Cleanup: use doxy groups
[blender.git] / source / blender / blenkernel / BKE_particle.h
1 /*
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6  *
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11  *
12  * You should have received a copy of the GNU General Public License
13  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
14  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
15  *
16  * The Original Code is Copyright (C) 2007 by Janne Karhu.
17  * All rights reserved.
18  * Adaptive time step
19  * Classical SPH
20  * Copyright 2011-2012 AutoCRC
21  */
22
23 #ifndef __BKE_PARTICLE_H__
24 #define __BKE_PARTICLE_H__
25
26 /** \file
27  * \ingroup bke
28  */
29
30 #include "BLI_utildefines.h"
31
32 #include "DNA_particle_types.h"
33 #include "DNA_object_types.h"
34
35 #include "BKE_customdata.h"
36
37 struct ParticleKey;
38 struct ParticleSettings;
39 struct ParticleSystem;
40 struct ParticleSystemModifierData;
41
42 struct BVHTreeRay;
43 struct BVHTreeRayHit;
44 struct CustomData_MeshMasks;
45 struct Depsgraph;
46 struct Depsgraph;
47 struct EdgeHash;
48 struct KDTree_3d;
49 struct LatticeDeformData;
50 struct LinkNode;
51 struct MCol;
52 struct MFace;
53 struct MTFace;
54 struct MVert;
55 struct Main;
56 struct ModifierData;
57 struct Object;
58 struct RNG;
59 struct Scene;
60 struct ViewLayer;
61
62 #define PARTICLE_COLLISION_MAX_COLLISIONS 10
63
64 #define PARTICLE_P \
65   ParticleData *pa; \
66   int p
67 #define LOOP_PARTICLES for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++)
68 #define LOOP_EXISTING_PARTICLES \
69   for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++) \
70     if (!(pa->flag & PARS_UNEXIST))
71 #define LOOP_SHOWN_PARTICLES \
72   for (p = 0, pa = psys->particles; p < psys->totpart; p++, pa++) \
73     if (!(pa->flag & (PARS_UNEXIST | PARS_NO_DISP)))
74 /* OpenMP: Can only advance one variable within loop definition. */
75 #define LOOP_DYNAMIC_PARTICLES \
76   for (p = 0; p < psys->totpart; p++) \
77     if ((pa = psys->particles + p)->state.time > 0.0f)
78
79 /* fast but sure way to get the modifier*/
80 #define PARTICLE_PSMD \
81   ParticleSystemModifierData *psmd = sim->psmd ? sim->psmd : psys_get_modifier(sim->ob, sim->psys)
82
83 /* common stuff that many particle functions need */
84 typedef struct ParticleSimulationData {
85   struct Depsgraph *depsgraph;
86   struct Scene *scene;
87   struct Object *ob;
88   struct ParticleSystem *psys;
89   struct ParticleSystemModifierData *psmd;
90   struct ListBase *colliders;
91   /* Courant number. This is used to implement an adaptive time step. Only the
92    * maximum value per time step is important. Only sph_integrate makes use of
93    * this at the moment. Other solvers could, too. */
94   float courant_num;
95   /* Only valid during dynamics_step(). */
96   struct RNG *rng;
97 } ParticleSimulationData;
98
99 typedef struct SPHData {
100   ParticleSystem *psys[10];
101   ParticleData *pa;
102   float mass;
103   struct EdgeHash *eh;
104   float *gravity;
105   float hfac;
106   /* Average distance to neighbors (other particles in the support domain),
107    * for calculating the Courant number (adaptive time step). */
108   int pass;
109   float element_size;
110   float flow[3];
111
112   /* Integrator callbacks. This allows different SPH implementations. */
113   void (*force_cb)(void *sphdata_v, ParticleKey *state, float *force, float *impulse);
114   void (*density_cb)(void *rangedata_v, int index, const float co[3], float squared_dist);
115 } SPHData;
116
117 typedef struct ParticleTexture {
118   float ivel;                                         /* used in reset */
119   float time, life, exist, size;                      /* used in init */
120   float damp, gravity, field;                         /* used in physics */
121   float length, clump, kink_freq, kink_amp, effector; /* used in path caching */
122   float rough1, rough2, roughe;                       /* used in path caching */
123   float twist;                                        /* used in path caching */
124 } ParticleTexture;
125
126 typedef struct ParticleSeam {
127   float v0[3], v1[3];
128   float nor[3], dir[3], tan[3];
129   float length2;
130 } ParticleSeam;
131
132 typedef struct ParticleCacheKey {
133   float co[3];
134   float vel[3];
135   float rot[4];
136   float col[3];
137   float time;
138   int segments;
139 } ParticleCacheKey;
140
141 typedef struct ParticleThreadContext {
142   /* shared */
143   struct ParticleSimulationData sim;
144   struct Mesh *mesh;
145   struct Material *ma;
146
147   /* distribution */
148   struct KDTree_3d *tree;
149
150   struct ParticleSeam *seams;
151   int totseam;
152
153   float *jit, *jitoff, *weight;
154   float maxweight;
155   int *index, jitlevel;
156
157   int cfrom, distr;
158
159   struct ParticleData *tpars;
160
161   /* path caching */
162   bool editupdate;
163   int between, segments, extra_segments;
164   int totchild, totparent, parent_pass;
165
166   float cfra;
167
168   float *vg_length, *vg_clump, *vg_kink;
169   float *vg_rough1, *vg_rough2, *vg_roughe;
170   float *vg_effector;
171   float *vg_twist;
172
173   struct CurveMapping *clumpcurve;
174   struct CurveMapping *roughcurve;
175   struct CurveMapping *twistcurve;
176 } ParticleThreadContext;
177
178 typedef struct ParticleTask {
179   ParticleThreadContext *ctx;
180   struct RNG *rng, *rng_path;
181   int begin, end;
182 } ParticleTask;
183
184 typedef struct ParticleCollisionElement {
185   /* pointers to original data */
186   float *x[3], *v[3];
187
188   /* values interpolated from original data*/
189   float x0[3], x1[3], x2[3], p[3];
190
191   /* results for found intersection point */
192   float nor[3], vel[3], uv[2];
193
194   /* count of original data (1-4) */
195   int tot;
196
197   /* index of the collision face */
198   int index;
199
200   /* flags for inversed normal / particle already inside element at start */
201   short inv_nor, inside;
202 } ParticleCollisionElement;
203
204 /** Container for moving data between deflet_particle and particle_intersect_face. */
205 typedef struct ParticleCollision {
206   struct Object *current;
207   struct Object *hit;
208   struct Object *skip[PARTICLE_COLLISION_MAX_COLLISIONS + 1];
209   struct Object *emitter;
210
211   /** Collision modifier for current object. */
212   struct CollisionModifierData *md;
213
214   /** Time factor of previous collision, needed for substracting face velocity. */
215   float f;
216   float fac1, fac2;
217
218   float cfra, old_cfra;
219
220   /** Original length of co2-co1, needed for collision time evaluation. */
221   float original_ray_length;
222
223   int skip_count;
224
225   ParticleCollisionElement pce;
226
227   /* total_time is the amount of time in this subframe
228    * inv_total_time is the opposite
229    * inv_timestep is the inverse of the amount of time in this frame */
230   float total_time, inv_total_time, inv_timestep;
231
232   float radius;
233   float co1[3], co2[3];
234   float ve1[3], ve2[3];
235
236   float acc[3], boid_z;
237
238   int boid;
239 } ParticleCollision;
240
241 typedef struct ParticleDrawData {
242   float *vdata, *vd;   /* vertice data */
243   float *ndata, *nd;   /* normal data */
244   float *cdata, *cd;   /* color data */
245   float *vedata, *ved; /* velocity data */
246   float *ma_col;
247   int totpart, partsize;
248   int flag;
249   int totpoint, totve;
250 } ParticleDrawData;
251
252 #define PARTICLE_DRAW_DATA_UPDATED 1
253
254 #define PSYS_FRAND_COUNT 1024
255 extern unsigned int PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[PSYS_FRAND_COUNT];
256 extern unsigned int PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[PSYS_FRAND_COUNT];
257 extern float PSYS_FRAND_BASE[PSYS_FRAND_COUNT];
258
259 void psys_init_rng(void);
260
261 BLI_INLINE float psys_frand(ParticleSystem *psys, unsigned int seed)
262 {
263   /* XXX far from ideal, this simply scrambles particle random numbers a bit
264    * to avoid obvious correlations.
265    * Can't use previous psys->frand arrays because these require initialization
266    * inside psys_check_enabled, which wreaks havoc in multi-threaded depgraph updates.
267    */
268   unsigned int offset = PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
269   unsigned int multiplier = PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
270   return PSYS_FRAND_BASE[(offset + seed * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
271 }
272
273 BLI_INLINE void psys_frand_vec(ParticleSystem *psys, unsigned int seed, float vec[3])
274 {
275   unsigned int offset = PSYS_FRAND_SEED_OFFSET[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
276   unsigned int multiplier = PSYS_FRAND_SEED_MULTIPLIER[psys->seed % PSYS_FRAND_COUNT];
277   vec[0] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 0) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
278   vec[1] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 1) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
279   vec[2] = PSYS_FRAND_BASE[(offset + (seed + 2) * multiplier) % PSYS_FRAND_COUNT];
280 }
281
282 /* ----------- functions needed outside particlesystem ---------------- */
283 /* particle.c */
284 int count_particles(struct ParticleSystem *psys);
285 int count_particles_mod(struct ParticleSystem *psys, int totgr, int cur);
286
287 int psys_get_child_number(struct Scene *scene,
288                           struct ParticleSystem *psys,
289                           const bool use_render_params);
290 int psys_get_tot_child(struct Scene *scene,
291                        struct ParticleSystem *psys,
292                        const bool use_render_params);
293
294 struct ParticleSystem *psys_get_current(struct Object *ob);
295 /* for rna */
296 short psys_get_current_num(struct Object *ob);
297 void psys_set_current_num(Object *ob, int index);
298 /* UNUSED */
299 // struct Object *psys_find_object(struct Scene *scene, struct ParticleSystem *psys);
300
301 struct LatticeDeformData *psys_create_lattice_deform_data(struct ParticleSimulationData *sim);
302
303 /* For a given evaluated particle system get its original.
304  *
305  * If this input is an original particle system already, the return value is the
306  * same as the input. */
307 struct ParticleSystem *psys_orig_get(struct ParticleSystem *psys);
308
309 /* For a given original object and its particle system, get evaluated particle
310  * system within a given dependency graph. */
311 struct ParticleSystem *psys_eval_get(struct Depsgraph *depsgraph,
312                                      struct Object *object,
313                                      struct ParticleSystem *psys);
314
315 bool psys_in_edit_mode(struct Depsgraph *depsgraph, const struct ParticleSystem *psys);
316 bool psys_check_enabled(struct Object *ob,
317                         struct ParticleSystem *psys,
318                         const bool use_render_params);
319 bool psys_check_edited(struct ParticleSystem *psys);
320
321 void psys_find_group_weights(struct ParticleSettings *part);
322 void psys_check_group_weights(struct ParticleSettings *part);
323 int psys_uses_gravity(struct ParticleSimulationData *sim);
324 void BKE_particlesettings_fluid_default_settings(struct ParticleSettings *part);
325
326 /* free */
327 void BKE_particlesettings_free(struct ParticleSettings *part);
328 void psys_free_path_cache(struct ParticleSystem *psys, struct PTCacheEdit *edit);
329 void psys_free(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
330
331 /* Copy. */
332 void psys_copy_particles(struct ParticleSystem *psys_dst, struct ParticleSystem *psys_src);
333
334 bool psys_render_simplify_params(struct ParticleSystem *psys,
335                                  struct ChildParticle *cpa,
336                                  float *params);
337
338 void psys_interpolate_uvs(const struct MTFace *tface, int quad, const float w[4], float uvco[2]);
339 void psys_interpolate_mcol(const struct MCol *mcol, int quad, const float w[4], struct MCol *mc);
340
341 void copy_particle_key(struct ParticleKey *to, struct ParticleKey *from, int time);
342
343 void psys_emitter_customdata_mask(struct ParticleSystem *psys,
344                                   struct CustomData_MeshMasks *r_cddata_masks);
345 void psys_particle_on_emitter(struct ParticleSystemModifierData *psmd,
346                               int distr,
347                               int index,
348                               int index_dmcache,
349                               float fuv[4],
350                               float foffset,
351                               float vec[3],
352                               float nor[3],
353                               float utan[3],
354                               float vtan[3],
355                               float orco[3]);
356 struct ParticleSystemModifierData *psys_get_modifier(struct Object *ob,
357                                                      struct ParticleSystem *psys);
358
359 struct ModifierData *object_add_particle_system(struct Main *bmain,
360                                                 struct Scene *scene,
361                                                 struct Object *ob,
362                                                 const char *name);
363 void object_remove_particle_system(struct Main *bmain, struct Scene *scene, struct Object *ob);
364 struct ParticleSettings *BKE_particlesettings_add(struct Main *bmain, const char *name);
365 void BKE_particlesettings_copy_data(struct Main *bmain,
366                                     struct ParticleSettings *part_dst,
367                                     const struct ParticleSettings *part_src,
368                                     const int flag);
369 struct ParticleSettings *BKE_particlesettings_copy(struct Main *bmain,
370                                                    const struct ParticleSettings *part);
371 void BKE_particlesettings_make_local(struct Main *bmain,
372                                      struct ParticleSettings *part,
373                                      const bool lib_local);
374
375 void psys_reset(struct ParticleSystem *psys, int mode);
376
377 void psys_find_parents(struct ParticleSimulationData *sim, const bool use_render_params);
378
379 void psys_unique_name(struct Object *object, struct ParticleSystem *psys, const char *defname);
380
381 void psys_cache_paths(struct ParticleSimulationData *sim,
382                       float cfra,
383                       const bool use_render_params);
384 void psys_cache_edit_paths(struct Depsgraph *depsgraph,
385                            struct Scene *scene,
386                            struct Object *ob,
387                            struct PTCacheEdit *edit,
388                            float cfra,
389                            const bool use_render_params);
390 void psys_cache_child_paths(struct ParticleSimulationData *sim,
391                             float cfra,
392                             const bool editupdate,
393                             const bool use_render_params);
394 int do_guides(struct Depsgraph *depsgraph,
395               struct ParticleSettings *part,
396               struct ListBase *effectors,
397               ParticleKey *state,
398               int pa_num,
399               float time);
400 void precalc_guides(struct ParticleSimulationData *sim, struct ListBase *effectors);
401 float psys_get_timestep(struct ParticleSimulationData *sim);
402 float psys_get_child_time(struct ParticleSystem *psys,
403                           struct ChildParticle *cpa,
404                           float cfra,
405                           float *birthtime,
406                           float *dietime);
407 float psys_get_child_size(struct ParticleSystem *psys,
408                           struct ChildParticle *cpa,
409                           float cfra,
410                           float *pa_time);
411 void psys_get_particle_on_path(struct ParticleSimulationData *sim,
412                                int pa_num,
413                                struct ParticleKey *state,
414                                const bool vel);
415 int psys_get_particle_state(struct ParticleSimulationData *sim,
416                             int p,
417                             struct ParticleKey *state,
418                             int always);
419
420 /* child paths */
421 void BKE_particlesettings_clump_curve_init(struct ParticleSettings *part);
422 void BKE_particlesettings_rough_curve_init(struct ParticleSettings *part);
423 void BKE_particlesettings_twist_curve_init(struct ParticleSettings *part);
424 void psys_apply_child_modifiers(struct ParticleThreadContext *ctx,
425                                 struct ListBase *modifiers,
426                                 struct ChildParticle *cpa,
427                                 struct ParticleTexture *ptex,
428                                 const float orco[3],
429                                 float hairmat[4][4],
430                                 struct ParticleCacheKey *keys,
431                                 struct ParticleCacheKey *parent_keys,
432                                 const float parent_orco[3]);
433
434 void psys_sph_init(struct ParticleSimulationData *sim, struct SPHData *sphdata);
435 void psys_sph_finalise(struct SPHData *sphdata);
436 void psys_sph_density(struct BVHTree *tree, struct SPHData *data, float co[3], float vars[2]);
437
438 /* for anim.c */
439 void psys_get_dupli_texture(struct ParticleSystem *psys,
440                             struct ParticleSettings *part,
441                             struct ParticleSystemModifierData *psmd,
442                             struct ParticleData *pa,
443                             struct ChildParticle *cpa,
444                             float uv[2],
445                             float orco[3]);
446 void psys_get_dupli_path_transform(struct ParticleSimulationData *sim,
447                                    struct ParticleData *pa,
448                                    struct ChildParticle *cpa,
449                                    struct ParticleCacheKey *cache,
450                                    float mat[4][4],
451                                    float *scale);
452
453 void psys_thread_context_init(struct ParticleThreadContext *ctx,
454                               struct ParticleSimulationData *sim);
455 void psys_thread_context_free(struct ParticleThreadContext *ctx);
456 void psys_tasks_create(struct ParticleThreadContext *ctx,
457                        int startpart,
458                        int endpart,
459                        struct ParticleTask **r_tasks,
460                        int *r_numtasks);
461 void psys_tasks_free(struct ParticleTask *tasks, int numtasks);
462
463 void psys_apply_hair_lattice(struct Depsgraph *depsgraph,
464                              struct Scene *scene,
465                              struct Object *ob,
466                              struct ParticleSystem *psys);
467
468 /* particle_system.c */
469 struct ParticleSystem *psys_get_target_system(struct Object *ob, struct ParticleTarget *pt);
470 void psys_count_keyed_targets(struct ParticleSimulationData *sim);
471 void psys_update_particle_tree(struct ParticleSystem *psys, float cfra);
472 void psys_changed_type(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
473
474 void psys_make_temp_pointcache(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys);
475 void psys_get_pointcache_start_end(struct Scene *scene,
476                                    ParticleSystem *psys,
477                                    int *sfra,
478                                    int *efra);
479
480 void psys_check_boid_data(struct ParticleSystem *psys);
481
482 void psys_get_birth_coords(struct ParticleSimulationData *sim,
483                            struct ParticleData *pa,
484                            struct ParticleKey *state,
485                            float dtime,
486                            float cfra);
487
488 void particle_system_update(struct Depsgraph *depsgraph,
489                             struct Scene *scene,
490                             struct Object *ob,
491                             struct ParticleSystem *psys,
492                             const bool use_render_params);
493
494 /* Callback format for performing operations on ID-pointers for particle systems */
495 typedef void (*ParticleSystemIDFunc)(struct ParticleSystem *psys,
496                                      struct ID **idpoin,
497                                      void *userdata,
498                                      int cb_flag);
499
500 void BKE_particlesystem_id_loop(struct ParticleSystem *psys,
501                                 ParticleSystemIDFunc func,
502                                 void *userdata);
503
504 /* Reset all particle systems in the given object. */
505 void BKE_particlesystem_reset_all(struct Object *object);
506
507 /* ----------- functions needed only inside particlesystem ------------ */
508 /* particle.c */
509 void psys_disable_all(struct Object *ob);
510 void psys_enable_all(struct Object *ob);
511
512 void free_hair(struct Object *ob, struct ParticleSystem *psys, int dynamics);
513 void free_keyed_keys(struct ParticleSystem *psys);
514 void psys_free_particles(struct ParticleSystem *psys);
515 void psys_free_children(struct ParticleSystem *psys);
516
517 void psys_interpolate_particle(
518     short type, struct ParticleKey keys[4], float dt, struct ParticleKey *result, bool velocity);
519 void psys_vec_rot_to_face(struct Mesh *mesh, struct ParticleData *pa, float vec[3]);
520 void psys_mat_hair_to_object(struct Object *ob,
521                              struct Mesh *mesh,
522                              short from,
523                              struct ParticleData *pa,
524                              float hairmat[4][4]);
525 void psys_mat_hair_to_global(struct Object *ob,
526                              struct Mesh *mesh,
527                              short from,
528                              struct ParticleData *pa,
529                              float hairmat[4][4]);
530 void psys_mat_hair_to_orco(struct Object *ob,
531                            struct Mesh *mesh,
532                            short from,
533                            struct ParticleData *pa,
534                            float hairmat[4][4]);
535
536 float psys_get_dietime_from_cache(struct PointCache *cache, int index);
537
538 void psys_free_pdd(struct ParticleSystem *psys);
539
540 float *psys_cache_vgroup(struct Mesh *mesh, struct ParticleSystem *psys, int vgroup);
541 void psys_get_texture(struct ParticleSimulationData *sim,
542                       struct ParticleData *pa,
543                       struct ParticleTexture *ptex,
544                       int event,
545                       float cfra);
546 void psys_interpolate_face(struct MVert *mvert,
547                            struct MFace *mface,
548                            struct MTFace *tface,
549                            float (*orcodata)[3],
550                            float w[4],
551                            float vec[3],
552                            float nor[3],
553                            float utan[3],
554                            float vtan[3],
555                            float orco[3]);
556 float psys_particle_value_from_verts(struct Mesh *mesh,
557                                      short from,
558                                      struct ParticleData *pa,
559                                      float *values);
560 void psys_get_from_key(
561     struct ParticleKey *key, float loc[3], float vel[3], float rot[4], float *time);
562
563 /* BLI_bvhtree_ray_cast callback */
564 void BKE_psys_collision_neartest_cb(void *userdata,
565                                     int index,
566                                     const struct BVHTreeRay *ray,
567                                     struct BVHTreeRayHit *hit);
568 void psys_particle_on_dm(struct Mesh *mesh_final,
569                          int from,
570                          int index,
571                          int index_dmcache,
572                          const float fw[4],
573                          float foffset,
574                          float vec[3],
575                          float nor[3],
576                          float utan[3],
577                          float vtan[3],
578                          float orco[3]);
579
580 /* particle_system.c */
581 void distribute_particles(struct ParticleSimulationData *sim, int from);
582 void initialize_particle(struct ParticleSimulationData *sim, struct ParticleData *pa);
583 void psys_calc_dmcache(struct Object *ob,
584                        struct Mesh *mesh_final,
585                        struct Mesh *mesh_original,
586                        struct ParticleSystem *psys);
587 int psys_particle_dm_face_lookup(struct Mesh *mesh_final,
588                                  struct Mesh *mesh_original,
589                                  int findex,
590                                  const float fw[4],
591                                  struct LinkNode **poly_nodes);
592
593 void reset_particle(struct ParticleSimulationData *sim,
594                     struct ParticleData *pa,
595                     float dtime,
596                     float cfra);
597
598 float psys_get_current_display_percentage(struct ParticleSystem *psys,
599                                           const bool use_render_params);
600
601 /* psys_reset */
602 #define PSYS_RESET_ALL 1
603 #define PSYS_RESET_DEPSGRAPH 2
604 /* #define PSYS_RESET_CHILDREN  3 */ /*UNUSED*/
605 #define PSYS_RESET_CACHE_MISS 4
606
607 /* index_dmcache */
608 #define DMCACHE_NOTFOUND -1
609 #define DMCACHE_ISCHILD -2
610
611 /* **** Depsgraph evaluation **** */
612
613 struct Depsgraph;
614
615 void BKE_particle_settings_eval_reset(struct Depsgraph *depsgraph,
616                                       struct ParticleSettings *particle_settings);
617
618 void BKE_particle_system_eval_init(struct Depsgraph *depsgraph, struct Object *object);
619
620 /* Draw Cache */
621 enum {
622   BKE_PARTICLE_BATCH_DIRTY_ALL = 0,
623 };
624 void BKE_particle_batch_cache_dirty_tag(struct ParticleSystem *psys, int mode);
625 void BKE_particle_batch_cache_free(struct ParticleSystem *psys);
626
627 extern void (*BKE_particle_batch_cache_dirty_tag_cb)(struct ParticleSystem *psys, int mode);
628 extern void (*BKE_particle_batch_cache_free_cb)(struct ParticleSystem *psys);
629
630 #endif /* __BKE_PARTICLE_H__ */