.h"    
43 #include "DNA_key_types.h"
44 #include "DNA_mesh_types.h"
45 #include "DNA_modifier_types.h"
46 #include "DNA_meshdata_types.h"
47 #include "DNA_lattice_types.h"
48 #include "DNA_scene_types.h"
49 #include "DNA_modifier_types.h"
50 #include "BLI_blenlib.h"
51 #include "BLI_arithb.h"
52 #include "BLI_threads.h"
53 #include "BKE_curve.h"
54 #include "BKE_displist.h"
55 #include "BKE_effect.h"
56 #include "BKE_global.h"
57 #include "BKE_key.h"
58 #include "BKE_object.h"
59 #include "BKE_cloth.h"
60 #include "BKE_modifier.h"
61 #include "BKE_utildefines.h"
62 #include "BKE_global.h"
63 #include  "BIF_editdeform.h"
64
65
66 #ifdef _WIN32
67 #include <windows.h>
68 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
69 static LARGE_INTEGER ifreq;
70 void itstart(void)
71 {
72         static int first = 1;
73         if(first) {
74                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
75                 first = 0;
76         }
77         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
78 }
79 void itend(void)
80 {
81         QueryPerformanceCounter(&_itend);
82 }
83 double itval()
84 {
85         return ((double)_itend.QuadPart -
86                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
87 }
88 #else
89 #include <sys/time.h>
90 // intrinsics need better compile flag checking
91 // #include <xmmintrin.h>
92 // #include <pmmintrin.h>
93 // #include <pthread.h>
94
95                          static struct timeval _itstart, _itend;
96          static struct timezone itz;
97          void itstart(void)
98 {
99         gettimeofday(&_itstart, &itz);
100 }
101 void itend(void)
102 {
103         gettimeofday(&_itend,&itz);
104 }
105 double itval()
106 {
107         double t1, t2;
108         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
109         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
110         return t2-t1;
111 }
112 #endif
113 /*
114 #define C99
115 #ifdef C99
116 #defineDO_INLINE inline 
117 #else 
118 #defineDO_INLINE static 
119 #endif
120 */
121 struct Cloth;
122
123 //////////////////////////////////////////
124 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
125 /////////////////////////////////////////
126
127 /* DEFINITIONS */
128 typedef float lfVector[3];
129 typedef struct fmatrix3x3 {
130         float m[3][3]; /* 4x4 matrix */
131         unsigned int c,r; /* column and row number */
132         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
133         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
134         unsigned int vcount; /* vertex count */
135         unsigned int scount; /* spring count */ 
136 } fmatrix3x3;
137
138 ///////////////////////////
139 // float[3] vector
140 ///////////////////////////
141 /* simple vector code */
142 /* STATUS: verified */
143 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
144 {
145         to[0] = from[0] * scalar;
146         to[1] = from[1] * scalar;
147         to[2] = from[2] * scalar;
148 }
149 /* simple cross product */
150 /* STATUS: verified */
151 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
152 {
153         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
154         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
155         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
156 }
157 /* simple v^T * v product ("outer product") */
158 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
159 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
160 {
161         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
162         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
163         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
164 }
165 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
166 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
167 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
168 {
169         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]* aS);
170         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]* aS);
171         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]* aS);
172 }
173
174 /* printf vector[3] on console: for debug output */
175 void print_fvector(float m3[3])
176 {
177         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
178 }
179
180 ///////////////////////////
181 // long float vector float (*)[3]
182 ///////////////////////////
183 /* print long vector on console: for debug output */
184 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
185 {
186         unsigned int i = 0;
187         for(i = 0; i < verts; i++)
188         {
189                 print_fvector(fLongVector[i]);
190         }
191 }
192 /* create long vector */
193 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
194 {
195         // TODO: check if memory allocation was successfull */
196         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
197         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
198 }
199 /* delete long vector */
200 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
201 {
202         if (fLongVector != NULL)
203         {
204                 MEM_freeN (fLongVector);
205                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
206         }
207 }
208 /* copy long vector */
209 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
210 {
211         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
212 }
213 /* init long vector with float[3] */
214 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
215 {
216         unsigned int i = 0;
217         for(i = 0; i < verts; i++)
218         {
219                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
220         }
221 }
222 /* zero long vector with float[3] */
223 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
224 {
225         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
226 }
227 /* multiply long vector with scalar*/
228 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
229 {
230         unsigned int i = 0;
231
232         for(i = 0; i < verts; i++)
233         {
234                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
235         }
236 }
237 /* multiply long vector with scalar*/
238 /* A -= B * float */
239 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
240 {
241         unsigned int i = 0;
242         for(i = 0; i < verts; i++)
243         {
244                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
245         }
246 }
247 /* dot product for big vector */
248 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
249 {
250         unsigned int i = 0;
251         float temp = 0.0;
252 // schedule(guided, 2)
253 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
254         for(i = 0; i < verts; i++)
255         {
256                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
257         }
258         return temp;
259 }
260 /* A = B + C  --> for big vector */
261 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
262 {
263         unsigned int i = 0;
264
265         for(i = 0; i < verts; i++)
266         {
267                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
268         }
269
270 }
271 /* A = B + C * float --> for big vector */
272 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
273 {
274         unsigned int i = 0;
275
276         for(i = 0; i < verts; i++)
277         {
278                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
279
280         }
281 }
282 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
283 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
284 {
285         unsigned int i = 0;
286
287         for(i = 0; i < verts; i++)
288         {
289                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
290         }
291 }
292 /* A = B - C * float --> for big vector */
293 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
294 {
295         unsigned int i = 0;
296         for(i = 0; i < verts; i++)
297         {
298                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
299         }
300
301 }
302 /* A = B - C --> for big vector */
303 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
304 {
305         unsigned int i = 0;
306
307         for(i = 0; i < verts; i++)
308         {
309                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
310         }
311
312 }
313 ///////////////////////////
314 // 4x4 matrix
315 ///////////////////////////
316 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
317 void print_fmatrix(float m3[3][3])
318 {
319         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
320         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
321         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
322 }
323 /* copy 4x4 matrix */
324 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
325 {
326         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
327         VECCOPY(to[0], from[0]);
328         VECCOPY(to[1], from[1]);
329         VECCOPY(to[2], from[2]);
330 }
331 /* calculate determinant of 4x4 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 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
338 {
339         unsigned int i, j;
340         float d;
341
342         if((d=det_fmatrix(from))==0)
343         {
344                 printf("can't build inverse");
345                 exit(0);
346         }
347         for(i=0;i<3;i++) 
348         {
349                 for(j=0;j<3;j++) 
350                 {
351                         int i1=(i+1)%3;
352                         int i2=(i+2)%3;
353                         int j1=(j+1)%3;
354                         int j2=(j+2)%3;
355                         // reverse indexs i&j to take transpose
356                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
357                         /*
358                         if(i==j)
359                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
360                         else
361                         to[i][j] = 0;
362                         */
363                 }
364         }
365
366 }
367
368 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
369 /* STATUS: verified */
370 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
371 {
372         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
373         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
374         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
375 }
376
377 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
378 /* STATUS: verified */
379 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
380 {
381         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
382         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
383         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
384 }
385
386 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
387 /* STATUS: verified */
388 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
389 {
390         to[0] = INPR(matrix[0],from);
391         to[1] = INPR(matrix[1],from);
392         to[2] = INPR(matrix[2],from);
393 }
394 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
395 /* STATUS: verified */
396 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
397 {
398         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
399         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
400         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
401 }
402 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
403 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
404 {
405         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
406         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
407         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
408 }
409 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
410 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
411 {
412         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
413         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
414         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
415 }
416 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
417 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
418 {
419         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
420         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
421         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
422 }
423 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
424 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
425 {
426         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
427         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
428         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
429 }
430 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
431 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
432 {
433         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
434         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
435         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
436 }
437 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
438 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
439 {
440         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
441         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
442         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
443 }
444 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
445 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
446 {
447         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
448         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
449         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
450 }
451 /////////////////////////////////////////////////////////////////
452 // special functions
453 /////////////////////////////////////////////////////////////////
454 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
455 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
456 {
457         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
458         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
459         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
460 }
461 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
462 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
463 {
464         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
465         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
466         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
467 }
468 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
469 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
470 {
471         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
472         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
473         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
474 }
475 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
476 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
477 {
478         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
479         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
480         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
481 }
482 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
483 /* STATUS: verified */
484 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
485 {
486         to[0] += INPR(matrix[0],from);
487         to[1] += INPR(matrix[1],from);
488         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
489 }
490 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
491 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
492 {
493         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
494         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
495         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
496 }
497 /////////////////////////////////////////////////////////////////
498
499 ///////////////////////////
500 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
501 ///////////////////////////
502 /* printf a big matrix on console: for debug output */
503 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
504 {
505         unsigned int i = 0;
506
507         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
508         {
509                 print_fmatrix(m3[i].m);
510         }
511 }
512 /* create big matrix */
513 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
514 {
515         // TODO: check if memory allocation was successfull */
516         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
517         temp[0].vcount = verts;
518         temp[0].scount = springs;
519         return temp;
520 }
521 /* delete big matrix */
522 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
523 {
524         if (matrix != NULL)
525         {
526                 MEM_freeN (matrix);
527         }
528 }
529 /* copy big matrix */
530 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
531 {       
532         // TODO bounds checking 
533         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
534 }
535 /* init the diagonal of big matrix */
536 // slow in parallel
537 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
538 {
539         unsigned int i,j;
540         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
541
542         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
543         {               
544                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
545         }
546         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
547         {
548                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
549         }
550 }
551 /* init big matrix */
552 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
553 {
554         unsigned int i;
555
556         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
557         {
558                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
559         }
560 }
561 /* multiply big matrix with scalar*/
562 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
563 {
564         unsigned int i = 0;
565         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
566         {
567                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
568         }
569 }
570
571 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
572 /* STATUS: verified */
573 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
574 {
575         unsigned int i = 0;
576         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
577         
578         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
579
580 #pragma omp parallel sections private(i)
581         {
582 #pragma omp section
583                 {
584                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
585                         {
586                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
587                         }
588                 }       
589 #pragma omp section
590                 {
591                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
592                         {
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         {
612                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
613         }
614 }
615
616 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
617 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
618 {
619         unsigned int i = 0;
620
621         /* process diagonal elements */
622         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
623         {
624                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
625         }
626
627 }
628 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
629 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
630 {
631         unsigned int i = 0;
632
633         /* process diagonal elements */
634         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
635         {
636                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
637         }
638
639 }
640 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
641 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
642 {
643         unsigned int i = 0;
644
645         /* process diagonal elements */
646         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
647         {
648                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
649         }
650
651 }
652 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
653 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
654 {
655         unsigned int i = 0;
656
657         /* process diagonal elements */
658         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
659         {
660                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
661         }
662
663 }
664 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
665 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
666 {
667         unsigned int i = 0;
668
669         /* process diagonal elements */
670         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
671         {
672                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
673         }
674
675 }
676 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
677 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
678 {
679         unsigned int i = 0;
680
681         /* process diagonal elements */
682         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
683         {
684                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
685         }
686
687 }
688 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
689 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
690 /* VERIFIED */
691 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
692 {
693         unsigned int i = 0;
694
695         /* process diagonal elements */
696         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
697         {
698                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
699         }
700
701 }
702
703 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
704 // simulator start
705 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
706 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
707 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
708 typedef struct Implicit_Data 
709 {
710         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
711         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
712 } Implicit_Data;
713
714 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
715 {
716         unsigned int i = 0;
717         unsigned int pinned = 0;
718         Cloth *cloth = NULL;
719         ClothVertex *verts = NULL;
720         ClothSpring *spring = NULL;
721         Implicit_Data *id = NULL;
722         LinkNode *search = NULL;
723         
724         if(G.rt > 0)
725                 printf("implicit_init\n");
726
727         // init memory guard
728         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
729
730         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
731         verts = cloth->verts;
732
733         // create implicit base
734         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
735         cloth->implicit = id;
736
737         /* process diagonal elements */         
738         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
739         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
740         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
741         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
742         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
743         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
744         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
745         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
746         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
747         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
748         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
749         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
750         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
751         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
752         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
753         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
754         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
755         
756         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
757         {
758                 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;
759
760                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
761                 {
762                         id->S[pinned].pinned = 1;
763                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
764                         pinned++;
765                 }
766         }
767
768         // S is special and needs specific vcount and scount
769         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
770
771         // init springs */
772         search = cloth->springs;
773         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
774         {
775                 spring = search->link;
776                 
777                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
778                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
779                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
780
781                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
782                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
783                                 id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
784
785                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
786                 
787                 search = search->next;
788         }
789
790         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
791         {               
792                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
793         }
794
795         return 1;
796 }
797 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
798 {
799         Implicit_Data *id;
800         Cloth *cloth;
801         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
802
803         if(cloth)
804         {
805                 id = cloth->implicit;
806
807                 if(id)
808                 {
809                         del_bfmatrix(id->A);
810                         del_bfmatrix(id->dFdV);
811                         del_bfmatrix(id->dFdX);
812                         del_bfmatrix(id->S);
813                         del_bfmatrix(id->P);
814                         del_bfmatrix(id->Pinv);
815                         del_bfmatrix(id->bigI);
816
817                         del_lfvector(id->X);
818                         del_lfvector(id->Xnew);
819                         del_lfvector(id->V);
820                         del_lfvector(id->Vnew);
821                         del_lfvector(id->olddV);
822                         del_lfvector(id->F);
823                         del_lfvector(id->B);
824                         del_lfvector(id->dV);
825                         del_lfvector(id->z);
826
827                         MEM_freeN(id);
828                 }
829         }
830
831         return 1;
832 }
833
834 DO_INLINE float fb(float length, float L)
835 {
836         float x = length/L;
837         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
838 }
839
840 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
841 {
842         float x = length/L;
843
844         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
845 }
846
847 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
848 {
849         float tempfb = kb * fb(length, L);
850
851         float fbstar = cb * (length - L);
852
853         if(tempfb < fbstar)
854                 return fbstar;
855         else
856                 return tempfb;          
857 }
858
859 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
860 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
861 {
862         float tempfb = kb * fb(length, L);
863         float fbstar = cb * (length - L);
864
865         if(tempfb < fbstar)
866         {               
867                 return cb;
868         }
869         else
870         {
871                 return kb * fbderiv(length, L); 
872         }       
873 }
874
875 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
876 {
877         unsigned int i=0;
878
879         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
880         {
881                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
882         }
883 }
884
885 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
886 {
887         // Solves for unknown X in equation AX=B
888         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
889         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
890         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
891         float s, starget, a, s_prev;
892         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
893         q = create_lfvector(numverts);
894         d = create_lfvector(numverts);
895         tmp = create_lfvector(numverts);
896         r = create_lfvector(numverts);
897
898         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
899         filter(ldV, S);
900
901         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
902
903         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
904         cp_lfvector(r, lB, numverts);
905         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
906         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
907
908         filter(r,S);
909
910         cp_lfvector(d, r, numverts);
911
912         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
913         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
914
915         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
916         {       
917                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
918                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
919
920                 filter(q,S);
921
922                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
923
924                 // X = X + d*a;
925                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
926
927                 // r = r - q*a;
928                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
929
930                 s_prev = s;
931                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
932
933                 //d = r+d*(s/s_prev);
934                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
935
936                 filter(d,S);
937
938                 conjgrad_loopcount++;
939         }
940         conjgrad_lasterror = s;
941
942         del_lfvector(q);
943         del_lfvector(d);
944         del_lfvector(tmp);
945         del_lfvector(r);
946         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
947
948         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
949 }
950
951 // block diagonalizer
952 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
953 {
954         unsigned int i = 0;
955         
956         // Take only the diagonal blocks of A
957 // #pragma omp parallel for private(i)
958         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
959         {
960                 // block diagonalizer
961                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
962                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
963                 
964         }
965 }
966
967 // version 1.3
968 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
969 {
970         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
971         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
972         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
973         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
974         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
975         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
976         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
977         
978         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
979         
980         filter(dv, S);
981         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
982         
983         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
984         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
985         filter(r, S);
986         
987         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
988         filter(p, S);
989         
990         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
991         
992         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
993         
994         // itstart();
995         
996         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
997         {
998                 iterations++;
999                 
1000                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1001                 filter(s, S);
1002                 
1003                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1004                 
1005                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1006                 
1007                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1008                 
1009                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1010                 filter(h, S);
1011                 
1012                 deltaOld = deltaNew;
1013                 
1014                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1015                 
1016                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1017                 
1018                 filter(p, S);
1019                 
1020         }
1021         
1022         // itend();
1023         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1024         
1025         del_lfvector(h);
1026         del_lfvector(s);
1027         del_lfvector(p);
1028         del_lfvector(r);
1029         
1030         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1031         
1032         return iterations<conjgrad_looplimit;
1033 }
1034
1035 // outer product is NOT cross product!!!
1036 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1037 {
1038         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1039         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1040         float temp[3][3];
1041         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1042         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1043         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1044         mul_fmatrix_S(temp, k);
1045         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1046 }
1047
1048 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1049 {
1050         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1051         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1052 }
1053
1054 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1055 {
1056         // derivative of force wrt velocity.  
1057         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1058         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1059 }
1060
1061 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1062 {
1063         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1064         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1065         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1066         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1067         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1068         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1069         mul_fmatrix_S(to, -k);
1070 }
1071
1072 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1073 {
1074         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1075         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1076         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1077         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1078         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1079
1080 }
1081
1082 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1083 {
1084         float extent[3];
1085         float length = 0;
1086         float dir[3] = {0,0,0};
1087         float vel[3];
1088         float k = 0.0f;
1089         float L = s->restlen;
1090         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1091
1092         float nullf[3] = {0,0,0};
1093         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1094         float bending_force[3] = {0,0,0};
1095         float damping_force[3] = {0,0,0};
1096         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1097         
1098         float scaling = 0.0;
1099         
1100         VECCOPY(s->f, nullf);
1101         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1102         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1103
1104         // calculate elonglation
1105         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1106         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1107         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1108         
1109         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1110         
1111         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1112         {
1113                 /*
1114                 if(length>L)
1115                 {
1116                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1117                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1118                 {
1119                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1120                 return;
1121         }
1122         } 
1123                 */
1124                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1125         }
1126         else    
1127         {
1128                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1129         }
1130         
1131         // calculate force of structural + shear springs
1132         if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1133         {
1134                 if(length > L) // only on elonglation
1135                 {
1136                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1137                         
1138                         k = clmd->sim_parms->structural;
1139                                 
1140                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1141                         
1142                         k = scaling / (clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1143                         
1144                         // printf("scaling: %f, stiffness: %f\n", k, s->stiffness);
1145                         
1146                         /*
1147                         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1148                         {
1149                         printf("length-L: %f, f: %f, len: %f, L: %f\n", length-L, (k*(length-L)), length, L);
1150                         printf("kl X-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", X[s->kl][0], X[s->kl][1], X[s->kl][2]);
1151                         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]);
1152                 }
1153                         */
1154
1155                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1156
1157                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1158
1159                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1160                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms->Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1161                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1162
1163                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, dir,length,L,k);
1164
1165                         dfdv_damp(s->dfdv, dir,clmd->sim_parms->Cdis);
1166                 }
1167         }
1168         else // calculate force of bending springs
1169         {
1170                 if(length < L)
1171                 {
1172                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1173                         
1174                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1175                         
1176                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1177                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1178                         
1179                         // printf("scaling: %f, stiffness: %f\n", k, s->stiffness);
1180
1181                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1182                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1183
1184                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir,length,L,k, cb);
1185                 }
1186         }
1187         /*
1188         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1189         {
1190         printf("type: %d, f-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", s->type, s->f[0], s->f[1], s->f[2]);
1191 }
1192         */
1193 }
1194
1195 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1196 {
1197         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1198         {
1199                 if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1200                 {
1201                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1202                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1203                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1204                 }
1205
1206                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1207                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1208
1209                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1210                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1211
1212                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1213         }       
1214 }
1215
1216 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1217 {
1218         float v1[3], v2[3];
1219
1220         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1221         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1222         cross_fvector(to, v1, v2);
1223 }
1224
1225 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1226 {
1227         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1228         mul_fvector_S(to, to, temp);
1229 }
1230
1231 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1232 {
1233         float temp[3]; 
1234         int i;
1235         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1236
1237         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1238         {
1239                 // check if this triangle contains the selected vertex
1240                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1241                 {
1242                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1243                         VECADD(to, to, temp);
1244                 }
1245         }
1246 }
1247 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1248 {
1249         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1250 }
1251
1252 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1253 {       
1254
1255 }
1256
1257 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1258 {
1259         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1260         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1261         unsigned int    i               = 0;
1262         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1263         float           gravity[3];
1264         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1265         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1266         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1267         float wind_normalized[3];
1268         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1269         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1270         float kd, ks;
1271         LinkNode *search = cloth->springs;
1272
1273
1274         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1275         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1276
1277         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1278         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1279         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1280         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1281
1282         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1283
1284         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1285                 
1286         /* do goal stuff */
1287         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1288         {       
1289                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1290                 {                       
1291                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1292                         {                       
1293                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1294                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1295                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1296                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1297
1298                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1299                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms->goalspring)-1.0f ;
1300                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1301
1302                                 // calulate damping forces generated by goals
1303                                 
1304                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1305                                 kd =  clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1306                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1307                                 
1308                                 
1309                         }
1310                 }       
1311         }
1312         
1313         /* handle external forces like wind */
1314         if(effectors)
1315         {
1316                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1317                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1318                 
1319 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1320                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1321                 {
1322                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1323                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1324                         
1325                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);          
1326                         
1327                         // TODO apply forcefields here
1328                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1329
1330                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1331                         Normalize(wind_normalized);
1332                         
1333                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1334                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1335                 }
1336         }
1337                 
1338         // calculate spring forces
1339         search = cloth->springs;
1340         while(search)
1341         {
1342                 // only handle active springs
1343                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1344                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1345
1346                 search = search->next;
1347         }
1348         
1349         // apply spring forces
1350         search = cloth->springs;
1351         while(search)
1352         {
1353                 // only handle active springs
1354                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))  
1355                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1356                 search = search->next;
1357         }
1358         // printf("\n");
1359 }
1360
1361 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)
1362 {
1363         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1364
1365         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1366         initdiag_bfmatrix(A, I);
1367         zero_lfvector(dV, numverts);
1368
1369         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1370
1371         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1372
1373         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1374         
1375         itstart();
1376         
1377         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1378         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, P, Pinv, dt);
1379         
1380         itend();
1381         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1382         
1383         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1384
1385         // advance velocities
1386         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1387         
1388
1389         del_lfvector(dFdXmV);
1390 }
1391
1392 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1393 {               
1394         unsigned int i=0;
1395         float step=0.0f, tf=1.0f;
1396         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1397         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1398         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1399         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1400         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1401         int result = 0;
1402         
1403         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1404         {
1405                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1406                 {                       
1407                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1408                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1409                         {                       
1410                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1411                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1412                         }
1413                 }       
1414         }
1415
1416         while(step < tf)
1417         {               
1418                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1419                 
1420                 // calculate 
1421                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step );
1422                 
1423                 // printf("F -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->F[109][0], id->F[109][1], id->F[109][2]);
1424                         
1425                 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);
1426                 
1427                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1428                 
1429                 /*
1430                 printf("dt: %f\n", dt);
1431                 printf("Xnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->Xnew[109][0], id->Xnew[109][1], id->Xnew[109][2]);
1432                 printf("X    -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->X[109][0], id->X[109][1], id->X[109][2]);
1433                 printf("Vnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->Vnew[109][0], id->Vnew[109][1], id->Vnew[109][2]);
1434                 */
1435                 
1436                 // clmd->coll_parms->flags &= ~CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED;
1437                 
1438                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1439                 {
1440                         // collisions 
1441                         // itstart();
1442                         
1443                         // update verts to current positions
1444                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1445                         {               
1446                                 
1447                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1448                                 {                       
1449                                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1450                                         {                       
1451                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1452                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1453                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1454                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1455                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1456                                         }
1457                                                 
1458                                 }
1459                                 
1460                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1461                                 
1462                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1463                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1464                         }
1465         
1466                         // call collision function
1467                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1468         
1469                         // copy corrected positions back to simulation
1470                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1471                         {               
1472                                 if(result)
1473                                 {
1474                                         
1475                                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1476                                         {                       
1477                                                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1478                                                 {
1479                                                         continue;
1480                                                 }
1481                                         }
1482                                         
1483                                                 
1484                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1485                                         
1486                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1487                                         
1488                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1489                                         
1490                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1491                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1492                                 }
1493                                 else
1494                                 {
1495                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1496                                 }
1497                         }
1498                         
1499                         // X = Xnew;
1500                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1501                         
1502                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1503                         if(result)
1504                         {
1505                                 // V = Vnew;
1506                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1507                                 
1508                                 // calculate 
1509                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);       
1510                                 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);
1511                         }
1512                 }
1513                 else
1514                 {
1515                         // X = Xnew;
1516                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1517                 }
1518                 
1519                 // itend();
1520                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1521                 
1522                 // V = Vnew;
1523                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1524
1525                 step += dt;
1526
1527                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1528         }
1529
1530         for(i = 0; i < numverts; i++)
1531         {                               
1532                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1533                 {
1534                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1535                         {
1536                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1537                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1538                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1539                         }
1540                         else
1541                         {
1542                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1543                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1544                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1545                         }
1546                 }
1547                 else
1548                 {
1549                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1550                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1551                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1552                 }
1553         }
1554         return 1;
1555 }
1556
1557 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1558 {               
1559         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1560         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1561         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1562         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1563         
1564         for(i = 0; i < numverts; i++)
1565         {                               
1566                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1567                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1568         }
1569         if(G.rt > 0)
1570                 printf("implicit_set_positions\n");     
1571 }