Temporary fix for loading crash of .blends with cached frames. Also fixed some goal...
[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 <stdlib.h>
34 #include <string.h>
35 #include <stdio.h>
36 #include "MEM_guardedalloc.h"
37 /* types */
38 #include "DNA_curve_types.h"
39 #include "DNA_object_types.h"
40 #include "DNA_object_force.h"   
41 #include "DNA_cloth_types.h"    
42 #include "DNA_key_types.h"
43 #include "DNA_mesh_types.h"
44 #include "DNA_modifier_types.h"
45 #include "DNA_meshdata_types.h"
46 #include "DNA_lattice_types.h"
47 #include "DNA_scene_types.h"
48 #include "DNA_modifier_types.h"
49 #include "BLI_blenlib.h"
50 #include "BLI_arithb.h"
51 #include "BLI_threads.h"
52 #include "BKE_curve.h"
53 #include "BKE_displist.h"
54 #include "BKE_effect.h"
55 #include "BKE_global.h"
56 #include "BKE_key.h"
57 #include "BKE_object.h"
58 #include "BKE_cloth.h"
59 #include "BKE_modifier.h"
60 #include "BKE_utildefines.h"
61 #include "BKE_global.h"
62 #include  "BIF_editdeform.h"
63
64
65 #ifdef _WIN32
66 #include <windows.h>
67 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
68 static LARGE_INTEGER ifreq;
69 void itstart(void)
70 {
71         static int first = 1;
72         if(first) {
73                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
74                 first = 0;
75         }
76         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
77 }
78 void itend(void)
79 {
80         QueryPerformanceCounter(&_itend);
81 }
82 double itval()
83 {
84         return ((double)_itend.QuadPart -
85                 (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
86 }
87 #else
88 #include <sys/time.h>
89 // intrinsics need better compile flag checking
90 // #include <xmmintrin.h>
91 // #include <pmmintrin.h>
92 // #include <pthread.h>
93
94 static struct timeval _itstart, _itend;
95 static struct timezone itz;
96 void itstart(void)
97 {
98         gettimeofday(&_itstart, &itz);
99 }
100 void itend(void)
101 {
102         gettimeofday(&_itend,&itz);
103 }
104 double itval()
105 {
106         double t1, t2;
107         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
108         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
109         return t2-t1;
110 }
111 #endif
112 /*
113 #define C99
114 #ifdef C99
115 #defineDO_INLINE inline 
116 #else 
117 #defineDO_INLINE static 
118 #endif
119 */
120 struct Cloth;
121
122 //////////////////////////////////////////
123 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
124 /////////////////////////////////////////
125
126 /* DEFINITIONS */
127 typedef float lfVector[3];
128 typedef struct fmatrix3x3 {
129         float m[3][3]; /* 4x4 matrix */
130         unsigned int c,r; /* column and row number */
131         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
132         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
133         unsigned int vcount; /* vertex count */
134         unsigned int scount; /* spring count */ 
135 } fmatrix3x3;
136
137 ///////////////////////////
138 // float[3] vector
139 ///////////////////////////
140 /* simple vector code */
141 /* STATUS: verified */
142 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
143 {
144         to[0] = from[0] * scalar;
145         to[1] = from[1] * scalar;
146         to[2] = from[2] * scalar;
147 }
148 /* simple cross product */
149 /* STATUS: verified */
150 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
151 {
152         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
153         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
154         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
155 }
156 /* simple v^T * v product ("outer product") */
157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
159 {
160         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
161         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
162         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
163 }
164 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
165 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
166 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
167 {
168         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]* aS);
169         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]* aS);
170         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]* aS);
171 }
172
173 /* printf vector[3] on console: for debug output */
174 void print_fvector(float m3[3])
175 {
176         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
177 }
178
179 ///////////////////////////
180 // long float vector float (*)[3]
181 ///////////////////////////
182 /* print long vector on console: for debug output */
183 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
184 {
185         unsigned int i = 0;
186         for(i = 0; i < verts; i++)
187         {
188                 print_fvector(fLongVector[i]);
189         }
190 }
191 /* create long vector */
192 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
193 {
194         // TODO: check if memory allocation was successfull */
195         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
196         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
197 }
198 /* delete long vector */
199 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
200 {
201         if (fLongVector != NULL)
202         {
203                 MEM_freeN (fLongVector);
204                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
205         }
206 }
207 /* copy long vector */
208 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
209 {
210         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
211 }
212 /* init long vector with float[3] */
213 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
214 {
215         unsigned int i = 0;
216         for(i = 0; i < verts; i++)
217         {
218                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
219         }
220 }
221 /* zero long vector with float[3] */
222 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
223 {
224         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
225 }
226 /* multiply long vector with scalar*/
227 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
228 {
229         unsigned int i = 0;
230
231         for(i = 0; i < verts; i++)
232         {
233                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
234         }
235 }
236 /* multiply long vector with scalar*/
237 /* A -= B * float */
238 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
239 {
240         unsigned int i = 0;
241         for(i = 0; i < verts; i++)
242         {
243                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
244         }
245 }
246 /* dot product for big vector */
247 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
248 {
249         unsigned int i = 0;
250         float temp = 0.0;
251 // schedule(guided, 2)
252 #pragma omp parallel for reduction(+: temp)
253         for(i = 0; i < verts; i++)
254         {
255                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
256         }
257         return temp;
258 }
259 /* A = B + C  --> for big vector */
260 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
261 {
262         unsigned int i = 0;
263
264         for(i = 0; i < verts; i++)
265         {
266                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
267         }
268
269 }
270 /* A = B + C * float --> for big vector */
271 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
272 {
273         unsigned int i = 0;
274
275         for(i = 0; i < verts; i++)
276         {
277                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
278
279         }
280 }
281 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
282 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
283 {
284         unsigned int i = 0;
285
286         for(i = 0; i < verts; i++)
287         {
288                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
289         }
290 }
291 /* A = B - C * float --> for big vector */
292 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
293 {
294         unsigned int i = 0;
295         for(i = 0; i < verts; i++)
296         {
297                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
298         }
299
300 }
301 /* A = B - C --> for big vector */
302 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
303 {
304         unsigned int i = 0;
305
306         for(i = 0; i < verts; i++)
307         {
308                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
309         }
310
311 }
312 ///////////////////////////
313 // 4x4 matrix
314 ///////////////////////////
315 /* printf 4x4 matrix on console: for debug output */
316 void print_fmatrix(float m3[3][3])
317 {
318         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
319         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
320         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
321 }
322 /* copy 4x4 matrix */
323 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
324 {
325         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
326         VECCOPY(to[0], from[0]);
327         VECCOPY(to[1], from[1]);
328         VECCOPY(to[2], from[2]);
329 }
330 /* calculate determinant of 4x4 matrix */
331 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
332 {
333         return  m[0][0]*m[1][1]*m[2][2] + m[1][0]*m[2][1]*m[0][2] + m[0][1]*m[1][2]*m[2][0] 
334         -m[0][0]*m[1][2]*m[2][1] - m[0][1]*m[1][0]*m[2][2] - m[2][0]*m[1][1]*m[0][2];
335 }
336 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
337 {
338         unsigned int i, j;
339         float d;
340
341         if((d=det_fmatrix(from))==0)
342         {
343                 printf("can't build inverse");
344                 exit(0);
345         }
346         for(i=0;i<3;i++) 
347         {
348                 for(j=0;j<3;j++) 
349                 {
350                         int i1=(i+1)%3;
351                         int i2=(i+2)%3;
352                         int j1=(j+1)%3;
353                         int j2=(j+2)%3;
354                         // reverse indexs i&j to take transpose
355                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
356                         /*
357                         if(i==j)
358                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
359                         else
360                         to[i][j] = 0;
361                         */
362                 }
363         }
364
365 }
366
367 /* 4x4 matrix multiplied by a scalar */
368 /* STATUS: verified */
369 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
370 {
371         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
372         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
373         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
374 }
375
376 /* a vector multiplied by a 4x4 matrix */
377 /* STATUS: verified */
378 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
379 {
380         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
381         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
382         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
383 }
384
385 /* 4x4 matrix multiplied by a vector */
386 /* STATUS: verified */
387 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
388 {
389         to[0] = INPR(matrix[0],from);
390         to[1] = INPR(matrix[1],from);
391         to[2] = INPR(matrix[2],from);
392 }
393 /* 4x4 matrix multiplied by a 4x4 matrix */
394 /* STATUS: verified */
395 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
396 {
397         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
398         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
399         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
400 }
401 /* 4x4 matrix addition with 4x4 matrix */
402 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
403 {
404         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
405         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
406         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
407 }
408 /* 4x4 matrix add-addition with 4x4 matrix */
409 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
410 {
411         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
412         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
413         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
414 }
415 /* 4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix */
416 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
417 {
418         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
419         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
420         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
421 }
422 /* A -= B + C (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
423 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
424 {
425         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
426         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
427         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
428 }
429 /* A -= B*x + C*y (4x4 matrix sub-addition with 4x4 matrix) */
430 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
431 {
432         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
433         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
434         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
435 }
436 /* A = B - C (4x4 matrix subtraction with 4x4 matrix) */
437 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
438 {
439         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
440         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
441         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
442 }
443 /* A += B - C (4x4 matrix add-subtraction with 4x4 matrix) */
444 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
445 {
446         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
447         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
448         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
449 }
450 /////////////////////////////////////////////////////////////////
451 // special functions
452 /////////////////////////////////////////////////////////////////
453 /* a vector multiplied and added to/by a 4x4 matrix */
454 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
455 {
456         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
457         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
458         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
459 }
460 /* 4x4 matrix multiplied and added  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
461 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
462 {
463         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
464         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
465         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
466 }
467 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 4x4 matrix */
468 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
469 {
470         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
471         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
472         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
473 }
474 /* 4x4 matrix multiplied and sub'd  to/by a 4x4 matrix  and added to another 4x4 matrix */
475 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
476 {
477         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
478         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
479         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
480 }
481 /* 4x4 matrix multiplied+added by a vector */
482 /* STATUS: verified */
483 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
484 {
485         to[0] += INPR(matrix[0],from);
486         to[1] += INPR(matrix[1],from);
487         to[2] += INPR(matrix[2],from);  
488 }
489 /* 4x4 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
490 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
491 {
492         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
493         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
494         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
495 }
496 /////////////////////////////////////////////////////////////////
497
498 ///////////////////////////
499 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 4x4 matrix entries
500 ///////////////////////////
501 /* printf a big matrix on console: for debug output */
502 void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
503 {
504         unsigned int i = 0;
505
506         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
507         {
508                 print_fmatrix(m3[i].m);
509         }
510 }
511 /* create big matrix */
512 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
513 {
514         // TODO: check if memory allocation was successfull */
515         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
516         temp[0].vcount = verts;
517         temp[0].scount = springs;
518         return temp;
519 }
520 /* delete big matrix */
521 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
522 {
523         if (matrix != NULL)
524         {
525                 MEM_freeN (matrix);
526         }
527 }
528 /* copy big matrix */
529 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
530 {       
531         // TODO bounds checking 
532         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
533 }
534 /* init the diagonal of big matrix */
535 // slow in parallel
536 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
537 {
538         unsigned int i,j;
539         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
540
541         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
542         {               
543                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
544         }
545         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
546         {
547                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
548         }
549 }
550 /* init big matrix */
551 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
552 {
553         unsigned int i;
554
555         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
556         {
557                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
558         }
559 }
560 /* multiply big matrix with scalar*/
561 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
562 {
563         unsigned int i = 0;
564         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
565         {
566                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
567         }
568 }
569 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
570 /* STATUS: verified */
571 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, float (*fLongVector)[3])
572 {
573         unsigned int i = 0,j=0;
574         zero_lfvector(to, from[0].vcount);
575         /* process diagonal elements */ 
576         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
577         {
578                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);       
579         }
580
581         /* process off-diagonal entries (every off-diagonal entry needs to be symmetric) */
582 #pragma parallel for shared(to,from, fLongVector) private(i) 
583         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
584         {
585                 // muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
586                 
587                 to[from[i].c][0] += INPR(from[i].m[0],fLongVector[from[i].r]);
588                 to[from[i].c][1] += INPR(from[i].m[1],fLongVector[from[i].r]);
589                 to[from[i].c][2] += INPR(from[i].m[2],fLongVector[from[i].r]);  
590                 
591                 // muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
592                 
593                 to[from[i].r][0] += INPR(from[i].m[0],fLongVector[from[i].c]);
594                 to[from[i].r][1] += INPR(from[i].m[1],fLongVector[from[i].c]);
595                 to[from[i].r][2] += INPR(from[i].m[2],fLongVector[from[i].c]);  
596         }
597 }
598 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
599 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
600 {
601         unsigned int i = 0;
602
603         /* process diagonal elements */
604         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
605         {
606                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
607         }
608
609 }
610 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
611 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
612 {
613         unsigned int i = 0;
614
615         /* process diagonal elements */
616         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
617         {
618                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
619         }
620
621 }
622 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
623 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
624 {
625         unsigned int i = 0;
626
627         /* process diagonal elements */
628         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
629         {
630                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
631         }
632
633 }
634 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
635 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
636 {
637         unsigned int i = 0;
638
639         /* process diagonal elements */
640         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
641         {
642                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
643         }
644
645 }
646 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
647 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
648 {
649         unsigned int i = 0;
650
651         /* process diagonal elements */
652         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
653         {
654                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
655         }
656
657 }
658 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
659 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
660 {
661         unsigned int i = 0;
662
663         /* process diagonal elements */
664         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
665         {
666                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
667         }
668
669 }
670 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
671 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
672 /* VERIFIED */
673 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
674 {
675         unsigned int i = 0;
676
677         /* process diagonal elements */
678         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
679         {
680                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
681         }
682
683 }
684
685 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
686 // simulator start
687 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
688 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
689 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
690 typedef struct Implicit_Data 
691 {
692         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
693         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI; 
694 } Implicit_Data;
695
696 int implicit_init (Object *ob, ClothModifierData *clmd)
697 {
698         unsigned int i = 0;
699         unsigned int pinned = 0;
700         Cloth *cloth = NULL;
701         ClothVertex *verts = NULL;
702         ClothSpring *springs = NULL;
703         Implicit_Data *id = NULL;
704
705         // init memory guard
706         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
707
708         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
709         verts = cloth->verts;
710         springs = cloth->springs;
711
712         // create implicit base
713         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
714         cloth->implicit = id;
715
716         /* process diagonal elements */         
717         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
718         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
719         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
720         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
721         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
722         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
723         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
724         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
725         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
726         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
727         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
728         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
729         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
730         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
731         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
732         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
733         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
734         
735         for(i=0;i<cloth->numverts;i++) 
736         {
737                 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;
738
739                 if(verts [i].flags & CVERT_FLAG_PINNED)
740                 {
741                         id->S[pinned].pinned = 1;
742                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
743                         pinned++;
744                 }
745         }
746
747         // S is special and needs specific vcount and scount
748         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
749
750         // init springs */
751         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
752         {
753                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
754                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
755                         id->P[i+cloth->numverts].r = id->Pinv[i+cloth->numverts].r = id->bigI[i+cloth->numverts].r = springs[i].ij;
756
757                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
758                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
759                         id->P[i+cloth->numverts].c = id->Pinv[i+cloth->numverts].c = id->bigI[i+cloth->numverts].c = springs[i].kl;
760
761                 springs[i].matrix_index = i + cloth->numverts;
762         }
763
764         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
765         {               
766                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
767         }
768
769         return 1;
770 }
771 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
772 {
773         Implicit_Data *id;
774         Cloth *cloth;
775         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
776
777         if(cloth)
778         {
779                 id = cloth->implicit;
780
781                 if(id)
782                 {
783                         del_bfmatrix(id->A);
784                         del_bfmatrix(id->dFdV);
785                         del_bfmatrix(id->dFdX);
786                         del_bfmatrix(id->S);
787                         del_bfmatrix(id->P);
788                         del_bfmatrix(id->Pinv);
789                         del_bfmatrix(id->bigI);
790
791                         del_lfvector(id->X);
792                         del_lfvector(id->Xnew);
793                         del_lfvector(id->V);
794                         del_lfvector(id->Vnew);
795                         del_lfvector(id->olddV);
796                         del_lfvector(id->F);
797                         del_lfvector(id->B);
798                         del_lfvector(id->dV);
799                         del_lfvector(id->z);
800
801                         MEM_freeN(id);
802                 }
803         }
804
805         return 1;
806 }
807 DO_INLINE float fb(float length, float L)
808 {
809         float x = length/L;
810         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
811 }
812 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
813 {
814         float x = length/L;
815
816         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
817 }
818
819 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
820 {
821         float tempfb = kb * fb(length, L);
822
823         float fbstar = cb * (length - L);
824
825         if(tempfb < fbstar)
826                 return fbstar;
827         else
828                 return tempfb;          
829 }
830 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
831 {
832         float tempfb = kb * fb(length, L);
833         float fbstar = cb * (length - L);
834
835         if(tempfb < fbstar)
836         {               
837                 return cb;
838         }
839         else
840         {
841                 return kb * fbderiv(length, L); 
842         }       
843 }
844 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
845 {
846         unsigned int i=0;
847
848         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
849         {
850                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
851         }
852 }
853 // block diagonalizer
854 void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *bigI)
855 {
856         unsigned int i=0;
857
858         // Take only the diagonal blocks of A
859         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)
860         {
861                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m); 
862         }
863         /*
864         // SpecialBigSMul(P, S, P);
865         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
866         {
867         mul_fmatrix_fmatrix(P[S[i].r].m, S[i].m, P[S[i].r].m);
868         }
869         add_bfmatrix_bfmatrix(P, P, bigI);
870         */
871         for(i=0;i<lA[0].vcount;i++)                              
872         {
873                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m); 
874         }               
875
876 }
877 int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
878 {
879         // Solves for unknown X in equation AX=B
880         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
881         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
882         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
883         float s, starget, a, s_prev;
884         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
885         q = create_lfvector(numverts);
886         d = create_lfvector(numverts);
887         tmp = create_lfvector(numverts);
888         r = create_lfvector(numverts);
889
890         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
891         filter(ldV, S);
892
893         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
894
895         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
896         cp_lfvector(r, lB, numverts);
897         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
898         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
899
900         filter(r,S);
901
902         cp_lfvector(d, r, numverts);
903
904         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
905         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
906
907         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
908         {       
909                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
910                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
911
912                 filter(q,S);
913
914                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
915
916                 // X = X + d*a;
917                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
918
919                 // r = r - q*a;
920                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
921
922                 s_prev = s;
923                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
924
925                 //d = r+d*(s/s_prev);
926                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
927
928                 filter(d,S);
929
930                 conjgrad_loopcount++;
931         }
932         conjgrad_lasterror = s;
933
934         del_lfvector(q);
935         del_lfvector(d);
936         del_lfvector(tmp);
937         del_lfvector(r);
938         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
939
940         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
941 }
942 /*
943 int cg_filtered_pre(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, lfVector *X0, float dt)
944 {
945 // Solves for unknown X in equation AX=B
946 unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
947 float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
948 lfVector *q, *c , *tmp, *r, *s, *filterX0, *p_fb, *bhat;
949 float delta0, deltanew, deltaold, alpha=0, epsilon_sqr;
950 unsigned int numverts = lA[0].vcount;
951 int i = 0;
952 q = create_lfvector(numverts);
953 c = create_lfvector(numverts);
954 tmp = create_lfvector(numverts);
955 r = create_lfvector(numverts);
956 s = create_lfvector(numverts);
957 filterX0 = create_lfvector(numverts);
958 p_fb = create_lfvector(numverts);
959 bhat = create_lfvector(numverts);
960
961 // SpecialBigSSub(bigI, S);
962 initdiag_bfmatrix(bigI, I);
963 sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S); // TODO
964
965 BuildPPinv(lA,P,Pinv,S, bigI);
966
967 //////////////////////////
968 // x = S*x0 + (I-S)*z 
969 //////////////////////////
970 // filterX0 = X0 * 1.0f;
971 cp_lfvector(filterX0, X0, numverts);
972 // filter(filterX0,S);
973 filter(filterX0, S);
974 // X = filterX0 * 1.0f;
975 cp_lfvector(ldV, filterX0, numverts);
976
977 // X = X + Mul(tmp, bigI, z);
978 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, bigI, z);
979 add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, tmp, numverts);
980 //////////////////////////
981
982
983 //////////////////////////
984 // b_hat = S*(b-A*(I-S)*z) 
985 //////////////////////////      
986 // bhat = bigI * z;
987 mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, z);
988 // bhat = Mul(tmp, A, bhat);
989 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, bhat);
990 cp_lfvector(bhat, tmp, numverts);
991 // bhat = B - bhat;
992 sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
993 // cp_lfvector(bhat, lB, numverts);
994 filter(bhat,S);
995 //////////////////////////
996
997 //////////////////////////
998 // r = S*(b - A*x)  
999 //////////////////////////
1000 // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
1001 mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
1002 sub_lfvector_lfvector(r, lB, tmp, numverts);
1003 // cp_lfvector(r, lB, numverts);
1004 filter(r,S);
1005 //////////////////////////
1006
1007
1008 //////////////////////////
1009 // (p) = c = S * P^-1 * r
1010 //////////////////////////
1011 // c = Pinv * r;
1012 mul_bfmatrix_lfvector(c, Pinv, r);
1013 filter(c,S);
1014 //////////////////////////      
1015
1016
1017 //////////////////////////
1018 // p_fb = P * bhat
1019 // delta0 = dot(bhat, p_fb)
1020 //////////////////////////
1021 // p_fb = P*bhat;       
1022 mul_bfmatrix_lfvector(p_fb, P, bhat);
1023 delta0 = dot_lfvector(bhat, p_fb, numverts);
1024 //////////////////////////
1025
1026
1027 //////////////////////////
1028 // deltanew = dot(r,c)
1029 //////////////////////////
1030 deltanew = dot_lfvector(r, c, numverts);
1031 //////////////////////////
1032 epsilon_sqr = conjgrad_epsilon*conjgrad_epsilon; // paper mentiones dt * 0.01
1033
1034 while((deltanew>(epsilon_sqr*delta0))&& (conjgrad_loopcount++ < conjgrad_looplimit))
1035 {
1036 //////////////////////////
1037 // (s) = q = S*A*c
1038 //////////////////////////
1039 // q = A*c; 
1040 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, c);
1041 filter(q,S);
1042 //////////////////////////              
1043
1044 //////////////////////////
1045 // alpha = deltanew / (c^T * q)
1046 //////////////////////////
1047 alpha = deltanew/dot_lfvector(c, q, numverts);
1048 //////////////////////////              
1049
1050 //X = X + c*alpha;
1051 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, c, alpha, numverts);
1052 //r = r - q*alpha;
1053 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, alpha, numverts);               
1054
1055 //////////////////////////
1056 // (h) = s = P^-1 * r
1057 //////////////////////////
1058 // s = Pinv * r;
1059 mul_bfmatrix_lfvector(s, Pinv, r);
1060 filter(s,S);
1061 //////////////////////////
1062
1063 deltaold = deltanew;
1064
1065 // deltanew = dot(r,s);
1066 deltanew = dot_lfvector(r, s, numverts);
1067
1068 //////////////////////////
1069 // c = S * (s + (deltanew/deltaold)*c)
1070 //////////////////////////      
1071 // c = s + c * (deltanew/deltaold);
1072 add_lfvector_lfvectorS(c, s, c, (deltanew/deltaold), numverts);
1073 filter(c,S);
1074 //////////////////////////
1075
1076 }
1077 conjgrad_lasterror = deltanew;
1078 del_lfvector(q);
1079 del_lfvector(c);
1080 del_lfvector(tmp);
1081 del_lfvector(r);
1082 del_lfvector(s);
1083 del_lfvector(filterX0);
1084 del_lfvector(p_fb);
1085 del_lfvector(bhat);
1086 printf("Bconjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
1087
1088 return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
1089 }
1090 */
1091
1092 // outer product is NOT cross product!!!
1093 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k)
1094 {
1095         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1096         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1097         float temp[3][3];
1098         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1099         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1100         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1101         mul_fmatrix_S(temp, k);
1102         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1103 }
1104 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3],float length,float L,float k, float cb)
1105 {
1106         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1107         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1108 }
1109 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1110 {
1111         // derivative of force wrt velocity.  
1112         // return outerprod(dir,dir) * damping;
1113         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1114 }
1115 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1116 {
1117         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1118         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1119         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1120         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1121         mul_fmatrix_S(to, (((L/length)> 1.0f) ? (1.0f): (L/length))); 
1122         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1123         mul_fmatrix_S(to, -k);
1124 }
1125 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1126 {
1127         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1128         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1129         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1130         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1131         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest)))); 
1132
1133 }
1134
1135 DO_INLINE void calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1136 {
1137         float extent[3];
1138         float length = 0;
1139         float dir[3] = {0,0,0};
1140         float vel[3];
1141         float k = 0.0f;
1142         float L = s->restlen;
1143         float cb = clmd->sim_parms.structural;
1144
1145         float f[3] = {0,0,0};
1146         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1147         float bending_force[3] = {0,0,0};
1148         float damping_force[3] = {0,0,0};
1149         float dfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1150         float dfdv[3][3];
1151         int needed = 0;
1152         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1153         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1154
1155         // calculate elonglation
1156         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1157         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1158         length = sqrt(INPR(extent, extent));
1159         
1160         
1161         
1162         if(length > ABS(ALMOST_ZERO))
1163         {
1164                 if(length>L)
1165                 {
1166                         if((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) 
1167                         && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms.maxspringlen))) // cut spring!
1168                         {
1169                                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1170                                 return;
1171                         }
1172                 } 
1173                 
1174                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1175         }
1176         else    
1177         {
1178                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1179         }
1180         
1181         
1182         // calculate force of structural springs
1183         if(s->type != BENDING)
1184         {
1185                 if(length > L) // only on elonglation
1186                 {
1187                         needed++;
1188
1189                         k = clmd->sim_parms.structural; 
1190
1191                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, (k*(length-L))); 
1192
1193                         VECADD(f, f, stretch_force);
1194
1195                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1196                         mul_fvector_S(damping_force, extent, clmd->sim_parms.Cdis * ((INPR(vel,extent)/length))); 
1197                         VECADD(f, f, damping_force);
1198
1199                         dfdx_spring_type1(dfdx, dir,length,L,k);
1200
1201                         dfdv_damp(dfdv, dir,clmd->sim_parms.Cdis);      
1202                                         
1203                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, dfdv);
1204                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, dfdv);
1205
1206                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, dfdv);    
1207                         
1208                 }
1209         }
1210         else // calculate force of bending springs
1211         {
1212                 if(length < L)
1213                 {
1214                         k = clmd->sim_parms.bending;
1215
1216                         needed++;       
1217
1218                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1219                         VECADD(f, f, bending_force);
1220
1221                         dfdx_spring_type2(dfdx, dir,length,L,k, cb);
1222                 }
1223         }
1224
1225         if(needed)
1226         {
1227                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], f);
1228                 VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], f);
1229
1230                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, dfdx);
1231                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, dfdx);
1232
1233                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, dfdx);
1234         }
1235 }
1236
1237 DO_INLINE void calculateTriangleNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1238 {
1239         float v1[3], v2[3];
1240
1241         VECSUB(v1, X[mface.v2], X[mface.v1]);
1242         VECSUB(v2, X[mface.v3], X[mface.v1]);
1243         cross_fvector(to, v1, v2);
1244 }
1245 DO_INLINE void calculatQuadNormal(float to[3], lfVector *X, MFace mface)
1246 {
1247         float temp = CalcNormFloat4(X[mface.v1],X[mface.v2],X[mface.v3],X[mface.v4],to);
1248         mul_fvector_S(to, to, temp);
1249 }
1250
1251 void calculateWeightedVertexNormal(ClothModifierData *clmd, MFace *mfaces, float to[3], int index, lfVector *X)
1252 {
1253         float temp[3]; 
1254         int i;
1255         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1256
1257         for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1258         {
1259                 // check if this triangle contains the selected vertex
1260                 if(mfaces[i].v1 == index || mfaces[i].v2 == index || mfaces[i].v3 == index || mfaces[i].v4 == index)
1261                 {
1262                         calculatQuadNormal(temp, X, mfaces[i]);
1263                         VECADD(to, to, temp);
1264                 }
1265         }
1266 }
1267 float calculateVertexWindForce(int index, float wind[3], float vertexnormal[3])  
1268 {
1269         return fabs(INPR(wind, vertexnormal) * 0.5f);
1270 }
1271
1272 DO_INLINE void calc_triangle_force(ClothModifierData *clmd, MFace mface, lfVector *F, lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors)
1273 {       
1274
1275 }
1276
1277 void calc_force(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time)
1278 {
1279         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1280         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1281         unsigned int    i               = 0;
1282         float           spring_air      = clmd->sim_parms.Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1283         float           gravity[3];
1284         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1285         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1286         ClothSpring     *springs        = cloth->springs;
1287         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1288         float wind_normalized[3];
1289         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1290         float auxvect[3], velgoal[3], tvect[3];
1291         float kd, ks;
1292
1293
1294         VECCOPY(gravity, clmd->sim_parms.gravity);
1295         mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f); /* scale gravity force */
1296
1297         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1298         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1299         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1300         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1301
1302         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1303
1304         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1305
1306         /* do goal stuff */
1307         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) 
1308         {       
1309                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1310                 {                       
1311                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1312                         {                       
1313                                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1314                                 VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1315                                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1316                                 VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1317
1318                                 VecSubf(auxvect, tvect, lX[i]);
1319                                 ks  = 1.0f/(1.0f- verts [i].goal*clmd->sim_parms.goalspring)-1.0f ;
1320                                 VECADDS(lF[i], lF[i], auxvect, -ks);
1321
1322                                 /* calulate damping forces generated by goals*/
1323                                 VECSUB(velgoal,verts[i].xold, verts[i].xconst);
1324                                 kd =  clmd->sim_parms.goalfrict * 0.01f; // friction force scale taken from SB
1325                                 VECSUBADDSS(lF[i], velgoal, kd, lV[i], kd);
1326
1327                         }
1328                 }       
1329         }
1330
1331         /* handle external forces like wind */
1332         if(effectors)
1333         {
1334                 float wind[3] = {0,1.0f,0};
1335                 float force[3]= {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1336
1337                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1338                 {
1339                         float vertexnormal[3]={0,0,0};
1340
1341                         pdDoEffectors(effectors, lX[i], force, wind, (float)G.scene->r.cfra, 0.0f, PE_WIND_AS_SPEED);           
1342
1343                         VECCOPY(wind_normalized, wind);
1344                         Normalize(wind_normalized);
1345
1346                         calculateWeightedVertexNormal(clmd, mfaces, vertexnormal, i, lX);
1347                         VECADDS(lF[i], lF[i], wind_normalized, -calculateVertexWindForce(i, wind, vertexnormal));
1348                 }
1349         }
1350
1351         /* calculate and apply spring forces */
1352         for(i = 0; i < cloth->numsprings; i++)
1353         {
1354                 // only handle active springs
1355                 if(((clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1356                 {
1357                         calc_spring_force(clmd, &springs[i], lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1358                 }
1359         }
1360
1361 }
1362
1363 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)
1364 {
1365         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1366
1367         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1368
1369         initdiag_bfmatrix(A, I);
1370         zero_lfvector(dV, numverts);
1371
1372         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));   
1373
1374         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1375
1376         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1377         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1378         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, olddV, dt);
1379         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1380
1381         // advance velocities
1382         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1383
1384         del_lfvector(dFdXmV);
1385 }
1386
1387 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors,
1388                                          CM_COLLISION_SELF self_collision, CM_COLLISION_OBJ obj_collision)
1389 {               
1390         unsigned int i=0, j;
1391         float step=0.0f, tf=1.0f;
1392         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1393         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1394         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1395         float dt = 1.0f / clmd->sim_parms.stepsPerFrame;
1396         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1397         int result = 0;
1398         
1399         if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1400         {
1401                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1402                 {                       
1403                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1404                         if(verts [i].goal >= SOFTGOALSNAP)
1405                         {                       
1406                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1407                         }
1408                 }       
1409         }
1410
1411         while(step < tf)
1412         {               
1413                 effectors= pdInitEffectors(ob,NULL);
1414                 
1415                 // calculate 
1416                 calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);     
1417                 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);
1418                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1419                 
1420                 // collisions 
1421                 itstart();
1422                 // update verts to current positions
1423                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1424                 {               
1425                         VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1426                         
1427                         VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1428                 }
1429
1430                 // call collision function
1431                 result = cloth_bvh_objcollision(clmd, step + dt, bvh_collision_response, dt);
1432
1433                 // copy corrected positions back to simulation
1434                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1435                 {               
1436                         // TODO: calculate v_n+1 from v_n+1/2
1437                         if(result)
1438                         {
1439                                 VECADD(verts[i].tx, verts[i].txold, verts[i].tv);
1440                                 
1441                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].tx);
1442                                 
1443                                 VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1444                                 
1445                                 VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1446                                 VecMulf(id->Vnew[i], 1.0f / dt);
1447                         }
1448                         else
1449                         {
1450                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->Xnew[i]);
1451                         }
1452                 }
1453                 
1454                 // X = Xnew;
1455                 cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1456                 
1457                 // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1458                 if(result)
1459                 {
1460                         // V = Vnew;
1461                         cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1462                         
1463                         // calculate 
1464                         calc_force(clmd, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step);     
1465                         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);
1466                 }
1467                 
1468                 itend();
1469                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1470                 
1471                 // V = Vnew;
1472                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1473
1474                 step += dt;
1475
1476                 if(effectors) pdEndEffectors(effectors);
1477         }
1478
1479         for(i = 0; i < numverts; i++)
1480         {                               
1481                 if(clmd->sim_parms.flags & CSIMSETT_FLAG_GOAL)
1482                 {
1483                         if(verts [i].goal < SOFTGOALSNAP)
1484                         {
1485                                 VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1486                                 VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1487                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1488                         }
1489                         else
1490                         {
1491                                 VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst);
1492                                 VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1493                                 VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1494                         }
1495                 }
1496                 else
1497                 {
1498                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1499                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1500                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1501                 }
1502         }
1503         return 1;
1504 }
1505
1506 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1507 {               
1508         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1509         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1510         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1511         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1512         unsigned int pinned = 0;
1513         
1514         // reset pinned verts in S matrix to zero
1515         // id->S[0].vcount = 0; id->S[0].scount = 0;
1516         
1517         for(i = 0; i < numverts; i++)
1518         {                               
1519                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1520                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1521                 /*
1522                 if(verts [i].flags & CVERT_FLAG_PINNED)
1523                 {
1524                         id->S[pinned].pinned = 1;
1525                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
1526                         pinned++;
1527                 }
1528                 */
1529         }       
1530         // id->S[0].vcount = pinned;
1531 }