source/blender/blenkernel/intern/implicit.c

   1 /*  implicit.c
   2 *
   3 *
   4 * ***** BEGIN GPL 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.
  10 *
  11 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 * GNU General Public License for more details.
  15 *
  16 * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  18 * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
  19 *
  20 * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
  21 * All rights reserved.
  22 *
  23 * The Original Code is: all of this file.
  24 *
  25 * Contributor(s): none yet.
  26 *
  27 * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
  28 */
  29
  30 #include "MEM_guardedalloc.h"
  31
  32 #include "DNA_scene_types.h"
  33 #include "DNA_object_types.h"
  34 #include "DNA_object_force.h"
  35 #include "DNA_meshdata_types.h"
  36
  37 #include "BLI_threads.h"
  38 #include "BLI_math.h"
  39 #include "BLI_linklist.h"
  40
  41 #include "BKE_cloth.h"
  42 #include "BKE_collision.h"
  43 #include "BKE_effect.h"
  44 #include "BKE_global.h"
  45 #include "BKE_utildefines.h"
  46
  47 #define CLOTH_OPENMP_LIMIT 25
  48
  49 #ifdef _WIN32
  50 #include <windows.h>
  51 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
  52 static LARGE_INTEGER ifreq;
  53 static void itstart(void)
  54 {
  55         static int first = 1;
  56         if(first) {
  57                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
  58                 first = 0;
  59         }
  60         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
  61 }
  62 static void itend(void)
  63 {
  64         QueryPerformanceCounter(&_itend);
  65 }
  66 double itval()
  67 {
  68         return ((double)_itend.QuadPart -
  69                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
  70 }
  71 #else
  72 #include <sys/time.h>
  73 // intrinsics need better compile flag checking
  74 // #include <xmmintrin.h>
  75 // #include <pmmintrin.h>
  76 // #include <pthread.h>
  77
  78                          static struct timeval _itstart, _itend;
  79          static struct timezone itz;
  80          void itstart(void)
  81 {
  82         gettimeofday(&_itstart, &itz);
  83 }
  84 static void itend(void)
  85 {
  86         gettimeofday(&_itend,&itz);
  87 }
  88 double itval()
  89 {
  90         double t1, t2;
  91         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
  92         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
  93         return t2-t1;
  94 }
  95 #endif
  96
  97 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
  98 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
  99
 100 /*
 101 #define C99
 102 #ifdef C99
 103 #defineDO_INLINE inline
 104 #else
 105 #defineDO_INLINE static
 106 #endif
 107 */
 108 struct Cloth;
 109
 110 //////////////////////////////////////////
 111 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
 112 /////////////////////////////////////////
 113
 114 /* DEFINITIONS */
 115 typedef float lfVector[3];
 116 typedef struct fmatrix3x3 {
 117         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
 118         unsigned int c,r; /* column and row number */
 119         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
 120         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
 121         unsigned int vcount; /* vertex count */
 122         unsigned int scount; /* spring count */
 123 } fmatrix3x3;
 124
 125 ///////////////////////////
 126 // float[3] vector
 127 ///////////////////////////
 128 /* simple vector code */
 129 /* STATUS: verified */
 130 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
 131 {
 132         to[0] = from[0] * scalar;
 133         to[1] = from[1] * scalar;
 134         to[2] = from[2] * scalar;
 135 }
 136 /* simple cross product */
 137 /* STATUS: verified */
 138 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
 139 {
 140         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
 141         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
 142         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
 143 }
 144 /* simple v^T * v product ("outer product") */
 145 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
 146 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
 147 {
 148         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
 149         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
 150         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
 151 }
 152 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
 153 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
 154 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
 155 {
 156         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
 157
 158         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
 159         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
 160         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
 161 }
 162
 163
 164 /* printf vector[3] on console: for debug output */
 165 static void print_fvector(float m3[3])
 166 {
 167         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
 168 }
 169
 170 ///////////////////////////
 171 // long float vector float (*)[3]
 172 ///////////////////////////
 173 /* print long vector on console: for debug output */
 174 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
 175 {
 176         unsigned int i = 0;
 177         for(i = 0; i < verts; i++)
 178         {
 179                 print_fvector(fLongVector[i]);
 180         }
 181 }
 182 /* create long vector */
 183 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
 184 {
 185         // TODO: check if memory allocation was successfull */
 186         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
 187         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
 188 }
 189 /* delete long vector */
 190 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
 191 {
 192         if (fLongVector != NULL)
 193         {
 194                 MEM_freeN (fLongVector);
 195                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
 196         }
 197 }
 198 /* copy long vector */
 199 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
 200 {
 201         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
 202 }
 203 /* init long vector with float[3] */
 204 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
 205 {
 206         unsigned int i = 0;
 207         for(i = 0; i < verts; i++)
 208         {
 209                 VECCOPY(fLongVector[i], vector);
 210         }
 211 }
 212 /* zero long vector with float[3] */
 213 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
 214 {
 215         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
 216 }
 217 /* multiply long vector with scalar*/
 218 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
 219 {
 220         unsigned int i = 0;
 221
 222         for(i = 0; i < verts; i++)
 223         {
 224                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
 225         }
 226 }
 227 /* multiply long vector with scalar*/
 228 /* A -= B * float */
 229 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
 230 {
 231         unsigned int i = 0;
 232         for(i = 0; i < verts; i++)
 233         {
 234                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
 235         }
 236 }
 237 /* dot product for big vector */
 238 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 239 {
 240         long i = 0;
 241         float temp = 0.0;
 242 // XXX brecht, disabled this for now (first schedule line was already disabled),
 243 // due to non-commutative nature of floating point ops this makes the sim give
 244 // different results each time you run it!
 245 // schedule(guided, 2)
 246 //#pragma omp parallel for reduction(+: temp) if(verts > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
 247         for(i = 0; i < (long)verts; i++)
 248         {
 249                 temp += INPR(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 250         }
 251         return temp;
 252 }
 253 /* A = B + C  --> for big vector */
 254 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 255 {
 256         unsigned int i = 0;
 257
 258         for(i = 0; i < verts; i++)
 259         {
 260                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 261         }
 262
 263 }
 264 /* A = B + C * float --> for big vector */
 265 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 266 {
 267         unsigned int i = 0;
 268
 269         for(i = 0; i < verts; i++)
 270         {
 271                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
 272
 273         }
 274 }
 275 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
 276 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 277 {
 278         unsigned int i = 0;
 279
 280         for(i = 0; i < verts; i++)
 281         {
 282                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
 283         }
 284 }
 285 /* A = B - C * float --> for big vector */
 286 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
 287 {
 288         unsigned int i = 0;
 289         for(i = 0; i < verts; i++)
 290         {
 291                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
 292         }
 293
 294 }
 295 /* A = B - C --> for big vector */
 296 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
 297 {
 298         unsigned int i = 0;
 299
 300         for(i = 0; i < verts; i++)
 301         {
 302                 VECSUB(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
 303         }
 304
 305 }
 306 ///////////////////////////
 307 // 3x3 matrix
 308 ///////////////////////////
 309 #if 0
 310 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
 311 static void print_fmatrix(float m3[3][3])
 312 {
 313         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
 314         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
 315         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
 316 }
 317 #endif
 318
 319 /* copy 3x3 matrix */
 320 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
 321 {
 322         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
 323         VECCOPY(to[0], from[0]);
 324         VECCOPY(to[1], from[1]);
 325         VECCOPY(to[2], from[2]);
 326 }
 327
 328 /* copy 3x3 matrix */
 329 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
 330 {
 331         cp_fmatrix(to, ZERO);
 332
 333         to[0][0] = aS;
 334         to[1][1] = aS;
 335         to[2][2] = aS;
 336 }
 337
 338 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
 339 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
 340 {
 341         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]
 342                         -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];
 343 }
 344
 345 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
 346 {
 347         unsigned int i, j;
 348         float d;
 349
 350         if((d=det_fmatrix(from))==0)
 351         {
 352                 printf("can't build inverse");
 353                 exit(0);
 354         }
 355         for(i=0;i<3;i++)
 356         {
 357                 for(j=0;j<3;j++)
 358                 {
 359                         int i1=(i+1)%3;
 360                         int i2=(i+2)%3;
 361                         int j1=(j+1)%3;
 362                         int j2=(j+2)%3;
 363                         // reverse indexs i&j to take transpose
 364                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
 365                         /*
 366                         if(i==j)
 367                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
 368                         else
 369                         to[i][j] = 0;
 370                         */
 371                 }
 372         }
 373
 374 }
 375
 376 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
 377 /* STATUS: verified */
 378 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
 379 {
 380         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
 381         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
 382         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
 383 }
 384
 385 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
 386 /* STATUS: verified */
 387 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
 388 {
 389         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
 390         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
 391         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
 392 }
 393
 394 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
 395 /* STATUS: verified */
 396 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float *from)
 397 {
 398         to[0] = INPR(matrix[0],from);
 399         to[1] = INPR(matrix[1],from);
 400         to[2] = INPR(matrix[2],from);
 401 }
 402 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
 403 /* STATUS: verified */
 404 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 405 {
 406         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 407         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 408         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 409 }
 410 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
 411 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 412 {
 413         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 414         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 415         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 416 }
 417 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
 418 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 419 {
 420         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 421         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 422         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 423 }
 424 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
 425 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
 426 {
 427         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
 428         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
 429         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
 430 }
 431 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
 432 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 433 {
 434         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 435         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 436         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 437 }
 438 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
 439 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
 440 {
 441         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
 442         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
 443         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
 444 }
 445 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
 446 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 447 {
 448         VECSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 449         VECSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 450         VECSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 451 }
 452 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
 453 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 454 {
 455         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
 456         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
 457         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
 458 }
 459 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 460 // special functions
 461 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 462 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
 463 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
 464 {
 465         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
 466         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
 467         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
 468 }
 469 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
 470 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 471 {
 472         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 473         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 474         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 475 }
 476 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
 477 DO_INLINE void mulsub_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 sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
 484 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
 485 {
 486         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
 487         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
 488         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
 489 }
 490 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
 491 /* STATUS: verified */
 492 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
 493 {
 494         to[0] += INPR(matrix[0],from);
 495         to[1] += INPR(matrix[1],from);
 496         to[2] += INPR(matrix[2],from);
 497 }
 498 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
 499 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
 500 {
 501         to[0] -= INPR(matrix[0],from);
 502         to[1] -= INPR(matrix[1],from);
 503         to[2] -= INPR(matrix[2],from);
 504 }
 505 /////////////////////////////////////////////////////////////////
 506
 507 ///////////////////////////
 508 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
 509 ///////////////////////////
 510 /* printf a big matrix on console: for debug output */
 511 #if 0
 512 static void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
 513 {
 514         unsigned int i = 0;
 515
 516         for(i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
 517         {
 518                 print_fmatrix(m3[i].m);
 519         }
 520 }
 521 #endif
 522
 523 /* create big matrix */
 524 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
 525 {
 526         // TODO: check if memory allocation was successfull */
 527         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
 528         temp[0].vcount = verts;
 529         temp[0].scount = springs;
 530         return temp;
 531 }
 532 /* delete big matrix */
 533 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
 534 {
 535         if (matrix != NULL)
 536         {
 537                 MEM_freeN (matrix);
 538         }
 539 }
 540
 541 /* copy big matrix */
 542 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
 543 {
 544         // TODO bounds checking
 545         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
 546 }
 547
 548 /* init big matrix */
 549 // slow in parallel
 550 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
 551 {
 552         unsigned int i;
 553
 554         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 555         {
 556                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3);
 557         }
 558 }
 559
 560 /* init the diagonal of big matrix */
 561 // slow in parallel
 562 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
 563 {
 564         unsigned int i,j;
 565         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
 566
 567         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
 568         {
 569                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3);
 570         }
 571         for(j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
 572         {
 573                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix);
 574         }
 575 }
 576
 577 /* multiply big matrix with scalar*/
 578 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
 579 {
 580         unsigned int i = 0;
 581         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 582         {
 583                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
 584         }
 585 }
 586
 587 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
 588 /* STATUS: verified */
 589 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
 590 {
 591         unsigned int i = 0;
 592         unsigned int vcount = from[0].vcount;
 593         lfVector *temp = create_lfvector(vcount);
 594
 595         zero_lfvector(to, vcount);
 596
 597 #pragma omp parallel sections private(i) if(vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
 598         {
 599 #pragma omp section
 600                 {
 601                         for(i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
 602                         {
 603                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
 604                         }
 605                 }
 606 #pragma omp section
 607                 {
 608                         for(i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
 609                         {
 610                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
 611                         }
 612                 }
 613         }
 614         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
 615
 616         del_lfvector(temp);
 617
 618
 619 }
 620
 621 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
 622 /* STATUS: verified */
 623 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
 624 {
 625         unsigned int i = 0;
 626
 627         for(i = 0; i < from[0].vcount; i++)
 628         {
 629                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
 630         }
 631 }
 632
 633 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
 634 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 635 {
 636         unsigned int i = 0;
 637
 638         /* process diagonal elements */
 639         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 640         {
 641                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 642         }
 643
 644 }
 645 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
 646 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 647 {
 648         unsigned int i = 0;
 649
 650         /* process diagonal elements */
 651         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 652         {
 653                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 654         }
 655
 656 }
 657 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
 658 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 659 {
 660         unsigned int i = 0;
 661
 662         /* process diagonal elements */
 663         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 664         {
 665                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 666         }
 667
 668 }
 669 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
 670 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 671 {
 672         unsigned int i = 0;
 673
 674         /* process diagonal elements */
 675         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 676         {
 677                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 678         }
 679
 680 }
 681 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
 682 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 683 {
 684         unsigned int i = 0;
 685
 686         /* process diagonal elements */
 687         for(i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
 688         {
 689                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);
 690         }
 691
 692 }
 693 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
 694 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
 695 {
 696         unsigned int i = 0;
 697
 698         /* process diagonal elements */
 699         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 700         {
 701                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);
 702         }
 703
 704 }
 705 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
 706 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
 707 /* VERIFIED */
 708 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
 709 {
 710         unsigned int i = 0;
 711
 712         /* process diagonal elements */
 713         for(i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
 714         {
 715                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);
 716         }
 717
 718 }
 719
 720 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
 721 // simulator start
 722 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
 723 typedef struct Implicit_Data
 724 {
 725         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
 726         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M;
 727 } Implicit_Data;
 728
 729 int implicit_init (Object *UNUSED(ob), ClothModifierData *clmd)
 730 {
 731         unsigned int i = 0;
 732         unsigned int pinned = 0;
 733         Cloth *cloth = NULL;
 734         ClothVertex *verts = NULL;
 735         ClothSpring *spring = NULL;
 736         Implicit_Data *id = NULL;
 737         LinkNode *search = NULL;
 738
 739         if(G.rt > 0)
 740                 printf("implicit_init\n");
 741
 742         // init memory guard
 743         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
 744
 745         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
 746         verts = cloth->verts;
 747
 748         // create implicit base
 749         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
 750         cloth->implicit = id;
 751
 752         /* process diagonal elements */
 753         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 754         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 755         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 756         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
 757         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 758         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 759         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
 760         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
 761         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
 762         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
 763         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
 764         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
 765         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
 766         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
 767         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
 768         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
 769         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
 770         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
 771
 772         for(i=0;i<cloth->numverts;i++)
 773         {
 774                 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;
 775
 776                 if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
 777                 {
 778                         id->S[pinned].pinned = 1;
 779                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
 780                         pinned++;
 781                 }
 782
 783                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
 784         }
 785
 786         // S is special and needs specific vcount and scount
 787         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
 788
 789         // init springs
 790         search = cloth->springs;
 791         for(i=0;i<cloth->numsprings;i++)
 792         {
 793                 spring = search->link;
 794
 795                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r =
 796                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r =
 797                                 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;
 798
 799                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c =
 800                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c =
 801                                 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;
 802
 803                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
 804
 805                 search = search->next;
 806         }
 807
 808         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
 809
 810         for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
 811         {
 812                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
 813         }
 814
 815         return 1;
 816 }
 817 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
 818 {
 819         Implicit_Data *id;
 820         Cloth *cloth;
 821         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
 822
 823         if(cloth)
 824         {
 825                 id = cloth->implicit;
 826
 827                 if(id)
 828                 {
 829                         del_bfmatrix(id->A);
 830                         del_bfmatrix(id->dFdV);
 831                         del_bfmatrix(id->dFdX);
 832                         del_bfmatrix(id->S);
 833                         del_bfmatrix(id->P);
 834                         del_bfmatrix(id->Pinv);
 835                         del_bfmatrix(id->bigI);
 836                         del_bfmatrix(id->M);
 837
 838                         del_lfvector(id->X);
 839                         del_lfvector(id->Xnew);
 840                         del_lfvector(id->V);
 841                         del_lfvector(id->Vnew);
 842                         del_lfvector(id->olddV);
 843                         del_lfvector(id->F);
 844                         del_lfvector(id->B);
 845                         del_lfvector(id->dV);
 846                         del_lfvector(id->z);
 847
 848                         MEM_freeN(id);
 849                 }
 850         }
 851
 852         return 1;
 853 }
 854
 855 DO_INLINE float fb(float length, float L)
 856 {
 857         float x = length/L;
 858         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
 859 }
 860
 861 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
 862 {
 863         float x = length/L;
 864
 865         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
 866 }
 867
 868 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
 869 {
 870         float tempfb = kb * fb(length, L);
 871
 872         float fbstar = cb * (length - L);
 873
 874         if(tempfb < fbstar)
 875                 return fbstar;
 876         else
 877                 return tempfb;
 878 }
 879
 880 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
 881 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
 882 {
 883         float tempfb = kb * fb(length, L);
 884         float fbstar = cb * (length - L);
 885
 886         if(tempfb < fbstar)
 887         {
 888                 return cb;
 889         }
 890         else
 891         {
 892                 return kb * fbderiv(length, L);
 893         }
 894 }
 895
 896 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
 897 {
 898         unsigned int i=0;
 899
 900         for(i=0;i<S[0].vcount;i++)
 901         {
 902                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
 903         }
 904 }
 905
 906 static int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
 907 {
 908         // Solves for unknown X in equation AX=B
 909         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
 910         float conjgrad_epsilon=0.0001f, conjgrad_lasterror=0;
 911         lfVector *q, *d, *tmp, *r;
 912         float s, starget, a, s_prev;
 913         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
 914         q = create_lfvector(numverts);
 915         d = create_lfvector(numverts);
 916         tmp = create_lfvector(numverts);
 917         r = create_lfvector(numverts);
 918
 919         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
 920         filter(ldV, S);
 921
 922         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
 923
 924         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
 925         cp_lfvector(r, lB, numverts);
 926         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
 927         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
 928
 929         filter(r,S);
 930
 931         cp_lfvector(d, r, numverts);
 932
 933         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
 934         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
 935
 936         while((s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit))
 937         {
 938                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
 939                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
 940
 941                 filter(q,S);
 942
 943                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
 944
 945                 // X = X + d*a;
 946                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
 947
 948                 // r = r - q*a;
 949                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
 950
 951                 s_prev = s;
 952                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
 953
 954                 //d = r+d*(s/s_prev);
 955                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
 956
 957                 filter(d,S);
 958
 959                 conjgrad_loopcount++;
 960         }
 961         conjgrad_lasterror = s;
 962
 963         del_lfvector(q);
 964         del_lfvector(d);
 965         del_lfvector(tmp);
 966         del_lfvector(r);
 967         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
 968
 969         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
 970 }
 971
 972 // block diagonalizer
 973 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
 974 {
 975         unsigned int i = 0;
 976
 977         // Take only the diagonal blocks of A
 978 // #pragma omp parallel for private(i) if(lA[0].vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
 979         for(i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
 980         {
 981                 // block diagonalizer
 982                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
 983                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
 984
 985         }
 986 }
 987 #if 0
 988 /*
 989 // version 1.3
 990 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
 991 {
 992         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
 993         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
 994         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
 995         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
 996         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
 997         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
 998         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
 999
1000         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1001
1002         filter(dv, S);
1003         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1004
1005         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1006         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1007         filter(r, S);
1008
1009         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1010         filter(p, S);
1011
1012         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1013
1014         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1015
1016         // itstart();
1017
1018         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1019         {
1020                 iterations++;
1021
1022                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1023                 filter(s, S);
1024
1025                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1026
1027                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1028
1029                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1030
1031                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1032                 filter(h, S);
1033
1034                 deltaOld = deltaNew;
1035
1036                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1037
1038                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1039
1040                 filter(p, S);
1041
1042         }
1043
1044         // itend();
1045         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1046
1047         del_lfvector(h);
1048         del_lfvector(s);
1049         del_lfvector(p);
1050         del_lfvector(r);
1051
1052         printf("iterations: %d\n", iterations);
1053
1054         return iterations<conjgrad_looplimit;
1055 }
1056 */
1057 // version 1.4
1058 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1059 {
1060         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1061         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1062         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1063         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1064         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1065         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1066         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1067         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1068
1069         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1070
1071         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1072         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1073
1074         // x = Sx_0+(I-S)z
1075         filter(dv, S);
1076         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1077
1078         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1079         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1080         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1081         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1082
1083         // r = S(b-Ax)
1084         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1085         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1086         filter(r, S);
1087
1088         // p = SP^-1r
1089         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1090         filter(p, S);
1091
1092         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1093         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1094         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1095
1096         // deltaNew = r^TP
1097         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1098
1099         /*
1100         filter(dv, S);
1101         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1102
1103         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1104         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1105         filter(r, S);
1106
1107         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1108         filter(p, S);
1109
1110         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1111
1112         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1113         */
1114
1115         // itstart();
1116
1117         tol = (0.01*0.2);
1118
1119         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1120         {
1121                 iterations++;
1122
1123                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1124                 filter(s, S);
1125
1126                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1127
1128                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1129
1130                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1131
1132                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1133                 filter(h, S);
1134
1135                 deltaOld = deltaNew;
1136
1137                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1138
1139                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1140
1141                 filter(p, S);
1142
1143         }
1144
1145         // itend();
1146         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1147
1148         del_lfvector(btemp);
1149         del_lfvector(bhat);
1150         del_lfvector(h);
1151         del_lfvector(s);
1152         del_lfvector(p);
1153         del_lfvector(r);
1154
1155         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1156
1157         return iterations<conjgrad_looplimit;
1158 }
1159 #endif
1160
1161 // outer product is NOT cross product!!!
1162 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1163 {
1164         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1165         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1166         float temp[3][3];
1167         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));
1168
1169         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1170         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1171         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1172
1173         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1174         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1175
1176         /*
1177         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1178         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1179         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1180         mul_fmatrix_S(temp, k);
1181         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1182         */
1183 }
1184
1185 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1186 {
1187         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1188         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1189 }
1190
1191 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1192 {
1193         // derivative of force wrt velocity.
1194         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1195
1196 }
1197
1198 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1199 {
1200         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1201         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1202         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1203         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1204
1205         mul_fmatrix_S(to, (L/length));
1206         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1207         mul_fmatrix_S(to, -k);
1208 }
1209
1210 // unused atm
1211 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1212 {
1213         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.
1214         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1215         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1216         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1217         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(INPR(dir,vel)/MAX2(length,rest))));
1218
1219 }
1220
1221 DO_INLINE void cloth_calc_spring_force(ClothModifierData *clmd, ClothSpring *s, lfVector *UNUSED(lF), lfVector *X, lfVector *V, fmatrix3x3 *UNUSED(dFdV), fmatrix3x3 *UNUSED(dFdX), float time)
1222 {
1223         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1224         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1225         float extent[3];
1226         float length = 0, dot = 0;
1227         float dir[3] = {0,0,0};
1228         float vel[3];
1229         float k = 0.0f;
1230         float L = s->restlen;
1231         float cb = clmd->sim_parms->structural;
1232
1233         float nullf[3] = {0,0,0};
1234         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1235         float bending_force[3] = {0,0,0};
1236         float damping_force[3] = {0,0,0};
1237         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1238
1239         float scaling = 0.0;
1240
1241         int no_compress = clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_NO_SPRING_COMPRESS;
1242
1243         VECCOPY(s->f, nullf);
1244         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1245         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1246
1247         // calculate elonglation
1248         VECSUB(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1249         VECSUB(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1250         dot = INPR(extent, extent);
1251         length = sqrt(dot);
1252
1253         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1254
1255         if(length > ALMOST_ZERO)
1256         {
1257                 /*
1258                 if(length>L)
1259                 {
1260                 if((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)
1261                 && ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1262                 {
1263                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1264                 return;
1265         }
1266         }
1267                 */
1268                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1269         }
1270         else
1271         {
1272                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1273         }
1274
1275         // calculate force of structural + shear springs
1276         if((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR))
1277         {
1278                 if(length > L || no_compress)
1279                 {
1280                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1281
1282                         k = clmd->sim_parms->structural;
1283
1284                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1285
1286                         k = scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1287
1288                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1289                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L));
1290
1291                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1292
1293                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1294                         // something wrong with it...
1295                         mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->Cdis * INPR(vel,dir));
1296                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1297
1298                         /* VERIFIED */
1299                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1300
1301                         /* VERIFIED */
1302                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1303
1304                 }
1305         }
1306         else if(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL)
1307         {
1308                 float tvect[3];
1309
1310                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1311
1312                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1313                 VECSUB(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1314                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1315                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1316
1317                 VECSUB(extent, X[s->ij], tvect);
1318
1319                 dot = INPR(extent, extent);
1320                 length = sqrt(dot);
1321
1322                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1323
1324                 scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1325
1326                 k = verts [s->ij].goal * scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1327
1328                 VECADDS(s->f, s->f, extent, -k);
1329
1330                 mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01 * INPR(vel,dir));
1331                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1332
1333                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1334                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1335                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1336         }
1337         else // calculate force of bending springs
1338         {
1339                 if(length < L)
1340                 {
1341                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1342
1343                         k = clmd->sim_parms->bending;
1344
1345                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);
1346                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1347
1348                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1349                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1350
1351                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length,L, k, cb);
1352                 }
1353         }
1354 }
1355
1356 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *UNUSED(clmd), ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *UNUSED(X), lfVector *UNUSED(V), fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1357 {
1358         if(s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1359         {
1360                 if(!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING))
1361                 {
1362                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1363                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1364                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv);
1365                 }
1366
1367                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1368
1369                 if(!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1370                         VECSUB(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1371
1372                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1373                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1374                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1375         }
1376 }
1377
1378
1379 static void CalcFloat( float *v1, float *v2, float *v3, float *n)
1380 {
1381         float n1[3],n2[3];
1382
1383         n1[0]= v1[0]-v2[0];
1384         n2[0]= v2[0]-v3[0];
1385         n1[1]= v1[1]-v2[1];
1386         n2[1]= v2[1]-v3[1];
1387         n1[2]= v1[2]-v2[2];
1388         n2[2]= v2[2]-v3[2];
1389         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1390         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1391         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1392 }
1393
1394 static void CalcFloat4( float *v1, float *v2, float *v3, float *v4, float *n)
1395 {
1396         /* real cross! */
1397         float n1[3],n2[3];
1398
1399         n1[0]= v1[0]-v3[0];
1400         n1[1]= v1[1]-v3[1];
1401         n1[2]= v1[2]-v3[2];
1402
1403         n2[0]= v2[0]-v4[0];
1404         n2[1]= v2[1]-v4[1];
1405         n2[2]= v2[2]-v4[2];
1406
1407         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1408         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1409         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1410 }
1411
1412 static float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])
1413 {
1414         return (INPR(wind, vertexnormal));
1415 }
1416
1417 typedef struct HairGridVert {
1418         float velocity[3];
1419         float density;
1420 } HairGridVert;
1421 #define HAIR_GRID_INDEX(vec, min, max, axis) (int)( (vec[axis] - min[axis]) / (max[axis] - min[axis]) * 9.99f );
1422 /* Smoothing of hair velocities:
1423  * adapted from
1424                 Volumetric Methods for Simulation and Rendering of Hair
1425                 by Lena Petrovic, Mark Henne and John Anderson
1426  *              Pixar Technical Memo #06-08, Pixar Animation Studios
1427  */
1428 static void hair_velocity_smoothing(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, unsigned int numverts)
1429 {
1430         /* TODO: This is an initial implementation and should be made much better in due time.
1431          * What should at least be implemented is a grid size parameter and a smoothing kernel
1432          * for bigger grids.
1433          */
1434
1435         /* 10x10x10 grid gives nice initial results */
1436         HairGridVert grid[10][10][10];
1437         HairGridVert colg[10][10][10];
1438         ListBase *colliders = get_collider_cache(clmd->scene, NULL, NULL);
1439         ColliderCache *col = NULL;
1440         float gmin[3], gmax[3], density;
1441         /* 2.0f is an experimental value that seems to give good results */
1442         float smoothfac = 2.0f * clmd->sim_parms->velocity_smooth;
1443         float collfac = 2.0f * clmd->sim_parms->collider_friction;
1444         unsigned int    v = 0;
1445         unsigned int    i = 0;
1446         int                             j = 0;
1447         int                             k = 0;
1448
1449         INIT_MINMAX(gmin, gmax);
1450
1451         for(i = 0; i < numverts; i++)
1452                 DO_MINMAX(lX[i], gmin, gmax);
1453
1454         /* initialize grid */
1455         for(i = 0; i < 10; i++) {
1456                 for(j = 0; j < 10; j++) {
1457                         for(k = 0; k < 10; k++) {
1458                                 grid[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1459                                 grid[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1460                                 grid[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1461                                 grid[i][j][k].density = 0.0f;
1462
1463                                 colg[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1464                                 colg[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1465                                 colg[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1466                                 colg[i][j][k].density = 0.0f;
1467                         }
1468                 }
1469         }
1470
1471         /* gather velocities & density */
1472         if(smoothfac > 0.0f) for(v = 0; v < numverts; v++) {
1473                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1474                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1475                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1476                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1477                         continue;
1478
1479                 grid[i][j][k].velocity[0] += lV[v][0];
1480                 grid[i][j][k].velocity[1] += lV[v][1];
1481                 grid[i][j][k].velocity[2] += lV[v][2];
1482                 grid[i][j][k].density += 1.0f;
1483         }
1484
1485         /* gather colliders */
1486         if(colliders && collfac > 0.0f) for(col = colliders->first; col; col = col->next)
1487         {
1488                 MVert *loc0 = col->collmd->x;
1489                 MVert *loc1 = col->collmd->xnew;
1490                 float vel[3];
1491
1492                 for(v=0; v<col->collmd->numverts; v++, loc0++, loc1++) {
1493                         i = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 0);
1494
1495                         if(i>=0 && i<10) {
1496                                 j = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 1);
1497
1498                                 if(j>=0 && j<10) {
1499                                         k = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 2);
1500
1501                                         if(k>=0 && k<10) {
1502                                                 VECSUB(vel, loc1->co, loc0->co);
1503
1504                                                 colg[i][j][k].velocity[0] += vel[0];
1505                                                 colg[i][j][k].velocity[1] += vel[1];
1506                                                 colg[i][j][k].velocity[2] += vel[2];
1507                                                 colg[i][j][k].density += 1.0;
1508                                         }
1509                                 }
1510                         }
1511                 }
1512         }
1513
1514
1515         /* divide velocity with density */
1516         for(i = 0; i < 10; i++) {
1517                 for(j = 0; j < 10; j++) {
1518                         for(k = 0; k < 10; k++) {
1519                                 density = grid[i][j][k].density;
1520                                 if(density > 0.0f) {
1521                                         grid[i][j][k].velocity[0] /= density;
1522                                         grid[i][j][k].velocity[1] /= density;
1523                                         grid[i][j][k].velocity[2] /= density;
1524                                 }
1525
1526                                 density = colg[i][j][k].density;
1527                                 if(density > 0.0f) {
1528                                         colg[i][j][k].velocity[0] /= density;
1529                                         colg[i][j][k].velocity[1] /= density;
1530                                         colg[i][j][k].velocity[2] /= density;
1531                                 }
1532                         }
1533                 }
1534         }
1535
1536         /* calculate forces */
1537         for(v = 0; v < numverts; v++) {
1538                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1539                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1540                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1541                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1542                         continue;
1543
1544                 lF[v][0] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1545                 lF[v][1] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1546                 lF[v][2] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1547
1548                 if(colg[i][j][k].density > 0.0f) {
1549                         lF[v][0] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1550                         lF[v][1] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1551                         lF[v][2] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1552                 }
1553         }
1554
1555         free_collider_cache(&colliders);
1556 }
1557
1558 static void cloth_calc_force(ClothModifierData *clmd, float UNUSED(frame), lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, ListBase *effectors, float time, fmatrix3x3 *M)
1559 {
1560         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1561         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1562         unsigned int i  = 0;
1563         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1564         float           gravity[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1565         float           tm2[3][3]       = {{-spring_air,0,0}, {0,-spring_air,0},{0,0,-spring_air}};
1566         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1567         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1568         LinkNode *search = cloth->springs;
1569         lfVector *winvec;
1570         EffectedPoint epoint;
1571
1572         /* global acceleration (gravitation) */
1573         if(clmd->scene->physics_settings.flag & PHYS_GLOBAL_GRAVITY) {
1574                 VECCOPY(gravity, clmd->scene->physics_settings.gravity);
1575                 mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f * clmd->sim_parms->effector_weights->global_gravity); /* scale gravity force */
1576         }
1577
1578         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1579         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1580         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */
1581         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1582
1583         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1584
1585         if(clmd->sim_parms->velocity_smooth > 0.0f || clmd->sim_parms->collider_friction > 0.0f)
1586                 hair_velocity_smoothing(clmd, lF, lX, lV, numverts);
1587
1588         /* multiply lF with mass matrix
1589         // force = mass * acceleration (in this case: gravity)
1590         */
1591         for(i = 0; i < numverts; i++)
1592         {
1593                 float temp[3];
1594                 VECCOPY(temp, lF[i]);
1595                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1596         }
1597
1598         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1599
1600         /* handle external forces like wind */
1601         if(effectors)
1602         {
1603                 // 0 = force, 1 = normalized force
1604                 winvec = create_lfvector(cloth->numverts);
1605
1606                 if(!winvec)
1607                         printf("winvec: out of memory in implicit.c\n");
1608
1609                 // precalculate wind forces
1610                 for(i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1611                 {
1612                         pd_point_from_loc(clmd->scene, (float*)lX[i], (float*)lV[i], i, &epoint);
1613                         pdDoEffectors(effectors, NULL, clmd->sim_parms->effector_weights, &epoint, winvec[i], NULL);
1614                 }
1615
1616                 for(i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1617                 {
1618                         float trinormal[3]={0,0,0}; // normalized triangle normal
1619                         float triunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-triangle normal
1620                         float tmp[3]={0,0,0};
1621                         float factor = (mfaces[i].v4) ? 0.25 : 1.0 / 3.0;
1622                         factor *= 0.02;
1623
1624                         // calculate face normal
1625                         if(mfaces[i].v4)
1626                                 CalcFloat4(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],lX[mfaces[i].v4],triunnormal);
1627                         else
1628                                 CalcFloat(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],triunnormal);
1629
1630                         normalize_v3_v3(trinormal, triunnormal);
1631
1632                         // add wind from v1
1633                         VECCOPY(tmp, trinormal);
1634                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v1], triunnormal));
1635                         VECADDS(lF[mfaces[i].v1], lF[mfaces[i].v1], tmp, factor);
1636
1637                         // add wind from v2
1638                         VECCOPY(tmp, trinormal);
1639                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v2], triunnormal));
1640                         VECADDS(lF[mfaces[i].v2], lF[mfaces[i].v2], tmp, factor);
1641
1642                         // add wind from v3
1643                         VECCOPY(tmp, trinormal);
1644                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v3], triunnormal));
1645                         VECADDS(lF[mfaces[i].v3], lF[mfaces[i].v3], tmp, factor);
1646
1647                         // add wind from v4
1648                         if(mfaces[i].v4)
1649                         {
1650                                 VECCOPY(tmp, trinormal);
1651                                 mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v4], triunnormal));
1652                                 VECADDS(lF[mfaces[i].v4], lF[mfaces[i].v4], tmp, factor);
1653                         }
1654                 }
1655
1656                 /* Hair has only edges */
1657                 if(cloth->numfaces == 0) {
1658                         ClothSpring *spring;
1659                         float edgevec[3]={0,0,0}; //edge vector
1660                         float edgeunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-edge normal
1661                         float tmp[3]={0,0,0};
1662                         float factor = 0.01;
1663
1664                         search = cloth->springs;
1665                         while(search) {
1666                                 spring = search->link;
1667
1668                                 if(spring->type == CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) {
1669                                         VECSUB(edgevec, (float*)lX[spring->ij], (float*)lX[spring->kl]);
1670
1671                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->ij], edgevec);
1672                                         VECSUB(edgeunnormal, winvec[spring->ij], tmp);
1673                                         /* hair doesn't stretch too much so we can use restlen pretty safely */
1674                                         VECADDS(lF[spring->ij], lF[spring->ij], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1675
1676                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->kl], edgevec);
1677                                         VECSUB(edgeunnormal, winvec[spring->kl], tmp);
1678                                         VECADDS(lF[spring->kl], lF[spring->kl], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1679                                 }
1680
1681                                 search = search->next;
1682                         }
1683                 }
1684
1685                 del_lfvector(winvec);
1686         }
1687
1688         // calculate spring forces
1689         search = cloth->springs;
1690         while(search)
1691         {
1692                 // only handle active springs
1693                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)){}
1694                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1695
1696                 search = search->next;
1697         }
1698
1699         // apply spring forces
1700         search = cloth->springs;
1701         while(search)
1702         {
1703                 // only handle active springs
1704                 // if(((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED))
1705                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1706                 search = search->next;
1707         }
1708         // printf("\n");
1709 }
1710
1711 static void simulate_implicit_euler(lfVector *Vnew, lfVector *UNUSED(lX), lfVector *lV, lfVector *lF, fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX, float dt, fmatrix3x3 *A, lfVector *B, lfVector *dV, fmatrix3x3 *S, lfVector *z, lfVector *olddV, fmatrix3x3 *UNUSED(P), fmatrix3x3 *UNUSED(Pinv), fmatrix3x3 *M, fmatrix3x3 *UNUSED(bigI))
1712 {
1713         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1714
1715         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1716         zero_lfvector(dV, numverts);
1717
1718         cp_bfmatrix(A, M);
1719
1720         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1721
1722         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1723
1724         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1725
1726         itstart();
1727
1728         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1729         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1730
1731         itend();
1732         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1733
1734         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1735
1736         // advance velocities
1737         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1738
1739
1740         del_lfvector(dFdXmV);
1741 }
1742
1743 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1744 {
1745         unsigned int i=0;
1746         float step=0.0f, tf=clmd->sim_parms->timescale;
1747         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1748         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1749         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1750         float dt = clmd->sim_parms->timescale / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1751         float spf = (float)clmd->sim_parms->stepsPerFrame / clmd->sim_parms->timescale;
1752         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1753         int do_extra_solve;
1754
1755         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1756         {
1757                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1758                 {
1759                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1760                         if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1761                         {
1762                                 VECSUB(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1763                                 // mul_v3_fl(id->V[i], clmd->sim_parms->stepsPerFrame);
1764                         }
1765                 }
1766         }
1767
1768         while(step < tf)
1769         {
1770                 // calculate forces
1771                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1772
1773                 // calculate new velocity
1774                 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, id->bigI);
1775
1776                 // advance positions
1777                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1778
1779                 /* move pinned verts to correct position */
1780                 for(i = 0; i < numverts; i++)
1781                 {
1782                         if(clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL)
1783                         {
1784                                 if(verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1785                                 {
1786                                         float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1787                                         VECSUB(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1788                                         mul_fvector_S(tvect, tvect, step+dt);
1789                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1790                                         VECCOPY(id->Xnew[i], tvect);
1791                                 }
1792                         }
1793
1794                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1795                 }
1796
1797                 if(clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED && clmd->clothObject->bvhtree)
1798                 {
1799                         // collisions
1800                         // itstart();
1801
1802                         // update verts to current positions
1803                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1804                         {
1805                                 VECCOPY(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1806
1807                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1808                                 VECCOPY(verts[i].v, verts[i].tv);
1809                         }
1810
1811                         // call collision function
1812                         // TODO: check if "step" or "step+dt" is correct - dg
1813                         do_extra_solve = cloth_bvh_objcollision(ob, clmd, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1814
1815                         // copy corrected positions back to simulation
1816                         for(i = 0; i < numverts; i++)
1817                         {
1818                                 // correct velocity again, just to be sure we had to change it due to adaptive collisions
1819                                 VECSUB(verts[i].tv, verts[i].tx, id->X[i]);
1820
1821                                 if(do_extra_solve)
1822                                 {
1823
1824                                         if((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1825                                                 continue;
1826
1827                                         VECCOPY(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1828                                         VECCOPY(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1829                                         mul_v3_fl(id->Vnew[i], spf);
1830                                 }
1831                         }
1832
1833                         // X = Xnew;
1834                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1835
1836                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1837
1838                         if(do_extra_solve)
1839                         {
1840                                 // V = Vnew;
1841                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1842
1843                                 // calculate
1844                                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step+dt, id->M);
1845
1846                                 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, id->bigI);
1847                         }
1848                 }
1849                 else
1850                 {
1851                         // X = Xnew;
1852                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1853                 }
1854
1855                 // itend();
1856                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1857
1858                 // V = Vnew;
1859                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1860
1861                 step += dt;
1862         }
1863
1864         for(i = 0; i < numverts; i++)
1865         {
1866                 if((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1867                 {
1868                         VECCOPY(verts[i].txold, verts[i].xconst); // TODO: test --> should be .x
1869                         VECCOPY(verts[i].x, verts[i].xconst);
1870                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1871                 }
1872                 else
1873                 {
1874                         VECCOPY(verts[i].txold, id->X[i]);
1875                         VECCOPY(verts[i].x, id->X[i]);
1876                         VECCOPY(verts[i].v, id->V[i]);
1877                 }
1878         }
1879
1880         return 1;
1881 }
1882
1883 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1884 {
1885         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1886         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1887         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1888         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1889
1890         for(i = 0; i < numverts; i++)
1891         {
1892                 VECCOPY(id->X[i], verts[i].x);
1893                 VECCOPY(id->V[i], verts[i].v);
1894         }
1895         if(G.rt > 0)
1896                 printf("implicit_set_positions\n");
1897 }
1898