makes bullet independant from gameengine for cmake, introduces esc-key during sim...
[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 /* callbacks for errors and interrupts and some goo */
115 static int (*CT_localInterruptCallBack)(void) = NULL;
116
117 /*
118 #define C99
119 #ifdef C99
120 #defineDO_INLINE inline 
121 #else 
122 #defineDO_INLINE static 
123 #endif
124 */
125 struct Cloth;
126
127 //////////////////////////////////////////
128 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
129 /////////////////////////////////////////
130
131 /* DEFINITIONS */
132 typedef float lfVector[3];
133 typedef struct fmatrix3x3 {
134         float m[3][3]; /* 4x4 matrix */
135         unsigned int c,r; /* column and row number */
136         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
137         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
138         unsigned int vcount; /* vertex count */
139         unsigned int scount; /* spring count */ 
140 } fmatrix3x3;
141
142 ///////////////////////////
143 // float[3] vector
144 ///////////////////////////
145 /* simple vector code */
146 /* STATUS: verified */
147 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
148 {
149         to[0] = from[0] * scalar;
150         to[1] = from[1] * scalar;
151         to[2] = from[2] * scalar;
152 }
153 /* simple cross product */
154 /* STATUS: verified */
155 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
156 {
157         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
158         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
159         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
160 }
161 /* simple v^T * v product ("outer product") */
162 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
163 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
164 {
165         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
166         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
167         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
168 }
169 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
170 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
171 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
172 {
173         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]* aS);
174         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]* aS);
175         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]* aS);
176 }
177
178 /* printf vector[3] on console: for debug output */
179 void print_fvector(float m3[3])
180 {
181         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
182 }
183
184 ///////////////////////////
185 // long float vector float (*)[3]
186 ///////////////////////////
187 /* print long vector on console: for debug output */
188 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
189 {
190         unsigned int i = 0;
191         for(i = 0; i < verts; i++)
192         {
193                 print_fvector(fLongVector[i]);
194         }
195 }
196 /* create long vector */
197 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
198 {
199         // TODO: check if memory allocation was successfull */
200         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
201         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
202 }
203 /* delete long vector */
204 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
205 {
206         if (fLongVector != NULL)
207         {
208                 MEM_freeN (fLongVector);
209                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
210         }
211 }
212 /* copy long vector */
213 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
214 {
215         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
216 }
217 /* init long vector with float[3] */
218 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
219 {
220         unsigned int i = 0;
221         for(i = 0; i < verts; i++)
222         {
223                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
224         }
225 }
226 /* zero long vector with float[3] */
227 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
228 {
229         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
230 }
231 /* multiply long vector with scalar*/
232 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
233 {
234         unsigned int i = 0;
235
236         for(i = 0; i < verts; i++)
237         {
238                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
239         }
240 }
241 /* multiply long vector with scalar*/
242 /* A -= B * float */
243 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
244 {
245         unsigned int i = 0;
246         for(i = 0; i < verts; i++)
247         {
248                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
249         }
250 }
251 /* dot product for big vector */
252 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
253 {
254         unsigned int i = 0;
255         float temp = 0.0;
256 // schedule(guided, 2)
257 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
258         for(i = 0; i < verts; i++)
259         {
260                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
261         }
262         return temp;
263 }
264 /* A = B + C  --> for big vector */
265 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
266 {
267         unsigned int i = 0;
268
269         for(i = 0; i < verts; i++)
270         {
271                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
272         }
273
274 }
275 /* A = B + C * float --> for big vector */
276 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
277 {
278         unsigned int i = 0;
279
280         for(i = 0; i < verts; i++)
281         {
282                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
283
284         }
285 }
286 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
287 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
288 {
289         unsigned int i = 0;
290
291         for(i = 0; i < verts; i++)
292         {
293                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
294         }
295 }
296 /* A = B - C * float --> for big vector */
297 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
298 {
299         unsigned int i = 0;
300         for(i = 0; i < verts; i++)
301         {
302                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
303         }
304
305 }
306 /* A = B - C --> for big vector */
307 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
308 {
309         unsigned int i = 0;
310
311         for(i = 0; i < verts; i++)
312         {
313                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
314         }
315
316 }
317 ///////////////////////////
318 // 4x4 matrix
319 ///////////////////////////
320 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
321 void print_fmatrix(float m3[3][3])
322 {
323         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
324         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
325         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
326 }
327 /* copy 4x4 matrix */
328 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
329 {
330         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
331         VECCOPY(to[0], from[0]);
332         VECCOPY(to[1], from[1]);
333         VECCOPY(to[2], from[2]);
334 }
335 /* calculate determinant of 4x4 matrix */
336 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
337 {
338         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] 
339                         -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];
340 }
341 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
342 {
343         unsigned int i, j;
344         float d;
345
346         if((d=det_fmatrix(from))==0)
347         {
348                 printf("can't build inverse");
349                 exit(0);
350         }
351         for(i=0;i<3;i++) 
352         {
353                 for(j=0;j<3;j++) 
354                 {
355                         int i1=(i+1)%3;
356                         int i2=(i+2)%3;
357                         int j1=(j+1)%3;
358                         int j2=(j+2)%3;
359                         // reverse indexs i&j to take transpose
360                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
361                         /*
362                         if(i==j)
363                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
364                         else
365                         to[i][j] = 0;
366                         */
367                 }
368         }
369
370 }
371
372 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
373 /* STATUS: verified */
374 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
375 {
376         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
377         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
378         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
379 }
380
381 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
382 /* STATUS: verified */
383 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
384 {
385         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
386         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
387         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
388 }
389
390 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
391 /* STATUS: verified */
392 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
393 {
394         to[0] = INPR(matrix[0],from);
395         to[1] = INPR(matrix[1],from);
396         to[2] = INPR(matrix[2],from);
397 }
398 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
399 /* STATUS: verified */
400 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
401 {
402         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
403         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
404         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
405 }
406 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
407 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
408 {
409         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
410         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
411         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
412 }
413 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
414 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
415 {
416         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
417         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
418         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
419 }
420 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
421 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
422 {
423         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
424         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
425         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
426 }
427 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
428 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
429 {
430         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
431         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
432         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
433 }
434 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
435 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
436 {
437         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
438         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
439         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
440 }
441 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
442 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
443 {
444         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
445         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
446         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
447 }
448 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
449 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
450 {
451         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
452         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
453         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
454 }
455 /////////////////////////////////////////////////////////////////
456 // special functions
457 /////////////////////////////////////////////////////////////////
458 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
459 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
460 {
461         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
462         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
463         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
464 }
465 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
466 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
467 {
468         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
469         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
470         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
471 }
472 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
473 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
474 {
475         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
476         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
477         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
478 }
479 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
480 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
481 {
482         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
483         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
484         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
485 }
486 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
487 /* STATUS: verified */
488 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
489 {
490         to[0] += INPR(matrix[0],from);
491         to[1] += INPR(matrix[1],from);
492         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
493 }
494 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
495 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
496 {
497         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
498         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
499         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
500 }
501 /////////////////////////////////////////////////////////////////
502
503 ///////////////////////////
504 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
505 ///////////////////////////
506 /* printf a big matrix on console: for debug output */
507 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
508 {
509         unsigned int i = 0;
510
511         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
512         {
513                 print_fmatrix(m3[i].m);
514         }
515 }
516 /* create big matrix */
517 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
518 {
519         // TODO: check if memory allocation was successfull */
520         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
521         temp[0].vcount = verts;
522         temp[0].scount = springs;
523         return temp;
524 }
525 /* delete big matrix */
526 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
527 {
528         if (matrix != NULL)
529         {
530                 MEM_freeN (matrix);
531         }
532 }
533 /* copy big matrix */
534 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
535 {       
536         // TODO bounds checking 
537         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
538 }
539 /* init the diagonal of big matrix */
540 // slow in parallel
541 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
542 {
543         unsigned int i,j;
544         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
545
546         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
547         {               
548                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
549         }
550         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
551         {
552                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
553         }
554 }
555 /* init big matrix */
556 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
557 {
558         unsigned int i;
559
560         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
561         {
562                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
563         }
564 }
565 /* multiply big matrix with scalar*/
566 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
567 {
568         unsigned int i = 0;
569         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
570         {
571                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
572         }
573 }
574
575 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
576 /* STATUS: verified */
577 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
578 {
579         unsigned int i = 0;
580         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
581         
582         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
583
584 #pragma omp parallel sections private(i)
585         {
586 #pragma omp section
587                 {
588                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
589                         {
590                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
591                         }
592                 }       
593 #pragma omp section
594                 {
595                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
596                         {
597                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
598                         }
599                 }
600         }
601         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
602         
603         del_lfvector(temp);
604         
605         
606 }
607
608 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
609 /* STATUS: verified */
610 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
611 {
612         unsigned int i = 0;
613         
614         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
615         {
616                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
617         }
618 }
619
620 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
621 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
622 {
623         unsigned int i = 0;
624
625         /* process diagonal elements */
626         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
627         {
628                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
629         }
630
631 }
632 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
633 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
634 {
635         unsigned int i = 0;
636
637         /* process diagonal elements */
638         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
639         {
640                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
641         }
642
643 }
644 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
645 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
646 {
647         unsigned int i = 0;
648
649         /* process diagonal elements */
650         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
651         {
652                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
653         }
654
655 }
656 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
657 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
658 {
659         unsigned int i = 0;
660
661         /* process diagonal elements */
662         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
663         {
664                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
665         }
666
667 }
668 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
669 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
670 {
671         unsigned int i = 0;
672
673         /* process diagonal elements */
674         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
675         {
676                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
677         }
678
679 }
680 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
681 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
682 {
683         unsigned int i = 0;
684
685         /* process diagonal elements */
686         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
687         {
688                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
689         }
690
691 }
692 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
693 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
694 /* VERIFIED */
695 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
696 {
697         unsigned int i = 0;
698
699         /* process diagonal elements */
700         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
701         {
702                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
703         }
704
705 }
706
707 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
708 // simulator start
709 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
710 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
711 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
712 typedef struct Implicit_Data 
713 {
714         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
715         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
716 } Implicit_Data;
717
718 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
719 {
720         unsigned int i = 0;
721         unsigned int pinned = 0;
722         Cloth *cloth = NULL;
723         ClothVertex *verts = NULL;
724         ClothSpring *spring = NULL;
725         Implicit_Data *id = NULL;
726         LinkNode *search = NULL;
727         
728         if(G.rt > 0)
729                 printf("implicit_init\n");
730
731         // init memory guard
732         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
733
734         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
735         verts = cloth->verts;
736
737         // create implicit base
738         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
739         cloth->implicit = id;
740
741         /* process diagonal elements */         
742         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
743         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
744         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
745         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
746         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
747         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
748         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
749         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
750         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
751         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
752         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
753         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
754         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
755         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
756         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
757         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
758         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
759         
760         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
761         {
762                 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;
763
764                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
765                 {
766                         id->S[pinned].pinned = 1;
767                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
768                         pinned++;
769                 }
770         }
771
772         // S is special and needs specific vcount and scount
773         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
774
775         // init springs */
776         search = cloth->springs;
777         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
778         {
779                 spring = search->link;
780                 
781                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
782                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
783                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
784
785                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
786                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
787                                 id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
788
789                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
790                 
791                 search = search->next;
792         }
793
794         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
795         {               
796                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
797         }
798
799         return 1;
800 }
801 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
802 {
803         Implicit_Data *id;
804         Cloth *cloth;
805         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
806
807         if(cloth)
808         {
809                 id = cloth->implicit;
810
811                 if(id)
812                 {
813                         del_bfmatrix(id->A);
814                         del_bfmatrix(id->dFdV);
815                         del_bfmatrix(id->dFdX);
816                         del_bfmatrix(id->S);
817                         del_bfmatrix(id->P);
818                         del_bfmatrix(id->Pinv);
819                         del_bfmatrix(id->bigI);
820
821                         del_lfvector(id->X);
822                         del_lfvector(id->Xnew);
823                         del_lfvector(id->V);
824                         del_lfvector(id->Vnew);
825                         del_lfvector(id->olddV);
826                         del_lfvector(id->F);
827                         del_lfvector(id->B);
828                         del_lfvector(id->dV);
829                         del_lfvector(id->z);
830
831                         MEM_freeN(id);
832                 }
833         }
834
835         return 1;
836 }
837
838 DO_INLINE float fb(float length, float L)
839 {
840         float x = length/L;
841         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
842 }
843
844 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
845 {
846         float x = length/L;
847
848         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
849 }
850
851 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
852 {
853         float tempfb = kb * fb(length, L);
854
855         float fbstar = cb * (length - L);
856
857         if(tempfb < fbstar)
858                 return fbstar;
859         else
860                 return tempfb;          
861 }
862
863 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
864 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
865 {
866         float tempfb = kb * fb(length, L);
867         float fbstar = cb * (length - L);
868
869         if(tempfb < fbstar)
870         {               
871                 return cb;
872         }
873         else
874         {
875                 return kb * fbderiv(length, L); 
876         }       
877 }
878
879 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
880 {
881         unsigned int i=0;
882
883         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
884         {
885                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
886         }
887 }
888
889 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;
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         {       
921                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
922                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
923
924                 filter(q,S);
925
926                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
927
928                 // X = X + d*a;
929                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
930
931                 // r = r - q*a;
932                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
933
934                 s_prev = s;
935                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
936
937                 //d = r+d*(s/s_prev);
938                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
939
940                 filter(d,S);
941
942                 conjgrad_loopcount++;
943         }
944         conjgrad_lasterror = s;
945
946         del_lfvector(q);
947         del_lfvector(d);
948         del_lfvector(tmp);
949         del_lfvector(r);
950         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
951
952         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
953 }
954
955 // block diagonalizer
956 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
957 {
958         unsigned int i = 0;
959         
960         // Take only the diagonal blocks of A
961 // #pragma omp parallel for private(i)
962         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
963         {
964                 // block diagonalizer
965                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
966                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
967                 
968         }
969 }
970
971 // version 1.3
972 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
973 {
974         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
975         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
976         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
977         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
978         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
979         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
980         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
981         
982         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
983         
984         filter(dv, S);
985         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
986         
987         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
988         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
989         filter(r, S);
990         
991         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
992         filter(p, S);
993         
994         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
995         
996         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
997         
998         // itstart();
999         
1000         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1001         {
1002                 iterations++;
1003                 
1004                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1005                 filter(s, S);
1006                 
1007                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1008                 
1009                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1010                 
1011                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1012                 
1013                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1014                 filter(h, S);
1015                 
1016                 deltaOld = deltaNew;
1017                 
1018                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1019                 
1020                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1021                 
1022                 filter(p, S);
1023                 
1024         }
1025         
1026         // itend();
1027         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1028         
1029         del_lfvector(h);
1030         del_lfvector(s);
1031         del_lfvector(p);
1032         del_lfvector(r);
1033         
1034         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1035         
1036         return iterations<conjgrad_looplimit;
1037 }
1038
1039 // outer product is NOT cross product!!!
1040 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1041 {
1042         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1043         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1044         float temp[3][3];
1045         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1046         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1047         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1048         mul_fmatrix_S(temp, k);
1049         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1050 }
1051
1052 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1053 {
1054         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1055         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1056 }
1057
1058 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1059 {
1060         // derivative of force wrt velocity.  
1061         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1062         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1063 }
1064
1065 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1066 {
1067         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1068         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1069         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1070         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1071         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1072         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1073         mul_fmatrix_S(to, -k);
1074 }
1075
1076 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1077 {
1078         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1079         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1080         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1081         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1082         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1083
1084 }
1085
1086 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1087 {
1088         float extent[3];
1089         float length = 0;
1090         float dir[3] = {0,0,0};
1091         float vel[3];
1092         float k = 0.0f;
1093         float L = s->restlen;
1094         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1095
1096         float nullf[3] = {0,0,0};
1097         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1098         float bending_force[3] = {0,0,0};
1099         float damping_force[3] = {0,0,0};
1100         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1101         
1102         float scaling = 0.0;
1103         
1104         VECCOPY(s->f, nullf);
1105         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1106         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1107
1108         // calculate elonglation
1109         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1110         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1111         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1112         
1113         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1114         
1115         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1116         {
1117                 /*
1118                 if(length>L)
1119                 {
1120                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1121                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1122                 {
1123                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1124                 return;
1125         }
1126         } 
1127                 */
1128                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1129         }
1130         else    
1131         {
1132                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1133         }
1134         
1135         // calculate force of structural + shear springs
1136         if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1137         {
1138                 if(length > L) // only on elonglation
1139                 {
1140                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1141                         
1142                         k = clmd->sim_parms->structural;
1143                                 
1144                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1145                         
1146                         k = scaling / (clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1147                         
1148                         // printf("scaling: %f, stiffness: %f\n", k, s->stiffness);
1149                         
1150                         /*
1151                         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1152                         {
1153                         printf("length-L: %f, f: %f, len: %f, L: %f\n", length-L, (k*(length-L)), length, L);
1154                         printf("kl X-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", X[s->kl][0], X[s->kl][1], X[s->kl][2]);
1155                         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]);
1156                 }
1157                         */
1158
1159                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1160
1161                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1162
1163                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1164                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms->Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1165                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1166
1167                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, dir,length,L,k);
1168
1169                         dfdv_damp(s->dfdv, dir,clmd->sim_parms->Cdis);
1170                 }
1171         }
1172         else // calculate force of bending springs
1173         {
1174                 if(length < L)
1175                 {
1176                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1177                         
1178                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1179                         
1180                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1181                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1182                         
1183                         // printf("scaling: %f, stiffness: %f\n", k, s->stiffness);
1184
1185                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1186                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1187
1188                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir,length,L,k, cb);
1189                 }
1190         }
1191         /*
1192         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1193         {
1194         printf("type: %d, f-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", s->type, s->f[0], s->f[1], s->f[2]);
1195 }
1196         */
1197 }
1198
1199 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1200 {
1201         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1202         {
1203                 if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1204                 {
1205                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1206                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1207                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1208                 }
1209
1210                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1211                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1212
1213                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1214                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1215
1216                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1217         }       
1218 }
1219
1220 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1221 {
1222         float v1[3], v2[3];
1223
1224         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1225         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1226         cross_fvector(to, v1, v2);
1227 }
1228
1229 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1230 {
1231         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1232         mul_fvector_S(to, to, temp);
1233 }
1234
1235 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1236 {
1237         float temp[3]; 
1238         int i;
1239         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1240
1241         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1242         {
1243                 // check if this triangle contains the selected vertex
1244                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1245                 {
1246                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1247                         VECADD(to, to, temp);
1248                 }
1249         }
1250 }
1251 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1252 {
1253         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1254 }
1255
1256 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1257 {       
1258
1259 }
1260
1261 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1262 {
1263         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1264         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1265         unsigned int    i               = 0;
1266         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1267         float           gravity[3];
1268         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1269         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1270         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1271         float wind_normalized[3];
1272         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1273         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1274         float kd, ks;
1275         LinkNode *search = cloth->springs;
1276
1277
1278         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1279         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1280
1281         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1282         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1283         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1284         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1285
1286         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1287
1288         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1289                 
1290         /* do goal stuff */
1291         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1292         {       
1293                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1294                 {                       
1295                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1296                         {                       
1297                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1298                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1299                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1300                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1301
1302                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1303                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms->goalspring)-1.0f ;
1304                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1305
1306                                 // calulate damping forces generated by goals
1307                                 
1308                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1309                                 kd =  clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1310                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1311                                 
1312                                 
1313                         }
1314                 }       
1315         }
1316         
1317         /* handle external forces like wind */
1318         if(effectors)
1319         {
1320                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1321                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1322                 
1323 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1324                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1325                 {
1326                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1327                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1328                         
1329                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);          
1330                         
1331                         // TODO apply forcefields here
1332                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1333
1334                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1335                         Normalize(wind_normalized);
1336                         
1337                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1338                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1339                 }
1340         }
1341                 
1342         // calculate spring forces
1343         search = cloth->springs;
1344         while(search)
1345         {
1346                 // only handle active springs
1347                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1348                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1349
1350                 search = search->next;
1351         }
1352         
1353         // apply spring forces
1354         search = cloth->springs;
1355         while(search)
1356         {
1357                 // only handle active springs
1358                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))  
1359                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1360                 search = search->next;
1361         }
1362         // printf("\n");
1363 }
1364
1365 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)
1366 {
1367         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1368
1369         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1370         initdiag_bfmatrix(A, I);
1371         zero_lfvector(dV, numverts);
1372
1373         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1374
1375         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1376
1377         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1378         
1379         itstart();
1380         
1381         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1382         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, P, Pinv, dt);
1383         
1384         itend();
1385         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1386         
1387         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1388
1389         // advance velocities
1390         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1391         
1392
1393         del_lfvector(dFdXmV);
1394 }
1395
1396 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1397 {               
1398         unsigned int i=0;
1399         float step=0.0f, tf=1.0f;
1400         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1401         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1402         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1403         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1404         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1405         int result = 0;
1406         
1407         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1408         {
1409                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1410                 {                       
1411                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1412                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1413                         {                       
1414                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1415                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1416                         }
1417                 }       
1418         }
1419
1420         while(step < tf)
1421         {               
1422                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1423                 
1424                 // calculate 
1425                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step );
1426                 
1427                 // printf("F -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->F[109][0], id->F[109][1], id->F[109][2]);
1428                         
1429                 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);
1430                 
1431                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1432                 
1433                 /*
1434                 printf("dt: %f\n", dt);
1435                 printf("Xnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->Xnew[109][0], id->Xnew[109][1], id->Xnew[109][2]);
1436                 printf("X    -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->X[109][0], id->X[109][1], id->X[109][2]);
1437                 printf("Vnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->Vnew[109][0], id->Vnew[109][1], id->Vnew[109][2]);
1438                 */
1439                 
1440                 // clmd->coll_parms->flags &= ~CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED;
1441                 
1442                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1443                 {
1444                         // collisions 
1445                         // itstart();
1446                         
1447                         // update verts to current positions
1448                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1449                         {               
1450                                 
1451                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1452                                 {                       
1453                                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1454                                         {                       
1455                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1456                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1457                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1458                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1459                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1460                                         }
1461                                                 
1462                                 }
1463                                 
1464                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1465                                 
1466                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1467                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1468                         }
1469         
1470                         // call collision function
1471                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1472         
1473                         // copy corrected positions back to simulation
1474                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1475                         {               
1476                                 if(result)
1477                                 {
1478                                         
1479                                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1480                                         {                       
1481                                                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1482                                                 {
1483                                                         continue;
1484                                                 }
1485                                         }
1486                                         
1487                                                 
1488                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1489                                         
1490                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1491                                         
1492                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1493                                         
1494                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1495                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1496                                 }
1497                                 else
1498                                 {
1499                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1500                                 }
1501                         }
1502                         
1503                         // X = Xnew;
1504                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1505                         
1506                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1507                         if(result)
1508                         {
1509                                 // V = Vnew;
1510                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1511                                 
1512                                 // calculate 
1513                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);       
1514                                 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);
1515                         }
1516                 }
1517                 else
1518                 {
1519                         // X = Xnew;
1520                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1521                 }
1522                 
1523                 // itend();
1524                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1525                 
1526                 // V = Vnew;
1527                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1528
1529                 step += dt;
1530
1531                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1532                 
1533                 /* ask for user break */ 
1534                 if (CT_localInterruptCallBack && CT_localInterruptCallBack())
1535                         return 0;
1536         }
1537
1538         for(i = 0; i < numverts; i++)
1539         {                               
1540                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1541                 {
1542                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1543                         {
1544                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1545                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1546                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1547                         }
1548                         else
1549                         {
1550                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1551                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1552                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1553                         }
1554                 }
1555                 else
1556                 {
1557                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1558                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1559                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1560                 }
1561         }
1562         return 1;
1563 }
1564
1565 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1566 {               
1567         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1568         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1569         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1570         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1571         
1572         for(i = 0; i < numverts; i++)
1573         {                               
1574                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1575                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1576         }
1577         if(G.rt > 0)
1578                 printf("implicit_set_positions\n");     
1579 }
1580
1581 /* Cloth global visible functions */ 
1582 void clmdSetInterruptCallBack(int (*f)(void))
1583 {
1584         CT_localInterruptCallBack = f;
1585 }