8490966283ef893643b505af37f0e2ee81382d57
[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 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
118 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
119
120 /*
121 #define C99
122 #ifdef C99
123 #defineDO_INLINE inline 
124 #else 
125 #defineDO_INLINE static 
126 #endif
127 */
128 struct Cloth;
129
130 //////////////////////////////////////////
131 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
132 /////////////////////////////////////////
133
134 /* DEFINITIONS */
135 typedef float lfVector[3];
136 typedef struct fmatrix3x3 {
137         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
138         unsigned int c,r; /* column and row number */
139         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
140         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
141         unsigned int vcount; /* vertex count */
142         unsigned int scount; /* spring count */ 
143 } fmatrix3x3;
144
145 ///////////////////////////
146 // float[3] vector
147 ///////////////////////////
148 /* simple vector code */
149 /* STATUS: verified */
150 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
151 {
152         to[0] = from[0] * scalar;
153         to[1] = from[1] * scalar;
154         to[2] = from[2] * scalar;
155 }
156 /* simple cross product */
157 /* STATUS: verified */
158 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
159 {
160         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
161         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
162         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
163 }
164 /* simple v^T * v product ("outer product") */
165 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
166 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
167 {
168         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
169         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
170         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
171 }
172 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
173 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
174 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
175 {
176         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
177         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
178         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
179         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
180 }
181
182
183 /* printf vector[3] on console: for debug output */
184 void print_fvector(float m3[3])
185 {
186         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
187 }
188
189 ///////////////////////////
190 // long float vector float (*)[3]
191 ///////////////////////////
192 /* print long vector on console: for debug output */
193 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
194 {
195         unsigned int i = 0;
196         for(i = 0; i < verts; i++)
197         {
198                 print_fvector(fLongVector[i]);
199         }
200 }
201 /* create long vector */
202 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
203 {
204         // TODO: check if memory allocation was successfull */
205         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
206         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
207 }
208 /* delete long vector */
209 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
210 {
211         if (fLongVector != NULL)
212         {
213                 MEM_freeN (fLongVector);
214                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
215         }
216 }
217 /* copy long vector */
218 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
219 {
220         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
221 }
222 /* init long vector with float[3] */
223 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
224 {
225         unsigned int i = 0;
226         for(i = 0; i < verts; i++)
227         {
228                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
229         }
230 }
231 /* zero long vector with float[3] */
232 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
233 {
234         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
235 }
236 /* multiply long vector with scalar*/
237 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
238 {
239         unsigned int i = 0;
240
241         for(i = 0; i < verts; i++)
242         {
243                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
244         }
245 }
246 /* multiply long vector with scalar*/
247 /* A -= B * float */
248 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
249 {
250         unsigned int i = 0;
251         for(i = 0; i < verts; i++)
252         {
253                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
254         }
255 }
256 /* dot product for big vector */
257 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
258 {
259         unsigned int i = 0;
260         float temp = 0.0;
261 // schedule(guided, 2)
262 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
263         for(i = 0; i < verts; i++)
264         {
265                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
266         }
267         return temp;
268 }
269 /* A = B + C  --> for big vector */
270 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
271 {
272         unsigned int i = 0;
273
274         for(i = 0; i < verts; i++)
275         {
276                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
277         }
278
279 }
280 /* A = B + C * float --> for big vector */
281 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
282 {
283         unsigned int i = 0;
284
285         for(i = 0; i < verts; i++)
286         {
287                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
288
289         }
290 }
291 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
292 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
293 {
294         unsigned int i = 0;
295
296         for(i = 0; i < verts; i++)
297         {
298                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
299         }
300 }
301 /* A = B - C * float --> for big vector */
302 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
303 {
304         unsigned int i = 0;
305         for(i = 0; i < verts; i++)
306         {
307                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
308         }
309
310 }
311 /* A = B - C --> for big vector */
312 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
313 {
314         unsigned int i = 0;
315
316         for(i = 0; i < verts; i++)
317         {
318                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
319         }
320
321 }
322 ///////////////////////////
323 // 3x3 matrix
324 ///////////////////////////
325 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
326 void print_fmatrix(float m3[3][3])
327 {
328         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
329         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
330         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
331 }
332
333 /* copy 3x3 matrix */
334 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
335 {
336         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
337         VECCOPY(to[0], from[0]);
338         VECCOPY(to[1], from[1]);
339         VECCOPY(to[2], from[2]);
340 }
341
342 /* copy 3x3 matrix */
343 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
344 {
345         cp_fmatrix(to, ZERO);
346         
347         to[0][0] = aS;
348         to[1][1] = aS;
349         to[2][2] = aS;
350 }
351
352 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
353 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
354 {
355         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] 
356                         -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];
357 }
358
359 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
360 {
361         unsigned int i, j;
362         float d;
363
364         if((d=det_fmatrix(from))==0)
365         {
366                 printf("can't build inverse");
367                 exit(0);
368         }
369         for(i=0;i<3;i++) 
370         {
371                 for(j=0;j<3;j++) 
372                 {
373                         int i1=(i+1)%3;
374                         int i2=(i+2)%3;
375                         int j1=(j+1)%3;
376                         int j2=(j+2)%3;
377                         // reverse indexs i&j to take transpose
378                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
379                         /*
380                         if(i==j)
381                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
382                         else
383                         to[i][j] = 0;
384                         */
385                 }
386         }
387
388 }
389
390 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
391 /* STATUS: verified */
392 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
393 {
394         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
395         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
396         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
397 }
398
399 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
400 /* STATUS: verified */
401 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
402 {
403         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
404         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
405         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
406 }
407
408 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
409 /* STATUS: verified */
410 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
411 {
412         to[0] = INPR(matrix[0],from);
413         to[1] = INPR(matrix[1],from);
414         to[2] = INPR(matrix[2],from);
415 }
416 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
417 /* STATUS: verified */
418 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
419 {
420         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
421         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
422         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
423 }
424 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
425 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
426 {
427         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
428         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
429         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
430 }
431 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
432 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
433 {
434         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
435         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
436         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
437 }
438 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
439 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
440 {
441         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
442         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
443         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
444 }
445 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
446 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
447 {
448         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
449         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
450         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
451 }
452 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
453 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
454 {
455         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
456         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
457         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
458 }
459 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
460 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
461 {
462         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
463         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
464         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
465 }
466 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
467 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
468 {
469         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
470         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
471         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
472 }
473 /////////////////////////////////////////////////////////////////
474 // special functions
475 /////////////////////////////////////////////////////////////////
476 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
477 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
478 {
479         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
480         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
481         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
482 }
483 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
484 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
485 {
486         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
487         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
488         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
489 }
490 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
491 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
492 {
493         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
494         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
495         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
496 }
497 /* 3x3 matrix multiplied and sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
498 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
499 {
500         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
501         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
502         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
503 }
504 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
505 /* STATUS: verified */
506 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
507 {
508         to[0] += INPR(matrix[0],from);
509         to[1] += INPR(matrix[1],from);
510         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
511 }
512 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
513 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
514 {
515         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
516         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
517         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
518 }
519 /////////////////////////////////////////////////////////////////
520
521 ///////////////////////////
522 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
523 ///////////////////////////
524 /* printf a big matrix on console: for debug output */
525 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
526 {
527         unsigned int i = 0;
528
529         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
530         {
531                 print_fmatrix(m3[i].m);
532         }
533 }
534 /* create big matrix */
535 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
536 {
537         // TODO: check if memory allocation was successfull */
538         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
539         temp[0].vcount = verts;
540         temp[0].scount = springs;
541         return temp;
542 }
543 /* delete big matrix */
544 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
545 {
546         if (matrix != NULL)
547         {
548                 MEM_freeN (matrix);
549         }
550 }
551
552 /* copy big matrix */
553 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
554 {       
555         // TODO bounds checking 
556         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
557 }
558
559 /* init big matrix */
560 // slow in parallel
561 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
562 {
563         unsigned int i;
564
565         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
566         {               
567                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
568         }
569 }
570
571 /* init the diagonal of big matrix */
572 // slow in parallel
573 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
574 {
575         unsigned int i,j;
576         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
577
578         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
579         {               
580                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
581         }
582         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
583         {
584                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
585         }
586 }
587
588 /* multiply big matrix with scalar*/
589 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
590 {
591         unsigned int i = 0;
592         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
593         {
594                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
595         }
596 }
597
598 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
599 /* STATUS: verified */
600 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
601 {
602         unsigned int i = 0;
603         lfVector *temp = create_lfvector(from[0].vcount);
604         
605         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
606
607 #pragma omp parallel sections private(i)
608         {
609 #pragma omp section
610                 {
611                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
612                         {
613                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
614                         }
615                 }       
616 #pragma omp section
617                 {
618                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
619                         {
620                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
621                         }
622                 }
623         }
624         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
625         
626         del_lfvector(temp);
627         
628         
629 }
630
631 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
632 /* STATUS: verified */
633 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
634 {
635         unsigned int i = 0;
636         
637         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
638         {
639                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
640         }
641 }
642
643 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
644 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
645 {
646         unsigned int i = 0;
647
648         /* process diagonal elements */
649         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
650         {
651                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
652         }
653
654 }
655 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
656 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
657 {
658         unsigned int i = 0;
659
660         /* process diagonal elements */
661         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
662         {
663                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
664         }
665
666 }
667 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
668 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
669 {
670         unsigned int i = 0;
671
672         /* process diagonal elements */
673         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
674         {
675                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
676         }
677
678 }
679 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
680 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
681 {
682         unsigned int i = 0;
683
684         /* process diagonal elements */
685         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
686         {
687                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
688         }
689
690 }
691 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
692 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
693 {
694         unsigned int i = 0;
695
696         /* process diagonal elements */
697         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
698         {
699                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
700         }
701
702 }
703 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
704 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
705 {
706         unsigned int i = 0;
707
708         /* process diagonal elements */
709         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
710         {
711                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
712         }
713
714 }
715 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
716 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
717 /* VERIFIED */
718 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
719 {
720         unsigned int i = 0;
721
722         /* process diagonal elements */
723         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
724         {
725                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
726         }
727
728 }
729
730 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
731 // simulator start
732 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
733 typedef struct Implicit_Data 
734 {
735         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
736         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
737 } Implicit_Data;
738
739 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
740 {
741         unsigned int i = 0;
742         unsigned int pinned = 0;
743         Cloth *cloth = NULL;
744         ClothVertex *verts = NULL;
745         ClothSpring *spring = NULL;
746         Implicit_Data *id = NULL;
747         LinkNode *search = NULL;
748         
749         if(G.rt > 0)
750                 printf("implicit_init\n");
751
752         // init memory guard
753         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
754
755         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
756         verts = cloth->verts;
757
758         // create implicit base
759         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
760         cloth->implicit = id;
761
762         /* process diagonal elements */         
763         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
764         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
765         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
766         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
767         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
768         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
769         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
770         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
771         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
772         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
773         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
774         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
775         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
776         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
777         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
778         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
779         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
780         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
781         
782         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
783         {
784                 id->A[i].r = id->A[i].c = id->dFdV[i].r = id->dFdV[i].c = id->dFdX[i].r = id->dFdX[i].c = id->P[i].c = id->P[i].r = id->Pinv[i].c = id->Pinv[i].r = id->bigI[i].c = id->bigI[i].r = id->M[i].r = id->M[i].c = i;
785
786                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
787                 {
788                         id->S[pinned].pinned = 1;
789                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
790                         pinned++;
791                 }
792                 
793                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
794         }
795
796         // S is special and needs specific vcount and scount
797         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
798
799         // init springs 
800         search = cloth->springs;
801         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
802         {
803                 spring = search->link;
804                 
805                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
806                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
807                                 id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = id->M[i+cloth->numverts].r = spring->ij;
808
809                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
810                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
811                                 id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = id->M[i+cloth->numverts].c = spring->kl;
812
813                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
814                 
815                 search = search->next;
816         }
817
818         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
819         {               
820                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
821         }
822
823         return 1;
824 }
825 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
826 {
827         Implicit_Data *id;
828         Cloth *cloth;
829         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
830
831         if(cloth)
832         {
833                 id = cloth->implicit;
834
835                 if(id)
836                 {
837                         del_bfmatrix(id->A);
838                         del_bfmatrix(id->dFdV);
839                         del_bfmatrix(id->dFdX);
840                         del_bfmatrix(id->S);
841                         del_bfmatrix(id->P);
842                         del_bfmatrix(id->Pinv);
843                         del_bfmatrix(id->bigI);
844                         del_bfmatrix(id->M);
845
846                         del_lfvector(id->X);
847                         del_lfvector(id->Xnew);
848                         del_lfvector(id->V);
849                         del_lfvector(id->Vnew);
850                         del_lfvector(id->olddV);
851                         del_lfvector(id->F);
852                         del_lfvector(id->B);
853                         del_lfvector(id->dV);
854                         del_lfvector(id->z);
855
856                         MEM_freeN(id);
857                 }
858         }
859
860         return 1;
861 }
862
863 DO_INLINE float fb(float length, float L)
864 {
865         float x = length/L;
866         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
867 }
868
869 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
870 {
871         float x = length/L;
872
873         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
874 }
875
876 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
877 {
878         float tempfb = kb * fb(length, L);
879
880         float fbstar = cb * (length - L);
881
882         if(tempfb < fbstar)
883                 return fbstar;
884         else
885                 return tempfb;          
886 }
887
888 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
889 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
890 {
891         float tempfb = kb * fb(length, L);
892         float fbstar = cb * (length - L);
893
894         if(tempfb < fbstar)
895         {               
896                 return cb;
897         }
898         else
899         {
900                 return kb * fbderiv(length, L); 
901         }       
902 }
903
904 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
905 {
906         unsigned int i=0;
907
908         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
909         {
910                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
911         }
912 }
913
914 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
915 {
916         // Solves for unknown X in equation AX=B
917         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
918         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
919         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
920         float s, starget, a, s_prev;
921         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
922         q = create_lfvector(numverts);
923         d = create_lfvector(numverts);
924         tmp = create_lfvector(numverts);
925         r = create_lfvector(numverts);
926
927         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
928         filter(ldV, S);
929
930         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
931
932         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
933         cp_lfvector(r, lB, numverts);
934         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
935         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
936
937         filter(r,S);
938
939         cp_lfvector(d, r, numverts);
940
941         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
942         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
943
944         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
945         {       
946                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
947                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
948
949                 filter(q,S);
950
951                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
952
953                 // X = X + d*a;
954                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
955
956                 // r = r - q*a;
957                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
958
959                 s_prev = s;
960                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
961
962                 //d = r+d*(s/s_prev);
963                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
964
965                 filter(d,S);
966
967                 conjgrad_loopcount++;
968         }
969         conjgrad_lasterror = s;
970
971         del_lfvector(q);
972         del_lfvector(d);
973         del_lfvector(tmp);
974         del_lfvector(r);
975         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
976
977         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
978 }
979
980 // block diagonalizer
981 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
982 {
983         unsigned int i = 0;
984         
985         // Take only the diagonal blocks of A
986 // #pragma omp parallel for private(i)
987         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
988         {
989                 // block diagonalizer
990                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
991                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
992                 
993         }
994 }
995
996 // version 1.3
997 int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
998 {
999         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1000         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
1001         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
1002         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1003         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1004         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1005         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1006         
1007         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1008         
1009         filter(dv, S);
1010         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1011         
1012         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1013         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1014         filter(r, S);
1015         
1016         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1017         filter(p, S);
1018         
1019         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1020         
1021         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1022         
1023         // itstart();
1024         
1025         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1026         {
1027                 iterations++;
1028                 
1029                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1030                 filter(s, S);
1031                 
1032                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1033                 
1034                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1035                 
1036                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1037                 
1038                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1039                 filter(h, S);
1040                 
1041                 deltaOld = deltaNew;
1042                 
1043                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1044                 
1045                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1046                 
1047                 filter(p, S);
1048                 
1049         }
1050         
1051         // itend();
1052         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1053         
1054         del_lfvector(h);
1055         del_lfvector(s);
1056         del_lfvector(p);
1057         del_lfvector(r);
1058         
1059         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1060         
1061         return iterations<conjgrad_looplimit;
1062 }
1063
1064 // outer product is NOT cross product!!!
1065 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1066 {
1067         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1068         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1069         float temp[3][3];
1070         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1071         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1072         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1073         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1074         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1075         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1076         /*
1077         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1078         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1079         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1080         mul_fmatrix_S(temp, k);
1081         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1082         */
1083 }
1084
1085 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1086 {
1087         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1088         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1089 }
1090
1091 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float ext[3], float damping, float dot)
1092 {
1093         // derivative of force wrt velocity.  
1094         mul_fvectorT_fvectorS(to, ext, ext, damping / dot);
1095         
1096 }
1097
1098 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1099 {
1100         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1101         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1102         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1103         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1104         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1105         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1106         mul_fmatrix_S(to, -k);
1107 }
1108
1109 // unused atm
1110 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1111 {
1112         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1113         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1114         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1115         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1116         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1117
1118 }
1119
1120 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1121 {
1122         float extent[3];
1123         float length = 0, dot = 0;
1124         float dir[3] = {0,0,0};
1125         float vel[3];
1126         float k = 0.0f;
1127         float L = s->restlen;
1128         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1129
1130         float nullf[3] = {0,0,0};
1131         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1132         float bending_force[3] = {0,0,0};
1133         float damping_force[3] = {0,0,0};
1134         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1135         
1136         float scaling = 0.0;
1137         
1138         VECCOPY(s->f, nullf);
1139         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1140         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1141
1142         // calculate elonglation
1143         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1144         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1145         dot = INPR(extent, extent);
1146         length = sqrt(dot);
1147         
1148         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1149         
1150         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1151         {
1152                 /*
1153                 if(length>L)
1154                 {
1155                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1156                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1157                 {
1158                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1159                 return;
1160         }
1161         } 
1162                 */
1163                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1164         }
1165         else    
1166         {
1167                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1168         }
1169         
1170         // calculate force of structural + shear springs
1171         if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1172         {
1173                 if(length > L) // only on elonglation
1174                 {
1175                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1176                         
1177                         k = clmd->sim_parms->structural;
1178                                 
1179                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1180                         
1181                         k = scaling / (clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1182                         if(G.rt>3)
1183                         printf("struct scaling: %f\n", k);
1184                         
1185                         /*
1186                         if((s->ij == 4) || (s->kl == 4))
1187                         {
1188                         printf("length-L: %f, f: %f, len: %f, L: %f\n", length-L, (k*(length-L)), length, L);
1189                         printf("kl X-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", X[s->kl][0], X[s->kl][1], X[s->kl][2]);
1190                         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]);
1191                         }
1192                         */
1193                         
1194                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1195                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L)); 
1196
1197                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1198
1199                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1200                         /* VERIFIED */
1201                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms->Cdis * (INPR(vel,extent)/dot)); 
1202                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1203                         
1204                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1205                         dfdx_spring_type1(s->dfdx, extent, length, L, dot, k);
1206                         
1207                         
1208                         /* VERIFIED */
1209                         dfdv_damp(s->dfdv, extent, clmd->sim_parms->Cdis, dot);
1210                 }
1211         }
1212         else // calculate force of bending springs
1213         {
1214                 if(length < L)
1215                 {
1216                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1217                         
1218                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1219                         
1220                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1221                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->coll_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1222                         
1223                         if(G.rt>3)
1224                         printf("bend scaling: %f\n", k);
1225
1226                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1227                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1228
1229                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length,L, k, cb);
1230                 }
1231         }
1232         /*
1233         if((s->ij == 109) || (s->kl == 109))
1234         {
1235         printf("type: %d, f-x: %f, f-y: %f, f-z: %f\n", s->type, s->f[0], s->f[1], s->f[2]);
1236 }
1237         */
1238 }
1239
1240 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1241 {
1242         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1243         {
1244                 if(s->type != CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING)
1245                 {
1246                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1247                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1248                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1249                 }
1250
1251                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1252                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1253
1254                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1255                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1256
1257                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1258         }       
1259 }
1260
1261 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1262 {
1263         float v1[3], v2[3];
1264
1265         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1266         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1267         cross_fvector(to, v1, v2);
1268 }
1269
1270 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1271 {
1272         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1273         mul_fvector_S(to, to, temp);
1274 }
1275
1276 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1277 {
1278         float temp[3]; 
1279         int i;
1280         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1281
1282         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1283         {
1284                 // check if this triangle contains the selected vertex
1285                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1286                 {
1287                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1288                         VECADD(to, to, temp);
1289                 }
1290         }
1291 }
1292 float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1293 {
1294         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1295 }
1296
1297 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1298 {       
1299
1300 }
1301
1302 void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time, fmatrix3x3 *M)
1303 {
1304         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1305         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1306         unsigned int    i               = 0;
1307         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1308         float           gravity[3];
1309         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1310         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1311         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1312         float wind_normalized[3];
1313         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1314         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1315         float kd, ks;
1316         LinkNode *search = cloth->springs;
1317
1318
1319         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms->gravity);
1320         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1321
1322         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1323         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1324         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1325         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1326
1327         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1328         
1329         // multiply lF with mass matrix
1330         for(i = 0; i < numverts; i++)
1331         {
1332                 float temp[3];
1333                 VECCOPY(temp, lF[i]);
1334                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1335         }
1336
1337         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1338                 
1339         /* do goal stuff */
1340         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1341         {       
1342                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1343                 {                       
1344                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1345                         {                       
1346                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1347                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1348                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1349                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1350
1351                                 VECSUB(auxvect, tvect, lX[i]);
1352                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms->goalspring)-1.0f ;
1353                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1354
1355                                 // calulate damping forces generated by goals
1356                                 
1357                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1358                                 kd =  clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1359                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1360                                 
1361                                 
1362                         }
1363                 }       
1364         }
1365         
1366         /* handle external forces like wind */
1367         if(effectors)
1368         {
1369                 float speed[3] = {0.0f, 0.0f,0.0f};
1370                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1371                 
1372 #pragma omp parallel for private (i) shared(lF)
1373                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1374                 {
1375                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1376                         float fieldfactor = 1000.0f; // windfactor  = 250.0f; // from sb
1377                         
1378                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, speed, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);          
1379                         
1380                         // TODO apply forcefields here
1381                         VECADDS(lF[i], lF[i], force, fieldfactor*0.01f);
1382
1383                         VECCOPY(wind_normalized, speed);
1384                         Normalize(wind_normalized);
1385                         
1386                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1387                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(speed, vertexnormal));
1388                 }
1389         }
1390                 
1391         // calculate spring forces
1392         search = cloth->springs;
1393         while(search)
1394         {
1395                 // only handle active springs
1396                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1397                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1398
1399                 search = search->next;
1400         }
1401         
1402         // apply spring forces
1403         search = cloth->springs;
1404         while(search)
1405         {
1406                 // only handle active springs
1407                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))  
1408                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1409                 search = search->next;
1410         }
1411         // printf("\n");
1412 }
1413
1414 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, fmatrix3x3 *M)
1415 {
1416         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1417
1418         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1419         zero_lfvector(dV, numverts);
1420         
1421         cp_bfmatrix(A, M);
1422         
1423         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1424
1425         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1426
1427         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1428         
1429         itstart();
1430         
1431         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1432         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv);
1433         
1434         itend();
1435         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1436         
1437         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1438
1439         // advance velocities
1440         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1441         
1442
1443         del_lfvector(dFdXmV);
1444 }
1445
1446 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1447 {               
1448         unsigned int i=0;
1449         float step=0.0f, tf=1.0f;
1450         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1451         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1452         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1453         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1454         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1455         int result = 0;
1456         
1457         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1458         {
1459                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1460                 {                       
1461                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1462                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1463                         {                       
1464                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1465                                 // VecMulf(id->V[i], 1.0 / dt);
1466                         }
1467                 }       
1468         }
1469         
1470         while(step < tf)
1471         {               
1472                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1473                 
1474                 // calculate 
1475                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1476                 
1477                 // printf("F -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->F[109][0], id->F[109][1], id->F[109][2]);
1478                 
1479                 simulate_implicit_euler(id->Vnew, id->X, id->V, id->F, id->dFdV, id->dFdX, dt, id->A, id->B, id->dV, id->S, id->z, id->olddV, id->P, id->Pinv, id->M);
1480                 
1481                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1482                 /*
1483                 printf("dt: %f\n", dt);
1484                 printf("Xnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->Xnew[4][0], id->Xnew[4][1], id->Xnew[4][2]);
1485                 printf("X    -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->X[4][0], id->X[4][1], id->X[4][2]);
1486                 printf("Vnew -> x: %f, y: %f; z: %f\n", id->Vnew[4][0], id->Vnew[3][1], id->Vnew[4][2]);
1487                 printf("V -> x: %f, y: %f; z: %f\n\n", id->V[4][0], id->V[4][1], id->V[4][2]);
1488                 */
1489                 
1490                 // clmd->coll_parms->flags &= ~CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED;
1491                 
1492                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED)
1493                 {
1494                         // collisions 
1495                         // itstart();
1496                         
1497                         // update verts to current positions
1498                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1499                         {               
1500                                 
1501                                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1502                                 {                       
1503                                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1504                                         {                       
1505                                                 float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1506                                                 // VECSUB(tvect, id->Xnew[i], verts[i].xold);
1507                                                 mul_fvector_S(tvect, id->V[i], step+dt);
1508                                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1509                                                 VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1510                                         }
1511                                                 
1512                                 }
1513                                 
1514                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1515                                 
1516                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1517                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1518                         }
1519         
1520                         // call collision function
1521                         result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, dt);
1522         
1523                         // copy corrected positions back to simulation
1524                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1525                         {               
1526                                 if(result)
1527                                 {
1528                                         
1529                                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1530                                         {                       
1531                                                 if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1532                                                 {
1533                                                         continue;
1534                                                 }
1535                                         }
1536                                         
1537                                                 
1538                                         // VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1539                                         
1540                                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1541                                         
1542                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1543                                         
1544                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1545                                         VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1546                                 }
1547                                 else
1548                                 {
1549                                         VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1550                                 }
1551                         }
1552                         
1553                         // X = Xnew;
1554                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1555                         
1556                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1557                         if(result)
1558                         {
1559                                 // V = Vnew;
1560                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1561                                 
1562                                 // calculate 
1563                                 cloth_calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);        
1564                                 simulate_implicit_euler(id->Vnew, id->X, id->V, id->F, id->dFdV, id->dFdX, dt / 2.0f, id->A, id->B, id->dV, id->S, id->z, id->olddV, id->P, id->Pinv, id->M);
1565                         }
1566                 }
1567                 else
1568                 {
1569                         // X = Xnew;
1570                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1571                 }
1572                 
1573                 // itend();
1574                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1575                 
1576                 // V = Vnew;
1577                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1578
1579                 step += dt;
1580
1581                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1582                 
1583                 /* ask for user break */ 
1584                 /*
1585                 don't work very well, gives problems with ctrl-a + esc
1586                 if (CT_localInterruptCallBack && CT_localInterruptCallBack())
1587                         return 0;
1588                 */
1589         }
1590
1591         for(i = 0; i < numverts; i++)
1592         {                               
1593                 if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1594                 {
1595                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1596                         {
1597                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1598                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1599                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1600                         }
1601                         else
1602                         {
1603                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1604                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1605                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1606                         }
1607                 }
1608                 else
1609                 {
1610                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1611                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1612                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1613                 }
1614         }
1615         return 1;
1616 }
1617
1618 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1619 {               
1620         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1621         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1622         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1623         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1624         
1625         for(i = 0; i < numverts; i++)
1626         {                               
1627                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1628                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1629         }
1630         if(G.rt > 0)
1631                 printf("implicit_set_positions\n");     
1632 }
1633
1634 /* Cloth global visible functions */ 
1635 void clmdSetInterruptCallBack(int (*f)(void))
1636 {
1637         CT_localInterruptCallBack = f;
1638 }