Merging r45810 through r45876 from trunk into soc-2011-tomato
[blender.git] / source / blender / blenkernel / intern / implicit.c
1 /*
2  * ***** BEGIN GPL LICENSE BLOCK *****
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  *
18  * The Original Code is Copyright (C) Blender Foundation
19  * All rights reserved.
20  *
21  * The Original Code is: all of this file.
22  *
23  * Contributor(s): none yet.
24  *
25  * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
26  */
27
28 /** \file blender/blenkernel/intern/implicit.c
29  *  \ingroup bke
30  */
31
32
33 #include "MEM_guardedalloc.h"
34
35 #include "DNA_scene_types.h"
36 #include "DNA_object_types.h"
37 #include "DNA_object_force.h"
38 #include "DNA_meshdata_types.h"
39
40 #include "BLI_threads.h"
41 #include "BLI_math.h"
42 #include "BLI_linklist.h"
43 #include "BLI_utildefines.h"
44
45 #include "BKE_cloth.h"
46 #include "BKE_collision.h"
47 #include "BKE_effect.h"
48 #include "BKE_global.h"
49
50
51 #define CLOTH_OPENMP_LIMIT 512
52
53 #ifdef _WIN32
54 #include <windows.h>
55 static LARGE_INTEGER _itstart, _itend;
56 static LARGE_INTEGER ifreq;
57 static void itstart(void)
58 {
59         static int first = 1;
60         if (first) {
61                 QueryPerformanceFrequency(&ifreq);
62                 first = 0;
63         }
64         QueryPerformanceCounter(&_itstart);
65 }
66 static void itend(void)
67 {
68         QueryPerformanceCounter(&_itend);
69 }
70 double itval(void)
71 {
72         return ((double)_itend.QuadPart -
73                         (double)_itstart.QuadPart)/((double)ifreq.QuadPart);
74 }
75 #else
76 #include <sys/time.h>
77 // intrinsics need better compile flag checking
78 // #include <xmmintrin.h>
79 // #include <pmmintrin.h>
80 // #include <pthread.h>
81
82 static struct timeval _itstart, _itend;
83 static struct timezone itz;
84 void itstart(void)
85 {
86         gettimeofday(&_itstart, &itz);
87 }
88 static void itend(void)
89 {
90         gettimeofday(&_itend,&itz);
91 }
92 double itval(void)
93 {
94         double t1, t2;
95         t1 =  (double)_itstart.tv_sec + (double)_itstart.tv_usec/(1000*1000);
96         t2 =  (double)_itend.tv_sec + (double)_itend.tv_usec/(1000*1000);
97         return t2-t1;
98 }
99 #endif
100
101 static float I[3][3] = {{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}};
102 static float ZERO[3][3] = {{0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
103
104 /*
105 #define C99
106 #ifdef C99
107 #defineDO_INLINE inline 
108 #else 
109 #defineDO_INLINE static 
110 #endif
111 */
112 struct Cloth;
113
114 //////////////////////////////////////////
115 /* fast vector / matrix library, enhancements are welcome :) -dg */
116 /////////////////////////////////////////
117
118 /* DEFINITIONS */
119 typedef float lfVector[3];
120 typedef struct fmatrix3x3 {
121         float m[3][3]; /* 3x3 matrix */
122         unsigned int c,r; /* column and row number */
123         int pinned; /* is this vertex allowed to move? */
124         float n1,n2,n3; /* three normal vectors for collision constrains */
125         unsigned int vcount; /* vertex count */
126         unsigned int scount; /* spring count */ 
127 } fmatrix3x3;
128
129 ///////////////////////////
130 // float[3] vector
131 ///////////////////////////
132 /* simple vector code */
133 /* STATUS: verified */
134 DO_INLINE void mul_fvector_S(float to[3], float from[3], float scalar)
135 {
136         to[0] = from[0] * scalar;
137         to[1] = from[1] * scalar;
138         to[2] = from[2] * scalar;
139 }
140 /* simple cross product */
141 /* STATUS: verified */
142 DO_INLINE void cross_fvector(float to[3], float vectorA[3], float vectorB[3])
143 {
144         to[0] = vectorA[1] * vectorB[2] - vectorA[2] * vectorB[1];
145         to[1] = vectorA[2] * vectorB[0] - vectorA[0] * vectorB[2];
146         to[2] = vectorA[0] * vectorB[1] - vectorA[1] * vectorB[0];
147 }
148 /* simple v^T * v product ("outer product") */
149 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
150 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvector(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3])
151 {
152         mul_fvector_S(to[0], vectorB, vectorA[0]);
153         mul_fvector_S(to[1], vectorB, vectorA[1]);
154         mul_fvector_S(to[2], vectorB, vectorA[2]);
155 }
156 /* simple v^T * v product with scalar ("outer product") */
157 /* STATUS: HAS TO BE verified (*should* work) */
158 DO_INLINE void mul_fvectorT_fvectorS(float to[3][3], float vectorA[3], float vectorB[3], float aS)
159 {       
160         mul_fvectorT_fvector(to, vectorA, vectorB);
161         
162         mul_fvector_S(to[0], to[0], aS);
163         mul_fvector_S(to[1], to[1], aS);
164         mul_fvector_S(to[2], to[2], aS);
165 }
166
167
168 /* printf vector[3] on console: for debug output */
169 static void print_fvector(float m3[3])
170 {
171         printf("%f\n%f\n%f\n\n",m3[0],m3[1],m3[2]);
172 }
173
174 ///////////////////////////
175 // long float vector float (*)[3]
176 ///////////////////////////
177 /* print long vector on console: for debug output */
178 DO_INLINE void print_lfvector(float (*fLongVector)[3], unsigned int verts)
179 {
180         unsigned int i = 0;
181         for (i = 0; i < verts; i++)
182         {
183                 print_fvector(fLongVector[i]);
184         }
185 }
186 /* create long vector */
187 DO_INLINE lfVector *create_lfvector(unsigned int verts)
188 {
189         // TODO: check if memory allocation was successfull */
190         return  (lfVector *)MEM_callocN (verts * sizeof(lfVector), "cloth_implicit_alloc_vector");
191         // return (lfVector *)cloth_aligned_malloc(&MEMORY_BASE, verts * sizeof(lfVector));
192 }
193 /* delete long vector */
194 DO_INLINE void del_lfvector(float (*fLongVector)[3])
195 {
196         if (fLongVector != NULL)
197         {
198                 MEM_freeN (fLongVector);
199                 // cloth_aligned_free(&MEMORY_BASE, fLongVector);
200         }
201 }
202 /* copy long vector */
203 DO_INLINE void cp_lfvector(float (*to)[3], float (*from)[3], unsigned int verts)
204 {
205         memcpy(to, from, verts * sizeof(lfVector));
206 }
207 /* init long vector with float[3] */
208 DO_INLINE void init_lfvector(float (*fLongVector)[3], float vector[3], unsigned int verts)
209 {
210         unsigned int i = 0;
211         for (i = 0; i < verts; i++)
212         {
213                 copy_v3_v3(fLongVector[i], vector);
214         }
215 }
216 /* zero long vector with float[3] */
217 DO_INLINE void zero_lfvector(float (*to)[3], unsigned int verts)
218 {
219         memset(to, 0.0f, verts * sizeof(lfVector));
220 }
221 /* multiply long vector with scalar*/
222 DO_INLINE void mul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
223 {
224         unsigned int i = 0;
225
226         for (i = 0; i < verts; i++)
227         {
228                 mul_fvector_S(to[i], fLongVector[i], scalar);
229         }
230 }
231 /* multiply long vector with scalar*/
232 /* A -= B * float */
233 DO_INLINE void submul_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVector)[3], float scalar, unsigned int verts)
234 {
235         unsigned int i = 0;
236         for (i = 0; i < verts; i++)
237         {
238                 VECSUBMUL(to[i], fLongVector[i], scalar);
239         }
240 }
241 /* dot product for big vector */
242 DO_INLINE float dot_lfvector(float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
243 {
244         long i = 0;
245         float temp = 0.0;
246 // XXX brecht, disabled this for now (first schedule line was already disabled),
247 // due to non-commutative nature of floating point ops this makes the sim give
248 // different results each time you run it!
249 // schedule(guided, 2)
250 //#pragma omp parallel for reduction(+: temp) if (verts > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
251         for (i = 0; i < (long)verts; i++) {
252                 temp += dot_v3v3(fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
253         }
254         return temp;
255 }
256 /* A = B + C  --> for big vector */
257 DO_INLINE void add_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
258 {
259         unsigned int i = 0;
260
261         for (i = 0; i < verts; i++)
262         {
263                 VECADD(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
264         }
265
266 }
267 /* A = B + C * float --> for big vector */
268 DO_INLINE void add_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
269 {
270         unsigned int i = 0;
271
272         for (i = 0; i < verts; i++)
273         {
274                 VECADDS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
275
276         }
277 }
278 /* A = B * float + C * float --> for big vector */
279 DO_INLINE void add_lfvectorS_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float aS, float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
280 {
281         unsigned int i = 0;
282
283         for (i = 0; i < verts; i++)
284         {
285                 VECADDSS(to[i], fLongVectorA[i], aS, fLongVectorB[i], bS);
286         }
287 }
288 /* A = B - C * float --> for big vector */
289 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvectorS(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], float bS, unsigned int verts)
290 {
291         unsigned int i = 0;
292         for (i = 0; i < verts; i++)
293         {
294                 VECSUBS(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i], bS);
295         }
296
297 }
298 /* A = B - C --> for big vector */
299 DO_INLINE void sub_lfvector_lfvector(float (*to)[3], float (*fLongVectorA)[3], float (*fLongVectorB)[3], unsigned int verts)
300 {
301         unsigned int i = 0;
302
303         for (i = 0; i < verts; i++)
304         {
305                 sub_v3_v3v3(to[i], fLongVectorA[i], fLongVectorB[i]);
306         }
307
308 }
309 ///////////////////////////
310 // 3x3 matrix
311 ///////////////////////////
312 #if 0
313 /* printf 3x3 matrix on console: for debug output */
314 static void print_fmatrix(float m3[3][3])
315 {
316         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[0][0],m3[0][1],m3[0][2]);
317         printf("%f\t%f\t%f\n",m3[1][0],m3[1][1],m3[1][2]);
318         printf("%f\t%f\t%f\n\n",m3[2][0],m3[2][1],m3[2][2]);
319 }
320 #endif
321
322 /* copy 3x3 matrix */
323 DO_INLINE void cp_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
324 {
325         // memcpy(to, from, sizeof (float) * 9);
326         copy_v3_v3(to[0], from[0]);
327         copy_v3_v3(to[1], from[1]);
328         copy_v3_v3(to[2], from[2]);
329 }
330
331 /* copy 3x3 matrix */
332 DO_INLINE void initdiag_fmatrixS(float to[3][3], float aS)
333 {
334         cp_fmatrix(to, ZERO);
335         
336         to[0][0] = aS;
337         to[1][1] = aS;
338         to[2][2] = aS;
339 }
340
341 /* calculate determinant of 3x3 matrix */
342 DO_INLINE float det_fmatrix(float m[3][3])
343 {
344         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] 
345                         -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];
346 }
347
348 DO_INLINE void inverse_fmatrix(float to[3][3], float from[3][3])
349 {
350         unsigned int i, j;
351         float d;
352
353         if ((d=det_fmatrix(from))==0)
354         {
355                 printf("can't build inverse");
356                 exit(0);
357         }
358         for (i=0;i<3;i++) 
359         {
360                 for (j=0;j<3;j++) 
361                 {
362                         int i1=(i+1)%3;
363                         int i2=(i+2)%3;
364                         int j1=(j+1)%3;
365                         int j2=(j+2)%3;
366                         // reverse indexs i&j to take transpose
367                         to[j][i] = (from[i1][j1]*from[i2][j2]-from[i1][j2]*from[i2][j1])/d;
368                         /*
369                         if (i==j)
370                         to[i][j] = 1.0f / from[i][j];
371                         else
372                         to[i][j] = 0;
373                         */
374                 }
375         }
376
377 }
378
379 /* 3x3 matrix multiplied by a scalar */
380 /* STATUS: verified */
381 DO_INLINE void mul_fmatrix_S(float matrix[3][3], float scalar)
382 {
383         mul_fvector_S(matrix[0], matrix[0],scalar);
384         mul_fvector_S(matrix[1], matrix[1],scalar);
385         mul_fvector_S(matrix[2], matrix[2],scalar);
386 }
387
388 /* a vector multiplied by a 3x3 matrix */
389 /* STATUS: verified */
390 DO_INLINE void mul_fvector_fmatrix(float *to, float *from, float matrix[3][3])
391 {
392         to[0] = matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
393         to[1] = matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
394         to[2] = matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
395 }
396
397 /* 3x3 matrix multiplied by a vector */
398 /* STATUS: verified */
399 DO_INLINE void mul_fmatrix_fvector(float *to, float matrix[3][3], float from[3])
400 {
401         to[0] = dot_v3v3(matrix[0],from);
402         to[1] = dot_v3v3(matrix[1],from);
403         to[2] = dot_v3v3(matrix[2],from);
404 }
405 /* 3x3 matrix multiplied by a 3x3 matrix */
406 /* STATUS: verified */
407 DO_INLINE void mul_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
408 {
409         mul_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
410         mul_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
411         mul_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
412 }
413 /* 3x3 matrix addition with 3x3 matrix */
414 DO_INLINE void add_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
415 {
416         VECADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
417         VECADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
418         VECADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
419 }
420 /* 3x3 matrix add-addition with 3x3 matrix */
421 DO_INLINE void addadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
422 {
423         VECADDADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
424         VECADDADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
425         VECADDADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
426 }
427 /* 3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix */
428 DO_INLINE void addsub_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
429 {
430         VECADDSUBSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
431         VECADDSUBSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
432         VECADDSUBSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
433 }
434 /* A -= B + C (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
435 DO_INLINE void subadd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
436 {
437         VECSUBADD(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
438         VECSUBADD(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
439         VECSUBADD(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
440 }
441 /* A -= B*x + C*y (3x3 matrix sub-addition with 3x3 matrix) */
442 DO_INLINE void subadd_fmatrixS_fmatrixS(float to[3][3], float matrixA[3][3], float aS, float matrixB[3][3], float bS)
443 {
444         VECSUBADDSS(to[0], matrixA[0], aS, matrixB[0], bS);
445         VECSUBADDSS(to[1], matrixA[1], aS, matrixB[1], bS);
446         VECSUBADDSS(to[2], matrixA[2], aS, matrixB[2], bS);
447 }
448 /* A = B - C (3x3 matrix subtraction with 3x3 matrix) */
449 DO_INLINE void sub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
450 {
451         sub_v3_v3v3(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
452         sub_v3_v3v3(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
453         sub_v3_v3v3(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
454 }
455 /* A += B - C (3x3 matrix add-subtraction with 3x3 matrix) */
456 DO_INLINE void addsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
457 {
458         VECADDSUB(to[0], matrixA[0], matrixB[0]);
459         VECADDSUB(to[1], matrixA[1], matrixB[1]);
460         VECADDSUB(to[2], matrixA[2], matrixB[2]);
461 }
462 /////////////////////////////////////////////////////////////////
463 // special functions
464 /////////////////////////////////////////////////////////////////
465 /* a vector multiplied and added to/by a 3x3 matrix */
466 DO_INLINE void muladd_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
467 {
468         to[0] += matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
469         to[1] += matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
470         to[2] += matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
471 }
472 /* 3x3 matrix multiplied and added  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
473 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
474 {
475         muladd_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
476         muladd_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
477         muladd_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
478 }
479 /* a vector multiplied and sub'd to/by a 3x3 matrix */
480 DO_INLINE void mulsub_fvector_fmatrix(float to[3], float from[3], float matrix[3][3])
481 {
482         to[0] -= matrix[0][0]*from[0] + matrix[1][0]*from[1] + matrix[2][0]*from[2];
483         to[1] -= matrix[0][1]*from[0] + matrix[1][1]*from[1] + matrix[2][1]*from[2];
484         to[2] -= matrix[0][2]*from[0] + matrix[1][2]*from[1] + matrix[2][2]*from[2];
485 }
486 /* 3x3 matrix multiplied and sub'd  to/by a 3x3 matrix  and added to another 3x3 matrix */
487 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fmatrix(float to[3][3], float matrixA[3][3], float matrixB[3][3])
488 {
489         mulsub_fvector_fmatrix(to[0], matrixA[0],matrixB);
490         mulsub_fvector_fmatrix(to[1], matrixA[1],matrixB);
491         mulsub_fvector_fmatrix(to[2], matrixA[2],matrixB);
492 }
493 /* 3x3 matrix multiplied+added by a vector */
494 /* STATUS: verified */
495 DO_INLINE void muladd_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
496 {
497         to[0] += dot_v3v3(matrix[0], from);
498         to[1] += dot_v3v3(matrix[1], from);
499         to[2] += dot_v3v3(matrix[2], from);
500 }
501 /* 3x3 matrix multiplied+sub'ed by a vector */
502 DO_INLINE void mulsub_fmatrix_fvector(float to[3], float matrix[3][3], float from[3])
503 {
504         to[0] -= dot_v3v3(matrix[0], from);
505         to[1] -= dot_v3v3(matrix[1], from);
506         to[2] -= dot_v3v3(matrix[2], from);
507 }
508 /////////////////////////////////////////////////////////////////
509
510 ///////////////////////////
511 // SPARSE SYMMETRIC big matrix with 3x3 matrix entries
512 ///////////////////////////
513 /* printf a big matrix on console: for debug output */
514 #if 0
515 static void print_bfmatrix(fmatrix3x3 *m3)
516 {
517         unsigned int i = 0;
518
519         for (i = 0; i < m3[0].vcount + m3[0].scount; i++)
520         {
521                 print_fmatrix(m3[i].m);
522         }
523 }
524 #endif
525
526 /* create big matrix */
527 DO_INLINE fmatrix3x3 *create_bfmatrix(unsigned int verts, unsigned int springs)
528 {
529         // TODO: check if memory allocation was successfull */
530         fmatrix3x3 *temp = (fmatrix3x3 *)MEM_callocN (sizeof (fmatrix3x3) * (verts + springs), "cloth_implicit_alloc_matrix");
531         temp[0].vcount = verts;
532         temp[0].scount = springs;
533         return temp;
534 }
535 /* delete big matrix */
536 DO_INLINE void del_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix)
537 {
538         if (matrix != NULL)
539         {
540                 MEM_freeN (matrix);
541         }
542 }
543
544 /* copy big matrix */
545 DO_INLINE void cp_bfmatrix(fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from)
546 {       
547         // TODO bounds checking 
548         memcpy(to, from, sizeof(fmatrix3x3) * (from[0].vcount+from[0].scount) );
549 }
550
551 /* init big matrix */
552 // slow in parallel
553 DO_INLINE void init_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
554 {
555         unsigned int i;
556
557         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
558         {               
559                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
560         }
561 }
562
563 /* init the diagonal of big matrix */
564 // slow in parallel
565 DO_INLINE void initdiag_bfmatrix(fmatrix3x3 *matrix, float m3[3][3])
566 {
567         unsigned int i,j;
568         float tmatrix[3][3] = {{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
569
570         for (i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
571         {               
572                 cp_fmatrix(matrix[i].m, m3); 
573         }
574         for (j = matrix[0].vcount; j < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; j++)
575         {
576                 cp_fmatrix(matrix[j].m, tmatrix); 
577         }
578 }
579
580 /* multiply big matrix with scalar*/
581 DO_INLINE void mul_bfmatrix_S(fmatrix3x3 *matrix, float scalar)
582 {
583         unsigned int i = 0;
584         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
585         {
586                 mul_fmatrix_S(matrix[i].m, scalar);
587         }
588 }
589
590 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector*/
591 /* STATUS: verified */
592 DO_INLINE void mul_bfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
593 {
594         unsigned int i = 0;
595         unsigned int vcount = from[0].vcount;
596         lfVector *temp = create_lfvector(vcount);
597         
598         zero_lfvector(to, vcount);
599
600 #pragma omp parallel sections private(i) if (vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
601         {
602 #pragma omp section
603                 {
604                         for (i = from[0].vcount; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
605                         {
606                                 muladd_fmatrix_fvector(to[from[i].c], from[i].m, fLongVector[from[i].r]);
607                         }
608                 }       
609 #pragma omp section
610                 {
611                         for (i = 0; i < from[0].vcount+from[0].scount; i++)
612                         {
613                                 muladd_fmatrix_fvector(temp[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
614                         }
615                 }
616         }
617         add_lfvector_lfvector(to, to, temp, from[0].vcount);
618         
619         del_lfvector(temp);
620         
621         
622 }
623
624 /* SPARSE SYMMETRIC multiply big matrix with long vector (for diagonal preconditioner) */
625 /* STATUS: verified */
626 DO_INLINE void mul_prevfmatrix_lfvector( float (*to)[3], fmatrix3x3 *from, lfVector *fLongVector)
627 {
628         unsigned int i = 0;
629         
630         for (i = 0; i < from[0].vcount; i++)
631         {
632                 mul_fmatrix_fvector(to[from[i].r], from[i].m, fLongVector[from[i].c]);
633         }
634 }
635
636 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A = B + C*/
637 DO_INLINE void add_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
638 {
639         unsigned int i = 0;
640
641         /* process diagonal elements */
642         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
643         {
644                 add_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
645         }
646
647 }
648 /* SPARSE SYMMETRIC add big matrix with big matrix: A += B + C */
649 DO_INLINE void addadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
650 {
651         unsigned int i = 0;
652
653         /* process diagonal elements */
654         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
655         {
656                 addadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
657         }
658
659 }
660 /* SPARSE SYMMETRIC subadd big matrix with big matrix: A -= B + C */
661 DO_INLINE void subadd_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
662 {
663         unsigned int i = 0;
664
665         /* process diagonal elements */
666         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
667         {
668                 subadd_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
669         }
670
671 }
672 /*  A = B - C (SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix) */
673 DO_INLINE void sub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
674 {
675         unsigned int i = 0;
676
677         /* process diagonal elements */
678         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
679         {
680                 sub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);   
681         }
682
683 }
684 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix S (special constraint matrix with limited entries) */
685 DO_INLINE void sub_bfmatrix_Smatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
686 {
687         unsigned int i = 0;
688
689         /* process diagonal elements */
690         for (i = 0; i < matrix[0].vcount; i++)
691         {
692                 sub_fmatrix_fmatrix(to[matrix[i].c].m, from[matrix[i].c].m, matrix[i].m);       
693         }
694
695 }
696 /* A += B - C (SPARSE SYMMETRIC addsub big matrix with big matrix) */
697 DO_INLINE void addsub_bfmatrix_bfmatrix( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from,  fmatrix3x3 *matrix)
698 {
699         unsigned int i = 0;
700
701         /* process diagonal elements */
702         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
703         {
704                 addsub_fmatrix_fmatrix(to[i].m, from[i].m, matrix[i].m);        
705         }
706
707 }
708 /* SPARSE SYMMETRIC sub big matrix with big matrix*/
709 /* A -= B * float + C * float --> for big matrix */
710 /* VERIFIED */
711 DO_INLINE void subadd_bfmatrixS_bfmatrixS( fmatrix3x3 *to, fmatrix3x3 *from, float aS,  fmatrix3x3 *matrix, float bS)
712 {
713         unsigned int i = 0;
714
715         /* process diagonal elements */
716         for (i = 0; i < matrix[0].vcount+matrix[0].scount; i++)
717         {
718                 subadd_fmatrixS_fmatrixS(to[i].m, from[i].m, aS, matrix[i].m, bS);      
719         }
720
721 }
722
723 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
724 // simulator start
725 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
726 typedef struct Implicit_Data 
727 {
728         lfVector *X, *V, *Xnew, *Vnew, *olddV, *F, *B, *dV, *z;
729         fmatrix3x3 *A, *dFdV, *dFdX, *S, *P, *Pinv, *bigI, *M; 
730 } Implicit_Data;
731
732 int implicit_init (Object *UNUSED(ob), ClothModifierData *clmd)
733 {
734         unsigned int i = 0;
735         unsigned int pinned = 0;
736         Cloth *cloth = NULL;
737         ClothVertex *verts = NULL;
738         ClothSpring *spring = NULL;
739         Implicit_Data *id = NULL;
740         LinkNode *search = NULL;
741         
742         if (G.rt > 0)
743                 printf("implicit_init\n");
744
745         // init memory guard
746         // MEMORY_BASE.first = MEMORY_BASE.last = NULL;
747
748         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
749         verts = cloth->verts;
750
751         // create implicit base
752         id = (Implicit_Data *)MEM_callocN (sizeof(Implicit_Data), "implicit vecmat");
753         cloth->implicit = id;
754
755         /* process diagonal elements */         
756         id->A = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
757         id->dFdV = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
758         id->dFdX = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
759         id->S = create_bfmatrix(cloth->numverts, 0);
760         id->Pinv = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
761         id->P = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
762         id->bigI = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings); // TODO 0 springs
763         id->M = create_bfmatrix(cloth->numverts, cloth->numsprings);
764         id->X = create_lfvector(cloth->numverts);
765         id->Xnew = create_lfvector(cloth->numverts);
766         id->V = create_lfvector(cloth->numverts);
767         id->Vnew = create_lfvector(cloth->numverts);
768         id->olddV = create_lfvector(cloth->numverts);
769         zero_lfvector(id->olddV, cloth->numverts);
770         id->F = create_lfvector(cloth->numverts);
771         id->B = create_lfvector(cloth->numverts);
772         id->dV = create_lfvector(cloth->numverts);
773         id->z = create_lfvector(cloth->numverts);
774         
775         for (i=0;i<cloth->numverts;i++) 
776         {
777                 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;
778
779                 if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
780                 {
781                         id->S[pinned].pinned = 1;
782                         id->S[pinned].c = id->S[pinned].r = i;
783                         pinned++;
784                 }
785                 
786                 initdiag_fmatrixS(id->M[i].m, verts[i].mass);
787         }
788
789         // S is special and needs specific vcount and scount
790         id->S[0].vcount = pinned; id->S[0].scount = 0;
791
792         // init springs 
793         search = cloth->springs;
794         for (i=0;i<cloth->numsprings;i++) 
795         {
796                 spring = search->link;
797                 
798                 // dFdV_start[i].r = big_I[i].r = big_zero[i].r = 
799                 id->A[i+cloth->numverts].r = id->dFdV[i+cloth->numverts].r = id->dFdX[i+cloth->numverts].r = 
800                                 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;
801
802                 // dFdV_start[i].c = big_I[i].c = big_zero[i].c = 
803                 id->A[i+cloth->numverts].c = id->dFdV[i+cloth->numverts].c = id->dFdX[i+cloth->numverts].c = 
804                                 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;
805
806                 spring->matrix_index = i + cloth->numverts;
807                 
808                 search = search->next;
809         }
810         
811         initdiag_bfmatrix(id->bigI, I);
812
813         for (i = 0; i < cloth->numverts; i++)
814         {               
815                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
816         }
817
818         return 1;
819 }
820 int     implicit_free (ClothModifierData *clmd)
821 {
822         Implicit_Data *id;
823         Cloth *cloth;
824         cloth = (Cloth *)clmd->clothObject;
825
826         if (cloth)
827         {
828                 id = cloth->implicit;
829
830                 if (id)
831                 {
832                         del_bfmatrix(id->A);
833                         del_bfmatrix(id->dFdV);
834                         del_bfmatrix(id->dFdX);
835                         del_bfmatrix(id->S);
836                         del_bfmatrix(id->P);
837                         del_bfmatrix(id->Pinv);
838                         del_bfmatrix(id->bigI);
839                         del_bfmatrix(id->M);
840
841                         del_lfvector(id->X);
842                         del_lfvector(id->Xnew);
843                         del_lfvector(id->V);
844                         del_lfvector(id->Vnew);
845                         del_lfvector(id->olddV);
846                         del_lfvector(id->F);
847                         del_lfvector(id->B);
848                         del_lfvector(id->dV);
849                         del_lfvector(id->z);
850
851                         MEM_freeN(id);
852                 }
853         }
854
855         return 1;
856 }
857
858 DO_INLINE float fb(float length, float L)
859 {
860         float x = length/L;
861         return (-11.541f*pow(x,4)+34.193f*pow(x,3)-39.083f*pow(x,2)+23.116f*x-9.713f);
862 }
863
864 DO_INLINE float fbderiv(float length, float L)
865 {
866         float x = length/L;
867
868         return (-46.164f*pow(x,3)+102.579f*pow(x,2)-78.166f*x+23.116f);
869 }
870
871 DO_INLINE float fbstar(float length, float L, float kb, float cb)
872 {
873         float tempfb = kb * fb(length, L);
874
875         float fbstar = cb * (length - L);
876         
877         if (tempfb < fbstar)
878                 return fbstar;
879         else
880                 return tempfb;          
881 }
882
883 // function to calculae bending spring force (taken from Choi & Co)
884 DO_INLINE float fbstar_jacobi(float length, float L, float kb, float cb)
885 {
886         float tempfb = kb * fb(length, L);
887         float fbstar = cb * (length - L);
888
889         if (tempfb < fbstar)
890         {               
891                 return cb;
892         }
893         else
894         {
895                 return kb * fbderiv(length, L); 
896         }       
897 }
898
899 DO_INLINE void filter(lfVector *V, fmatrix3x3 *S)
900 {
901         unsigned int i=0;
902
903         for (i=0;i<S[0].vcount;i++)
904         {
905                 mul_fvector_fmatrix(V[S[i].r], V[S[i].r], S[i].m);
906         }
907 }
908
909 static int  cg_filtered(lfVector *ldV, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S)
910 {
911         // Solves for unknown X in equation AX=B
912         unsigned int conjgrad_loopcount=0, conjgrad_looplimit=100;
913         float conjgrad_epsilon=0.0001f /* , conjgrad_lasterror=0 */ /* UNUSED */;
914         lfVector *q, *d, *tmp, *r; 
915         float s, starget, a, s_prev;
916         unsigned int numverts = lA[0].vcount;
917         q = create_lfvector(numverts);
918         d = create_lfvector(numverts);
919         tmp = create_lfvector(numverts);
920         r = create_lfvector(numverts);
921
922         // zero_lfvector(ldV, CLOTHPARTICLES);
923         filter(ldV, S);
924
925         add_lfvector_lfvector(ldV, ldV, z, numverts);
926
927         // r = B - Mul(tmp,A,X);    // just use B if X known to be zero
928         cp_lfvector(r, lB, numverts);
929         mul_bfmatrix_lfvector(tmp, lA, ldV);
930         sub_lfvector_lfvector(r, r, tmp, numverts);
931
932         filter(r,S);
933
934         cp_lfvector(d, r, numverts);
935
936         s = dot_lfvector(r, r, numverts);
937         starget = s * sqrt(conjgrad_epsilon);
938
939         while (s>starget && conjgrad_loopcount < conjgrad_looplimit)
940         {       
941                 // Mul(q,A,d); // q = A*d;
942                 mul_bfmatrix_lfvector(q, lA, d);
943
944                 filter(q,S);
945
946                 a = s/dot_lfvector(d, q, numverts);
947
948                 // X = X + d*a;
949                 add_lfvector_lfvectorS(ldV, ldV, d, a, numverts);
950
951                 // r = r - q*a;
952                 sub_lfvector_lfvectorS(r, r, q, a, numverts);
953
954                 s_prev = s;
955                 s = dot_lfvector(r, r, numverts);
956
957                 //d = r+d*(s/s_prev);
958                 add_lfvector_lfvectorS(d, r, d, (s/s_prev), numverts);
959
960                 filter(d,S);
961
962                 conjgrad_loopcount++;
963         }
964         /* conjgrad_lasterror = s; */ /* UNUSED */
965
966         del_lfvector(q);
967         del_lfvector(d);
968         del_lfvector(tmp);
969         del_lfvector(r);
970         // printf("W/O conjgrad_loopcount: %d\n", conjgrad_loopcount);
971
972         return conjgrad_loopcount<conjgrad_looplimit;  // true means we reached desired accuracy in given time - ie stable
973 }
974
975 // block diagonalizer
976 DO_INLINE void BuildPPinv(fmatrix3x3 *lA, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
977 {
978         unsigned int i = 0;
979         
980         // Take only the diagonal blocks of A
981 // #pragma omp parallel for private(i) if (lA[0].vcount > CLOTH_OPENMP_LIMIT)
982         for (i = 0; i<lA[0].vcount; i++)
983         {
984                 // block diagonalizer
985                 cp_fmatrix(P[i].m, lA[i].m);
986                 inverse_fmatrix(Pinv[i].m, P[i].m);
987                 
988         }
989 }
990 #if 0
991 /*
992 // version 1.3
993 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv)
994 {
995         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
996         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0;
997         float conjgrad_epsilon=0.0001; // 0.2 is dt for steps=5
998         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
999         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1000         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1001         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1002         
1003         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1004         
1005         filter(dv, S);
1006         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1007         
1008         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1009         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1010         filter(r, S);
1011         
1012         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1013         filter(p, S);
1014         
1015         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1016         
1017         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1018         
1019         // itstart();
1020         
1021         while ((deltaNew > delta0) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1022         {
1023                 iterations++;
1024                 
1025                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1026                 filter(s, S);
1027                 
1028                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1029                 
1030                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1031                 
1032                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1033                 
1034                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1035                 filter(h, S);
1036                 
1037                 deltaOld = deltaNew;
1038                 
1039                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1040                 
1041                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1042                 
1043                 filter(p, S);
1044                 
1045         }
1046         
1047         // itend();
1048         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1049         
1050         del_lfvector(h);
1051         del_lfvector(s);
1052         del_lfvector(p);
1053         del_lfvector(r);
1054         
1055         printf("iterations: %d\n", iterations);
1056         
1057         return iterations<conjgrad_looplimit;
1058 }
1059 */
1060 // version 1.4
1061 static int cg_filtered_pre(lfVector *dv, fmatrix3x3 *lA, lfVector *lB, lfVector *z, fmatrix3x3 *S, fmatrix3x3 *P, fmatrix3x3 *Pinv, fmatrix3x3 *bigI)
1062 {
1063         unsigned int numverts = lA[0].vcount, iterations = 0, conjgrad_looplimit=100;
1064         float delta0 = 0, deltaNew = 0, deltaOld = 0, alpha = 0, tol = 0;
1065         lfVector *r = create_lfvector(numverts);
1066         lfVector *p = create_lfvector(numverts);
1067         lfVector *s = create_lfvector(numverts);
1068         lfVector *h = create_lfvector(numverts);
1069         lfVector *bhat = create_lfvector(numverts);
1070         lfVector *btemp = create_lfvector(numverts);
1071         
1072         BuildPPinv(lA, P, Pinv);
1073         
1074         initdiag_bfmatrix(bigI, I);
1075         sub_bfmatrix_Smatrix(bigI, bigI, S);
1076         
1077         // x = Sx_0+(I-S)z
1078         filter(dv, S);
1079         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1080         
1081         // b_hat = S(b-A(I-S)z)
1082         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, z);
1083         mul_bfmatrix_lfvector(bhat, bigI, r);
1084         sub_lfvector_lfvector(bhat, lB, bhat, numverts);
1085         
1086         // r = S(b-Ax)
1087         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1088         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1089         filter(r, S);
1090         
1091         // p = SP^-1r
1092         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1093         filter(p, S);
1094         
1095         // delta0 = bhat^TP^-1bhat
1096         mul_prevfmatrix_lfvector(btemp, Pinv, bhat);
1097         delta0 = dot_lfvector(bhat, btemp, numverts);
1098         
1099         // deltaNew = r^TP
1100         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1101         
1102         /*
1103         filter(dv, S);
1104         add_lfvector_lfvector(dv, dv, z, numverts);
1105         
1106         mul_bfmatrix_lfvector(r, lA, dv);
1107         sub_lfvector_lfvector(r, lB, r, numverts);
1108         filter(r, S);
1109         
1110         mul_prevfmatrix_lfvector(p, Pinv, r);
1111         filter(p, S);
1112         
1113         deltaNew = dot_lfvector(r, p, numverts);
1114         
1115         delta0 = deltaNew * sqrt(conjgrad_epsilon);
1116         */
1117         
1118         // itstart();
1119         
1120         tol = (0.01*0.2);
1121         
1122         while ((deltaNew > delta0*tol*tol) && (iterations < conjgrad_looplimit))
1123         {
1124                 iterations++;
1125                 
1126                 mul_bfmatrix_lfvector(s, lA, p);
1127                 filter(s, S);
1128                 
1129                 alpha = deltaNew / dot_lfvector(p, s, numverts);
1130                 
1131                 add_lfvector_lfvectorS(dv, dv, p, alpha, numverts);
1132                 
1133                 add_lfvector_lfvectorS(r, r, s, -alpha, numverts);
1134                 
1135                 mul_prevfmatrix_lfvector(h, Pinv, r);
1136                 filter(h, S);
1137                 
1138                 deltaOld = deltaNew;
1139                 
1140                 deltaNew = dot_lfvector(r, h, numverts);
1141                 
1142                 add_lfvector_lfvectorS(p, h, p, deltaNew / deltaOld, numverts);
1143                 
1144                 filter(p, S);
1145                 
1146         }
1147         
1148         // itend();
1149         // printf("cg_filtered_pre time: %f\n", (float)itval());
1150         
1151         del_lfvector(btemp);
1152         del_lfvector(bhat);
1153         del_lfvector(h);
1154         del_lfvector(s);
1155         del_lfvector(p);
1156         del_lfvector(r);
1157         
1158         // printf("iterations: %d\n", iterations);
1159         
1160         return iterations<conjgrad_looplimit;
1161 }
1162 #endif
1163
1164 // outer product is NOT cross product!!!
1165 DO_INLINE void dfdx_spring_type1(float to[3][3], float extent[3], float length, float L, float dot, float k)
1166 {
1167         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1168         // return  (outerprod(dir,dir)*k + (I - outerprod(dir,dir))*(k - ((k*L)/length)));
1169         float temp[3][3];
1170         float temp1 = k*(1.0 - (L/length));     
1171         
1172         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, 1.0 / dot);
1173         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1174         mul_fmatrix_S(to, temp1);
1175         
1176         mul_fvectorT_fvectorS(temp, extent, extent, k/ dot);
1177         add_fmatrix_fmatrix(to, to, temp);
1178         
1179         /*
1180         mul_fvectorT_fvector(temp, dir, dir);
1181         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, temp);
1182         mul_fmatrix_S(to, k* (1.0f-(L/length)));
1183         mul_fmatrix_S(temp, k);
1184         add_fmatrix_fmatrix(to, temp, to);
1185         */
1186 }
1187
1188 DO_INLINE void dfdx_spring_type2(float to[3][3], float dir[3], float length, float L, float k, float cb)
1189 {
1190         // return  outerprod(dir,dir)*fbstar_jacobi(length, L, k, cb);
1191         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, fbstar_jacobi(length, L, k, cb));
1192 }
1193
1194 DO_INLINE void dfdv_damp(float to[3][3], float dir[3], float damping)
1195 {
1196         // derivative of force wrt velocity.  
1197         mul_fvectorT_fvectorS(to, dir, dir, damping);
1198         
1199 }
1200
1201 DO_INLINE void dfdx_spring(float to[3][3],  float dir[3],float length,float L,float k)
1202 {
1203         // dir is unit length direction, rest is spring's restlength, k is spring constant.
1204         //return  ( (I-outerprod(dir,dir))*Min(1.0f,rest/length) - I) * -k;
1205         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1206         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1207
1208         mul_fmatrix_S(to, (L/length)); 
1209         sub_fmatrix_fmatrix(to, to, I);
1210         mul_fmatrix_S(to, -k);
1211 }
1212
1213 // unused atm
1214 DO_INLINE void dfdx_damp(float to[3][3],  float dir[3],float length,const float vel[3],float rest,float damping)
1215 {
1216         // inner spring damping   vel is the relative velocity  of the endpoints.  
1217         //      return (I-outerprod(dir,dir)) * (-damping * -(dot(dir,vel)/Max(length,rest)));
1218         mul_fvectorT_fvector(to, dir, dir);
1219         sub_fmatrix_fmatrix(to, I, to);
1220         mul_fmatrix_S(to,  (-damping * -(dot_v3v3(dir,vel)/MAX2(length,rest))));
1221
1222 }
1223
1224 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)
1225 {
1226         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1227         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1228         float extent[3];
1229         float length = 0, dot = 0;
1230         float dir[3] = {0,0,0};
1231         float vel[3];
1232         float k = 0.0f;
1233         float L = s->restlen;
1234         float cb; /* = clmd->sim_parms->structural; */ /*UNUSED*/
1235
1236         float nullf[3] = {0,0,0};
1237         float stretch_force[3] = {0,0,0};
1238         float bending_force[3] = {0,0,0};
1239         float damping_force[3] = {0,0,0};
1240         float nulldfdx[3][3]={ {0,0,0}, {0,0,0}, {0,0,0}};
1241         
1242         float scaling = 0.0;
1243
1244         int no_compress = clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_NO_SPRING_COMPRESS;
1245         
1246         copy_v3_v3(s->f, nullf);
1247         cp_fmatrix(s->dfdx, nulldfdx);
1248         cp_fmatrix(s->dfdv, nulldfdx);
1249
1250         // calculate elonglation
1251         sub_v3_v3v3(extent, X[s->kl], X[s->ij]);
1252         sub_v3_v3v3(vel, V[s->kl], V[s->ij]);
1253         dot = dot_v3v3(extent, extent);
1254         length = sqrt(dot);
1255         
1256         s->flags &= ~CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1257         
1258         if (length > ALMOST_ZERO)
1259         {
1260                 /*
1261                 if (length>L)
1262                 {
1263                 if ((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) &&
1264                     ((((length-L)*100.0f/L) > clmd->sim_parms->maxspringlen))) // cut spring!
1265                 {
1266                 s->flags |= CSPRING_FLAG_DEACTIVATE;
1267                 return;
1268         }
1269         } 
1270                 */
1271                 mul_fvector_S(dir, extent, 1.0f/length);
1272         }
1273         else    
1274         {
1275                 mul_fvector_S(dir, extent, 0.0f);
1276         }
1277         
1278         // calculate force of structural + shear springs
1279         if ((s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) || (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR))
1280         {
1281                 if (length > L || no_compress)
1282                 {
1283                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1284                         
1285                         k = clmd->sim_parms->structural;
1286                                 
1287                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1288                         
1289                         k = scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1290                         
1291                         // TODO: verify, half verified (couldn't see error)
1292                         mul_fvector_S(stretch_force, dir, k*(length-L)); 
1293
1294                         VECADD(s->f, s->f, stretch_force);
1295
1296                         // Ascher & Boxman, p.21: Damping only during elonglation
1297                         // something wrong with it...
1298                         mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->Cdis * dot_v3v3(vel, dir));
1299                         VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1300                         
1301                         /* VERIFIED */
1302                         dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, L, k);
1303                         
1304                         /* VERIFIED */
1305                         dfdv_damp(s->dfdv, dir, clmd->sim_parms->Cdis);
1306                         
1307                 }
1308         }
1309         else if (s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL) {
1310                 float tvect[3];
1311                 
1312                 s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1313                 
1314                 // current_position = xold + t * (newposition - xold)
1315                 sub_v3_v3v3(tvect, verts[s->ij].xconst, verts[s->ij].xold);
1316                 mul_fvector_S(tvect, tvect, time);
1317                 VECADD(tvect, tvect, verts[s->ij].xold);
1318
1319                 sub_v3_v3v3(extent, X[s->ij], tvect);
1320                 
1321                 // SEE MSG BELOW (these are UNUSED)
1322                 // dot = dot_v3v3(extent, extent);
1323                 // length = sqrt(dot);
1324                 
1325                 k = clmd->sim_parms->goalspring;
1326                 
1327                 scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_struct-k);
1328                         
1329                 k = verts [s->ij].goal * scaling / (clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON);
1330                 
1331                 VECADDS(s->f, s->f, extent, -k);
1332                 
1333                 mul_fvector_S(damping_force, dir, clmd->sim_parms->goalfrict * 0.01 * dot_v3v3(vel, dir));
1334                 VECADD(s->f, s->f, damping_force);
1335                 
1336                 // HERE IS THE PROBLEM!!!!
1337                 // dfdx_spring(s->dfdx, dir, length, 0.0, k);
1338                 // dfdv_damp(s->dfdv, dir, MIN2(1.0, (clmd->sim_parms->goalfrict/100.0)));
1339         }
1340         else // calculate force of bending springs
1341         {
1342                 if (length < L)
1343                 {
1344                         s->flags |= CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED;
1345                         
1346                         k = clmd->sim_parms->bending;   
1347                         
1348                         scaling = k + s->stiffness * ABS(clmd->sim_parms->max_bend-k);                  
1349                         cb = k = scaling / (20.0*(clmd->sim_parms->avg_spring_len + FLT_EPSILON));
1350
1351                         mul_fvector_S(bending_force, dir, fbstar(length, L, k, cb));
1352                         VECADD(s->f, s->f, bending_force);
1353
1354                         dfdx_spring_type2(s->dfdx, dir, length,L, k, cb);
1355                 }
1356         }
1357 }
1358
1359 DO_INLINE void cloth_apply_spring_force(ClothModifierData *UNUSED(clmd), ClothSpring *s, lfVector *lF, lfVector *UNUSED(X), lfVector *UNUSED(V), fmatrix3x3 *dFdV, fmatrix3x3 *dFdX)
1360 {
1361         if (s->flags & CLOTH_SPRING_FLAG_NEEDED)
1362         {
1363                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_BENDING))
1364                 {
1365                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->ij].m, dFdV[s->ij].m, s->dfdv);
1366                         sub_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->kl].m, dFdV[s->kl].m, s->dfdv);
1367                         add_fmatrix_fmatrix(dFdV[s->matrix_index].m, dFdV[s->matrix_index].m, s->dfdv); 
1368                 }
1369
1370                 VECADD(lF[s->ij], lF[s->ij], s->f);
1371                 
1372                 if (!(s->type & CLOTH_SPRING_TYPE_GOAL))
1373                         sub_v3_v3v3(lF[s->kl], lF[s->kl], s->f);
1374                 
1375                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->kl].m, dFdX[s->kl].m, s->dfdx);
1376                 sub_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->ij].m, dFdX[s->ij].m, s->dfdx);
1377                 add_fmatrix_fmatrix(dFdX[s->matrix_index].m, dFdX[s->matrix_index].m, s->dfdx);
1378         }       
1379 }
1380
1381
1382 static void CalcFloat( float *v1, float *v2, float *v3, float *n)
1383 {
1384         float n1[3],n2[3];
1385
1386         n1[0]= v1[0]-v2[0];
1387         n2[0]= v2[0]-v3[0];
1388         n1[1]= v1[1]-v2[1];
1389         n2[1]= v2[1]-v3[1];
1390         n1[2]= v1[2]-v2[2];
1391         n2[2]= v2[2]-v3[2];
1392         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1393         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1394         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1395 }
1396
1397 static void CalcFloat4( float *v1, float *v2, float *v3, float *v4, float *n)
1398 {
1399         /* real cross! */
1400         float n1[3],n2[3];
1401
1402         n1[0]= v1[0]-v3[0];
1403         n1[1]= v1[1]-v3[1];
1404         n1[2]= v1[2]-v3[2];
1405
1406         n2[0]= v2[0]-v4[0];
1407         n2[1]= v2[1]-v4[1];
1408         n2[2]= v2[2]-v4[2];
1409
1410         n[0]= n1[1]*n2[2]-n1[2]*n2[1];
1411         n[1]= n1[2]*n2[0]-n1[0]*n2[2];
1412         n[2]= n1[0]*n2[1]-n1[1]*n2[0];
1413 }
1414
1415 static float calculateVertexWindForce(float wind[3], float vertexnormal[3])  
1416 {
1417         return dot_v3v3(wind, vertexnormal);
1418 }
1419
1420 typedef struct HairGridVert {
1421         float velocity[3];
1422         float density;
1423 } HairGridVert;
1424 #define HAIR_GRID_INDEX(vec, min, max, axis) (int)((vec[axis] - min[axis]) / (max[axis] - min[axis]) * 9.99f)
1425 /* Smoothing of hair velocities:
1426  * adapted from
1427  *      Volumetric Methods for Simulation and Rendering of Hair
1428  *      by Lena Petrovic, Mark Henne and John Anderson
1429  *      Pixar Technical Memo #06-08, Pixar Animation Studios
1430  */
1431 static void hair_velocity_smoothing(ClothModifierData *clmd, lfVector *lF, lfVector *lX, lfVector *lV, unsigned int numverts)
1432 {
1433         /* TODO: This is an initial implementation and should be made much better in due time.
1434          * What should at least be implemented is a grid size parameter and a smoothing kernel
1435          * for bigger grids.
1436          */
1437
1438         /* 10x10x10 grid gives nice initial results */
1439         HairGridVert grid[10][10][10];
1440         HairGridVert colg[10][10][10];
1441         ListBase *colliders = get_collider_cache(clmd->scene, NULL, NULL);
1442         ColliderCache *col = NULL;
1443         float gmin[3], gmax[3], density;
1444         /* 2.0f is an experimental value that seems to give good results */
1445         float smoothfac = 2.0f * clmd->sim_parms->velocity_smooth;
1446         float collfac = 2.0f * clmd->sim_parms->collider_friction;
1447         unsigned int    v = 0;
1448         unsigned int    i = 0;
1449         int                             j = 0;
1450         int                             k = 0;
1451
1452         INIT_MINMAX(gmin, gmax);
1453
1454         for (i = 0; i < numverts; i++)
1455                 DO_MINMAX(lX[i], gmin, gmax);
1456
1457         /* initialize grid */
1458         for (i = 0; i < 10; i++) {
1459                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1460                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1461                                 grid[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1462                                 grid[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1463                                 grid[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1464                                 grid[i][j][k].density = 0.0f;
1465
1466                                 colg[i][j][k].velocity[0] = 0.0f;
1467                                 colg[i][j][k].velocity[1] = 0.0f;
1468                                 colg[i][j][k].velocity[2] = 0.0f;
1469                                 colg[i][j][k].density = 0.0f;
1470                         }
1471                 }
1472         }
1473
1474         /* gather velocities & density */
1475         if (smoothfac > 0.0f) for (v = 0; v < numverts; v++) {
1476                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1477                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1478                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1479                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1480                         continue;
1481
1482                 grid[i][j][k].velocity[0] += lV[v][0];
1483                 grid[i][j][k].velocity[1] += lV[v][1];
1484                 grid[i][j][k].velocity[2] += lV[v][2];
1485                 grid[i][j][k].density += 1.0f;
1486         }
1487
1488         /* gather colliders */
1489         if (colliders && collfac > 0.0f) for (col = colliders->first; col; col = col->next)
1490         {
1491                 MVert *loc0 = col->collmd->x;
1492                 MVert *loc1 = col->collmd->xnew;
1493                 float vel[3];
1494
1495                 for (v=0; v<col->collmd->numverts; v++, loc0++, loc1++) {
1496                         i = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 0);
1497
1498                         if (i>=0 && i<10) {
1499                                 j = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 1);
1500
1501                                 if (j>=0 && j<10) {
1502                                         k = HAIR_GRID_INDEX(loc1->co, gmin, gmax, 2);
1503
1504                                         if (k>=0 && k<10) {
1505                                                 sub_v3_v3v3(vel, loc1->co, loc0->co);
1506
1507                                                 colg[i][j][k].velocity[0] += vel[0];
1508                                                 colg[i][j][k].velocity[1] += vel[1];
1509                                                 colg[i][j][k].velocity[2] += vel[2];
1510                                                 colg[i][j][k].density += 1.0;
1511                                         }
1512                                 }
1513                         }
1514                 }
1515         }
1516         
1517
1518         /* divide velocity with density */
1519         for (i = 0; i < 10; i++) {
1520                 for (j = 0; j < 10; j++) {
1521                         for (k = 0; k < 10; k++) {
1522                                 density = grid[i][j][k].density;
1523                                 if (density > 0.0f) {
1524                                         grid[i][j][k].velocity[0] /= density;
1525                                         grid[i][j][k].velocity[1] /= density;
1526                                         grid[i][j][k].velocity[2] /= density;
1527                                 }
1528
1529                                 density = colg[i][j][k].density;
1530                                 if (density > 0.0f) {
1531                                         colg[i][j][k].velocity[0] /= density;
1532                                         colg[i][j][k].velocity[1] /= density;
1533                                         colg[i][j][k].velocity[2] /= density;
1534                                 }
1535                         }
1536                 }
1537         }
1538
1539         /* calculate forces */
1540         for (v = 0; v < numverts; v++) {
1541                 i = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 0);
1542                 j = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 1);
1543                 k = HAIR_GRID_INDEX(lX[v], gmin, gmax, 2);
1544                 if (i < 0 || j < 0 || k < 0 || i > 10 || j >= 10 || k >= 10)
1545                         continue;
1546
1547                 lF[v][0] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1548                 lF[v][1] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1549                 lF[v][2] += smoothfac * (grid[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1550
1551                 if (colg[i][j][k].density > 0.0f) {
1552                         lF[v][0] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[0] - lV[v][0]);
1553                         lF[v][1] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[1] - lV[v][1]);
1554                         lF[v][2] += collfac * (colg[i][j][k].velocity[2] - lV[v][2]);
1555                 }
1556         }
1557
1558         free_collider_cache(&colliders);
1559 }
1560
1561 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)
1562 {
1563         /* Collect forces and derivatives:  F,dFdX,dFdV */
1564         Cloth           *cloth          = clmd->clothObject;
1565         unsigned int i  = 0;
1566         float           spring_air      = clmd->sim_parms->Cvi * 0.01f; /* viscosity of air scaled in percent */
1567         float           gravity[3] = {0.0f, 0.0f, 0.0f};
1568         float           tm2[3][3]       = {{0}};
1569         MFace           *mfaces         = cloth->mfaces;
1570         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1571         LinkNode *search;
1572         lfVector *winvec;
1573         EffectedPoint epoint;
1574
1575         tm2[0][0]= tm2[1][1]= tm2[2][2]= -spring_air;
1576         
1577         /* global acceleration (gravitation) */
1578         if (clmd->scene->physics_settings.flag & PHYS_GLOBAL_GRAVITY) {
1579                 copy_v3_v3(gravity, clmd->scene->physics_settings.gravity);
1580                 mul_fvector_S(gravity, gravity, 0.001f * clmd->sim_parms->effector_weights->global_gravity); /* scale gravity force */
1581         }
1582
1583         /* set dFdX jacobi matrix to zero */
1584         init_bfmatrix(dFdX, ZERO);
1585         /* set dFdX jacobi matrix diagonal entries to -spring_air */ 
1586         initdiag_bfmatrix(dFdV, tm2);
1587
1588         init_lfvector(lF, gravity, numverts);
1589         
1590         if (clmd->sim_parms->velocity_smooth > 0.0f || clmd->sim_parms->collider_friction > 0.0f)
1591                 hair_velocity_smoothing(clmd, lF, lX, lV, numverts);
1592
1593         /* multiply lF with mass matrix
1594          * force = mass * acceleration (in this case: gravity)
1595          */
1596         for (i = 0; i < numverts; i++)
1597         {
1598                 float temp[3];
1599                 copy_v3_v3(temp, lF[i]);
1600                 mul_fmatrix_fvector(lF[i], M[i].m, temp);
1601         }
1602
1603         submul_lfvectorS(lF, lV, spring_air, numverts);
1604         
1605         /* handle external forces like wind */
1606         if (effectors)
1607         {       
1608                 // 0 = force, 1 = normalized force
1609                 winvec = create_lfvector(cloth->numverts);
1610                 
1611                 if (!winvec)
1612                         printf("winvec: out of memory in implicit.c\n");
1613                 
1614                 // precalculate wind forces
1615                 for (i = 0; i < cloth->numverts; i++)
1616                 {       
1617                         pd_point_from_loc(clmd->scene, (float*)lX[i], (float*)lV[i], i, &epoint);
1618                         pdDoEffectors(effectors, NULL, clmd->sim_parms->effector_weights, &epoint, winvec[i], NULL);
1619                 }
1620                 
1621                 for (i = 0; i < cloth->numfaces; i++)
1622                 {
1623                         float trinormal[3]={0,0,0}; // normalized triangle normal
1624                         float triunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-triangle normal
1625                         float tmp[3]={0,0,0};
1626                         float factor = (mfaces[i].v4) ? 0.25 : 1.0 / 3.0;
1627                         factor *= 0.02;
1628                         
1629                         // calculate face normal
1630                         if (mfaces[i].v4)
1631                                 CalcFloat4(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],lX[mfaces[i].v4],triunnormal);
1632                         else
1633                                 CalcFloat(lX[mfaces[i].v1],lX[mfaces[i].v2],lX[mfaces[i].v3],triunnormal);
1634
1635                         normalize_v3_v3(trinormal, triunnormal);
1636                         
1637                         // add wind from v1
1638                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1639                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v1], triunnormal));
1640                         VECADDS(lF[mfaces[i].v1], lF[mfaces[i].v1], tmp, factor);
1641                         
1642                         // add wind from v2
1643                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1644                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v2], triunnormal));
1645                         VECADDS(lF[mfaces[i].v2], lF[mfaces[i].v2], tmp, factor);
1646                         
1647                         // add wind from v3
1648                         copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1649                         mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v3], triunnormal));
1650                         VECADDS(lF[mfaces[i].v3], lF[mfaces[i].v3], tmp, factor);
1651                         
1652                         // add wind from v4
1653                         if (mfaces[i].v4)
1654                         {
1655                                 copy_v3_v3(tmp, trinormal);
1656                                 mul_v3_fl(tmp, calculateVertexWindForce(winvec[mfaces[i].v4], triunnormal));
1657                                 VECADDS(lF[mfaces[i].v4], lF[mfaces[i].v4], tmp, factor);
1658                         }
1659                 }
1660
1661                 /* Hair has only edges */
1662                 if (cloth->numfaces == 0) {
1663                         ClothSpring *spring;
1664                         float edgevec[3]={0,0,0}; //edge vector
1665                         float edgeunnormal[3]={0,0,0}; // not-normalized-edge normal
1666                         float tmp[3]={0,0,0};
1667                         float factor = 0.01;
1668
1669                         search = cloth->springs;
1670                         while (search) {
1671                                 spring = search->link;
1672                                 
1673                                 if (spring->type == CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL) {
1674                                         sub_v3_v3v3(edgevec, (float*)lX[spring->ij], (float*)lX[spring->kl]);
1675
1676                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->ij], edgevec);
1677                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->ij], tmp);
1678                                         /* hair doesn't stretch too much so we can use restlen pretty safely */
1679                                         VECADDS(lF[spring->ij], lF[spring->ij], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1680
1681                                         project_v3_v3v3(tmp, winvec[spring->kl], edgevec);
1682                                         sub_v3_v3v3(edgeunnormal, winvec[spring->kl], tmp);
1683                                         VECADDS(lF[spring->kl], lF[spring->kl], edgeunnormal, spring->restlen * factor);
1684                                 }
1685
1686                                 search = search->next;
1687                         }
1688                 }
1689
1690                 del_lfvector(winvec);
1691         }
1692                 
1693         // calculate spring forces
1694         search = cloth->springs;
1695         while (search)
1696         {
1697                 // only handle active springs
1698                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) {}
1699                 cloth_calc_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX, time);
1700
1701                 search = search->next;
1702         }
1703         
1704         // apply spring forces
1705         search = cloth->springs;
1706         while (search)
1707         {
1708                 // only handle active springs
1709                 // if (((clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED) && !(springs[i].flags & CSPRING_FLAG_DEACTIVATE))|| !(clmd->sim_parms->flags & CSIMSETT_FLAG_TEARING_ENABLED)) 
1710                 cloth_apply_spring_force(clmd, search->link, lF, lX, lV, dFdV, dFdX);
1711                 search = search->next;
1712         }
1713         // printf("\n");
1714 }
1715
1716 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))
1717 {
1718         unsigned int numverts = dFdV[0].vcount;
1719
1720         lfVector *dFdXmV = create_lfvector(numverts);
1721         zero_lfvector(dV, numverts);
1722         
1723         cp_bfmatrix(A, M);
1724         
1725         subadd_bfmatrixS_bfmatrixS(A, dFdV, dt, dFdX, (dt*dt));
1726
1727         mul_bfmatrix_lfvector(dFdXmV, dFdX, lV);
1728
1729         add_lfvectorS_lfvectorS(B, lF, dt, dFdXmV, (dt*dt), numverts);
1730         
1731         itstart();
1732         
1733         cg_filtered(dV, A, B, z, S); /* conjugate gradient algorithm to solve Ax=b */
1734         // cg_filtered_pre(dV, A, B, z, S, P, Pinv, bigI);
1735         
1736         itend();
1737         // printf("cg_filtered calc time: %f\n", (float)itval());
1738         
1739         cp_lfvector(olddV, dV, numverts);
1740
1741         // advance velocities
1742         add_lfvector_lfvector(Vnew, lV, dV, numverts);
1743         
1744
1745         del_lfvector(dFdXmV);
1746 }
1747
1748 /* computes where the cloth would be if it were subject to perfectly stiff edges
1749  * (edge distance constraints) in a lagrangian solver.  then add forces to help
1750  * guide the implicit solver to that state.  this function is called after
1751  * collisions*/
1752 int cloth_calc_helper_forces(Object *UNUSED(ob), ClothModifierData * clmd, float (*initial_cos)[3], float UNUSED(step), float dt)
1753 {
1754         Cloth *cloth= clmd->clothObject;
1755         float (*cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1756         float *masses = MEM_callocN(sizeof(float)*cloth->numverts, "cos cloth_calc_helper_forces");
1757         LinkNode *node;
1758         ClothSpring *spring;
1759         ClothVertex *cv;
1760         int i, steps;
1761         
1762         cv = cloth->verts;
1763         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1764                 copy_v3_v3(cos[i], cv->tx);
1765                 
1766                 if (cv->goal == 1.0f || len_v3v3(initial_cos[i], cv->tx) != 0.0) {
1767                         masses[i] = 1e+10;      
1768                 }
1769                 else {
1770                         masses[i] = cv->mass;
1771                 }
1772         }
1773         
1774         steps = 55;
1775         for (i=0; i<steps; i++) {
1776                 for (node=cloth->springs; node; node=node->next) {
1777                         /* ClothVertex *cv1, *cv2; */ /* UNUSED */
1778                         int v1, v2;
1779                         float len, c, l, vec[3];
1780                         
1781                         spring = node->link;
1782                         if (spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_STRUCTURAL && spring->type != CLOTH_SPRING_TYPE_SHEAR) 
1783                                 continue;
1784                         
1785                         v1 = spring->ij; v2 = spring->kl;
1786                         /* cv1 = cloth->verts + v1; */ /* UNUSED */
1787                         /* cv2 = cloth->verts + v2; */ /* UNUSED */
1788                         len = len_v3v3(cos[v1], cos[v2]);
1789                         
1790                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v1], cos[v2]);
1791                         normalize_v3(vec);
1792                         
1793                         c = (len - spring->restlen);
1794                         if (c == 0.0)
1795                                 continue;
1796                         
1797                         l = c / ((1.0/masses[v1]) + (1.0/masses[v2]));
1798                         
1799                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v1])*l);
1800                         add_v3_v3(cos[v1], vec);
1801         
1802                         sub_v3_v3v3(vec, cos[v2], cos[v1]);
1803                         normalize_v3(vec);
1804                         
1805                         mul_v3_fl(vec, -(1.0/masses[v2])*l);
1806                         add_v3_v3(cos[v2], vec);
1807                 }
1808         }
1809         
1810         cv = cloth->verts;
1811         for (i=0; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1812                 float vec[3];
1813                 
1814                 /*compute forces*/
1815                 sub_v3_v3v3(vec, cos[i], cv->tx);
1816                 mul_v3_fl(vec, cv->mass*dt*20.0f);
1817                 add_v3_v3(cv->tv, vec);
1818                 //copy_v3_v3(cv->tx, cos[i]);
1819         }
1820         
1821         MEM_freeN(cos);
1822         MEM_freeN(masses);
1823         
1824         return 1;
1825 }
1826 int implicit_solver (Object *ob, float frame, ClothModifierData *clmd, ListBase *effectors)
1827 {
1828         unsigned int i=0;
1829         float step=0.0f, tf=clmd->sim_parms->timescale;
1830         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1831         ClothVertex *verts = cloth->verts, *cv;
1832         unsigned int numverts = cloth->numverts;
1833         float dt = clmd->sim_parms->timescale / clmd->sim_parms->stepsPerFrame;
1834         float spf = (float)clmd->sim_parms->stepsPerFrame / clmd->sim_parms->timescale;
1835         float (*initial_cos)[3] = MEM_callocN(sizeof(float)*3*cloth->numverts, "initial_cos implicit.c");
1836         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1837         int do_extra_solve;
1838
1839         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) /* do goal stuff */
1840         {
1841                 for (i = 0; i < numverts; i++)
1842                 {                       
1843                         // update velocities with constrained velocities from pinned verts
1844                         if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1845                         {                       
1846                                 sub_v3_v3v3(id->V[i], verts[i].xconst, verts[i].xold);
1847                                 // mul_v3_fl(id->V[i], clmd->sim_parms->stepsPerFrame);
1848                         }
1849                 }       
1850         }
1851         
1852         while (step < tf)
1853         {       
1854                 // damping velocity for artistic reasons
1855                 mul_lfvectorS(id->V, id->V, clmd->sim_parms->vel_damping, numverts);
1856
1857                 // calculate forces
1858                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step, id->M);
1859                 
1860                 // calculate new velocity
1861                 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);
1862                 
1863                 // advance positions
1864                 add_lfvector_lfvectorS(id->Xnew, id->X, id->Vnew, dt, numverts);
1865                 
1866                 /* move pinned verts to correct position */
1867                 for (i = 0; i < numverts; i++)
1868                 {       
1869                         if (clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) 
1870                         {                       
1871                                 if (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED)
1872                                 {                       
1873                                         float tvect[3] = {.0,.0,.0};
1874                                         sub_v3_v3v3(tvect, verts[i].xconst, verts[i].xold);
1875                                         mul_fvector_S(tvect, tvect, step+dt);
1876                                         VECADD(tvect, tvect, verts[i].xold);
1877                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], tvect);
1878                                 }       
1879                         }
1880                         
1881                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1882                 }
1883
1884                 if (clmd->coll_parms->flags & CLOTH_COLLSETTINGS_FLAG_ENABLED && clmd->clothObject->bvhtree)
1885                 {
1886                         // collisions 
1887                         // itstart();
1888                         
1889                         // update verts to current positions
1890                         for (i = 0; i < numverts; i++)
1891                         {
1892                                 copy_v3_v3(verts[i].tx, id->Xnew[i]);
1893
1894                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, verts[i].txold);
1895                                 copy_v3_v3(verts[i].v, verts[i].tv);
1896                         }
1897
1898                         for (i=0, cv=cloth->verts; i<cloth->numverts; i++, cv++) {
1899                                 copy_v3_v3(initial_cos[i], cv->tx);
1900                         }
1901                         
1902                         // call collision function
1903                         // TODO: check if "step" or "step+dt" is correct - dg
1904                         do_extra_solve = cloth_bvh_objcollision(ob, clmd, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1905                                                 
1906                         // copy corrected positions back to simulation
1907                         for (i = 0; i < numverts; i++)
1908                         {               
1909                                 // correct velocity again, just to be sure we had to change it due to adaptive collisions
1910                                 sub_v3_v3v3(verts[i].tv, verts[i].tx, id->X[i]);
1911                         }
1912
1913                         //if (do_extra_solve)
1914                         //      cloth_calc_helper_forces(ob, clmd, initial_cos, step/clmd->sim_parms->timescale, dt/clmd->sim_parms->timescale);
1915                         
1916                         for (i = 0; i < numverts; i++)
1917                         {               
1918
1919                                 if (do_extra_solve)
1920                                 {
1921                                         
1922                                         if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1923                                                 continue;
1924
1925                                         copy_v3_v3(id->Xnew[i], verts[i].tx);
1926                                         copy_v3_v3(id->Vnew[i], verts[i].tv);
1927                                         mul_v3_fl(id->Vnew[i], spf);
1928                                 }
1929                         }
1930                         
1931                         // X = Xnew;
1932                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1933
1934                         // if there were collisions, advance the velocity from v_n+1/2 to v_n+1
1935                         
1936                         if (do_extra_solve)
1937                         {
1938                                 // V = Vnew;
1939                                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1940
1941                                 // calculate 
1942                                 cloth_calc_force(clmd, frame, id->F, id->X, id->V, id->dFdV, id->dFdX, effectors, step+dt, id->M);      
1943                                 
1944                                 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);
1945                         }
1946                 }
1947                 else
1948                 {
1949                         // X = Xnew;
1950                         cp_lfvector(id->X, id->Xnew, numverts);
1951                 }
1952                 
1953                 // itend();
1954                 // printf("collision time: %f\n", (float)itval());
1955                 
1956                 // V = Vnew;
1957                 cp_lfvector(id->V, id->Vnew, numverts);
1958                 
1959                 step += dt;
1960         }
1961
1962         for (i = 0; i < numverts; i++)
1963         {                               
1964                 if ((clmd->sim_parms->flags & CLOTH_SIMSETTINGS_FLAG_GOAL) && (verts [i].flags & CLOTH_VERT_FLAG_PINNED))
1965                 {
1966                         copy_v3_v3(verts[i].txold, verts[i].xconst); // TODO: test --> should be .x
1967                         copy_v3_v3(verts[i].x, verts[i].xconst);
1968                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1969                 }
1970                 else
1971                 {
1972                         copy_v3_v3(verts[i].txold, id->X[i]);
1973                         copy_v3_v3(verts[i].x, id->X[i]);
1974                         copy_v3_v3(verts[i].v, id->V[i]);
1975                 }
1976         }
1977         
1978         MEM_freeN(initial_cos);
1979         
1980         return 1;
1981 }
1982
1983 void implicit_set_positions (ClothModifierData *clmd)
1984 {
1985         Cloth *cloth = clmd->clothObject;
1986         ClothVertex *verts = cloth->verts;
1987         unsigned int numverts = cloth->numverts, i;
1988         Implicit_Data *id = cloth->implicit;
1989         
1990         for (i = 0; i < numverts; i++)
1991         {                               
1992                 copy_v3_v3(id->X[i], verts[i].x);
1993                 copy_v3_v3(id->V[i], verts[i].v);
1994         }
1995         if (G.rt > 0)
1996                 printf("implicit_set_positions\n");     
1997 }
1998