Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: code/branches/ode/ode-0.9/ode/src/quickstep.cpp @ 216

Last change on this file since 216 was 216, checked in by mathiask, 16 years ago

[Physik] add ode-0.9

File size: 26.6 KB
Line 
1/*************************************************************************
2 *                                                                       *
3 * Open Dynamics Engine, Copyright (C) 2001-2003 Russell L. Smith.       *
4 * All rights reserved.  Email: russ@q12.org   Web: www.q12.org          *
5 *                                                                       *
6 * This library is free software; you can redistribute it and/or         *
7 * modify it under the terms of EITHER:                                  *
8 *   (1) The GNU Lesser General Public License as published by the Free  *
9 *       Software Foundation; either version 2.1 of the License, or (at  *
10 *       your option) any later version. The text of the GNU Lesser      *
11 *       General Public License is included with this library in the     *
12 *       file LICENSE.TXT.                                               *
13 *   (2) The BSD-style license that is included with this library in     *
14 *       the file LICENSE-BSD.TXT.                                       *
15 *                                                                       *
16 * This library is distributed in the hope that it will be useful,       *
17 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of        *
18 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the files    *
19 * LICENSE.TXT and LICENSE-BSD.TXT for more details.                     *
20 *                                                                       *
21 *************************************************************************/
22
23#include "objects.h"
24#include "joint.h"
25#include <ode/config.h>
26#include <ode/odemath.h>
27#include <ode/rotation.h>
28#include <ode/timer.h>
29#include <ode/error.h>
30#include <ode/matrix.h>
31#include <ode/misc.h>
32#include "lcp.h"
33#include "util.h"
34
35#define ALLOCA dALLOCA16
36
37typedef const dReal *dRealPtr;
38typedef dReal *dRealMutablePtr;
39#define dRealArray(name,n) dReal name[n];
40#define dRealAllocaArray(name,n) dReal *name = (dReal*) ALLOCA ((n)*sizeof(dReal));
41
42//***************************************************************************
43// configuration
44
45// for the SOR and CG methods:
46// uncomment the following line to use warm starting. this definitely
47// help for motor-driven joints. unfortunately it appears to hurt
48// with high-friction contacts using the SOR method. use with care
49
50//#define WARM_STARTING 1
51
52
53// for the SOR method:
54// uncomment the following line to determine a new constraint-solving
55// order for each iteration. however, the qsort per iteration is expensive,
56// and the optimal order is somewhat problem dependent.
57// @@@ try the leaf->root ordering.
58
59//#define REORDER_CONSTRAINTS 1
60
61
62// for the SOR method:
63// uncomment the following line to randomly reorder constraint rows
64// during the solution. depending on the situation, this can help a lot
65// or hardly at all, but it doesn't seem to hurt.
66
67#define RANDOMLY_REORDER_CONSTRAINTS 1
68
69//****************************************************************************
70// special matrix multipliers
71
72// multiply block of B matrix (q x 6) with 12 dReal per row with C vektor (q)
73static void Multiply1_12q1 (dReal *A, dReal *B, dReal *C, int q)
74{
75  int k;
76  dReal sum;
77  dIASSERT (q>0 && A && B && C);
78  sum = 0;
79  for (k=0; k<q; k++) sum += B[k*12] * C[k];
80  A[0] = sum;
81  sum = 0;
82  for (k=0; k<q; k++) sum += B[1+k*12] * C[k];
83  A[1] = sum;
84  sum = 0;
85  for (k=0; k<q; k++) sum += B[2+k*12] * C[k];
86  A[2] = sum;
87  sum = 0;
88  for (k=0; k<q; k++) sum += B[3+k*12] * C[k];
89  A[3] = sum;
90  sum = 0;
91  for (k=0; k<q; k++) sum += B[4+k*12] * C[k];
92  A[4] = sum;
93  sum = 0;
94  for (k=0; k<q; k++) sum += B[5+k*12] * C[k];
95  A[5] = sum;
96}
97
98//***************************************************************************
99// testing stuff
100
101#ifdef TIMING
102#define IFTIMING(x) x
103#else
104#define IFTIMING(x) /* */
105#endif
106
107//***************************************************************************
108// various common computations involving the matrix J
109
110// compute iMJ = inv(M)*J'
111
112static void compute_invM_JT (int m, dRealMutablePtr J, dRealMutablePtr iMJ, int *jb,
113        dxBody * const *body, dRealPtr invI)
114{
115        int i,j;
116        dRealMutablePtr iMJ_ptr = iMJ;
117        dRealMutablePtr J_ptr = J;
118        for (i=0; i<m; i++) {
119                int b1 = jb[i*2];
120                int b2 = jb[i*2+1];
121                dReal k = body[b1]->invMass;
122                for (j=0; j<3; j++) iMJ_ptr[j] = k*J_ptr[j];
123                dMULTIPLY0_331 (iMJ_ptr + 3, invI + 12*b1, J_ptr + 3);
124                if (b2 >= 0) {
125                        k = body[b2]->invMass;
126                        for (j=0; j<3; j++) iMJ_ptr[j+6] = k*J_ptr[j+6];
127                        dMULTIPLY0_331 (iMJ_ptr + 9, invI + 12*b2, J_ptr + 9);
128                }
129                J_ptr += 12;
130                iMJ_ptr += 12;
131        }
132}
133
134
135// compute out = inv(M)*J'*in.
136
137static void multiply_invM_JT (int m, int nb, dRealMutablePtr iMJ, int *jb,
138        dRealMutablePtr in, dRealMutablePtr out)
139{
140        int i,j;
141        dSetZero (out,6*nb);
142        dRealPtr iMJ_ptr = iMJ;
143        for (i=0; i<m; i++) {
144                int b1 = jb[i*2];
145                int b2 = jb[i*2+1];
146                dRealMutablePtr out_ptr = out + b1*6;
147                for (j=0; j<6; j++) out_ptr[j] += iMJ_ptr[j] * in[i];
148                iMJ_ptr += 6;
149                if (b2 >= 0) {
150                        out_ptr = out + b2*6;
151                        for (j=0; j<6; j++) out_ptr[j] += iMJ_ptr[j] * in[i];
152                }
153                iMJ_ptr += 6;
154        }
155}
156
157
158// compute out = J*in.
159
160static void multiply_J (int m, dRealMutablePtr J, int *jb,
161        dRealMutablePtr in, dRealMutablePtr out)
162{
163        int i,j;
164        dRealPtr J_ptr = J;
165        for (i=0; i<m; i++) {
166                int b1 = jb[i*2];
167                int b2 = jb[i*2+1];
168                dReal sum = 0;
169                dRealMutablePtr in_ptr = in + b1*6;
170                for (j=0; j<6; j++) sum += J_ptr[j] * in_ptr[j];
171                J_ptr += 6;
172                if (b2 >= 0) {
173                        in_ptr = in + b2*6;
174                        for (j=0; j<6; j++) sum += J_ptr[j] * in_ptr[j];
175                }
176                J_ptr += 6;
177                out[i] = sum;
178        }
179}
180
181
182// compute out = (J*inv(M)*J' + cfm)*in.
183// use z as an nb*6 temporary.
184
185static void multiply_J_invM_JT (int m, int nb, dRealMutablePtr J, dRealMutablePtr iMJ, int *jb,
186        dRealPtr cfm, dRealMutablePtr z, dRealMutablePtr in, dRealMutablePtr out)
187{
188        multiply_invM_JT (m,nb,iMJ,jb,in,z);
189        multiply_J (m,J,jb,z,out);
190
191        // add cfm
192        for (int i=0; i<m; i++) out[i] += cfm[i] * in[i];
193}
194
195//***************************************************************************
196// conjugate gradient method with jacobi preconditioner
197// THIS IS EXPERIMENTAL CODE that doesn't work too well, so it is ifdefed out.
198//
199// adding CFM seems to be critically important to this method.
200
201#if 0
202
203static inline dReal dot (int n, dRealPtr x, dRealPtr y)
204{
205        dReal sum=0;
206        for (int i=0; i<n; i++) sum += x[i]*y[i];
207        return sum;
208}
209
210
211// x = y + z*alpha
212
213static inline void add (int n, dRealMutablePtr x, dRealPtr y, dRealPtr z, dReal alpha)
214{
215        for (int i=0; i<n; i++) x[i] = y[i] + z[i]*alpha;
216}
217
218
219static void CG_LCP (int m, int nb, dRealMutablePtr J, int *jb, dxBody * const *body,
220        dRealPtr invI, dRealMutablePtr lambda, dRealMutablePtr fc, dRealMutablePtr b,
221        dRealMutablePtr lo, dRealMutablePtr hi, dRealPtr cfm, int *findex,
222        dxQuickStepParameters *qs)
223{
224        int i,j;
225        const int num_iterations = qs->num_iterations;
226
227        // precompute iMJ = inv(M)*J'
228        dRealAllocaArray (iMJ,m*12);
229        compute_invM_JT (m,J,iMJ,jb,body,invI);
230
231        dReal last_rho = 0;
232        dRealAllocaArray (r,m);
233        dRealAllocaArray (z,m);
234        dRealAllocaArray (p,m);
235        dRealAllocaArray (q,m);
236
237        // precompute 1 / diagonals of A
238        dRealAllocaArray (Ad,m);
239        dRealPtr iMJ_ptr = iMJ;
240        dRealPtr J_ptr = J;
241        for (i=0; i<m; i++) {
242                dReal sum = 0;
243                for (j=0; j<6; j++) sum += iMJ_ptr[j] * J_ptr[j];
244                if (jb[i*2+1] >= 0) {
245                        for (j=6; j<12; j++) sum += iMJ_ptr[j] * J_ptr[j];
246                }
247                iMJ_ptr += 12;
248                J_ptr += 12;
249                Ad[i] = REAL(1.0) / (sum + cfm[i]);
250        }
251
252#ifdef WARM_STARTING
253        // compute residual r = b - A*lambda
254        multiply_J_invM_JT (m,nb,J,iMJ,jb,cfm,fc,lambda,r);
255        for (i=0; i<m; i++) r[i] = b[i] - r[i];
256#else
257        dSetZero (lambda,m);
258        memcpy (r,b,m*sizeof(dReal));           // residual r = b - A*lambda
259#endif
260
261        for (int iteration=0; iteration < num_iterations; iteration++) {
262                for (i=0; i<m; i++) z[i] = r[i]*Ad[i];  // z = inv(M)*r
263                dReal rho = dot (m,r,z);                // rho = r'*z
264
265                // @@@
266                // we must check for convergence, otherwise rho will go to 0 if
267                // we get an exact solution, which will introduce NaNs into the equations.
268                if (rho < 1e-10) {
269                        printf ("CG returned at iteration %d\n",iteration);
270                        break;
271                }
272
273                if (iteration==0) {
274                        memcpy (p,z,m*sizeof(dReal));   // p = z
275                }
276                else {
277                        add (m,p,z,p,rho/last_rho);     // p = z + (rho/last_rho)*p
278                }
279
280                // compute q = (J*inv(M)*J')*p
281                multiply_J_invM_JT (m,nb,J,iMJ,jb,cfm,fc,p,q);
282
283                dReal alpha = rho/dot (m,p,q);          // alpha = rho/(p'*q)
284                add (m,lambda,lambda,p,alpha);          // lambda = lambda + alpha*p
285                add (m,r,r,q,-alpha);                   // r = r - alpha*q
286                last_rho = rho;
287        }
288
289        // compute fc = inv(M)*J'*lambda
290        multiply_invM_JT (m,nb,iMJ,jb,lambda,fc);
291
292#if 0
293        // measure solution error
294        multiply_J_invM_JT (m,nb,J,iMJ,jb,cfm,fc,lambda,r);
295        dReal error = 0;
296        for (i=0; i<m; i++) error += dFabs(r[i] - b[i]);
297        printf ("lambda error = %10.6e\n",error);
298#endif
299}
300
301#endif
302
303//***************************************************************************
304// SOR-LCP method
305
306// nb is the number of bodies in the body array.
307// J is an m*12 matrix of constraint rows
308// jb is an array of first and second body numbers for each constraint row
309// invI is the global frame inverse inertia for each body (stacked 3x3 matrices)
310//
311// this returns lambda and fc (the constraint force).
312// note: fc is returned as inv(M)*J'*lambda, the constraint force is actually J'*lambda
313//
314// b, lo and hi are modified on exit
315
316
317struct IndexError {
318        dReal error;            // error to sort on
319        int findex;
320        int index;              // row index
321};
322
323
324#ifdef REORDER_CONSTRAINTS
325
326static int compare_index_error (const void *a, const void *b)
327{
328        const IndexError *i1 = (IndexError*) a;
329        const IndexError *i2 = (IndexError*) b;
330        if (i1->findex < 0 && i2->findex >= 0) return -1;
331        if (i1->findex >= 0 && i2->findex < 0) return 1;
332        if (i1->error < i2->error) return -1;
333        if (i1->error > i2->error) return 1;
334        return 0;
335}
336
337#endif
338
339
340static void SOR_LCP (int m, int nb, dRealMutablePtr J, int *jb, dxBody * const *body,
341        dRealPtr invI, dRealMutablePtr lambda, dRealMutablePtr fc, dRealMutablePtr b,
342        dRealMutablePtr lo, dRealMutablePtr hi, dRealPtr cfm, int *findex,
343        dxQuickStepParameters *qs)
344{
345        const int num_iterations = qs->num_iterations;
346        const dReal sor_w = qs->w;              // SOR over-relaxation parameter
347
348        int i,j;
349
350#ifdef WARM_STARTING
351        // for warm starting, this seems to be necessary to prevent
352        // jerkiness in motor-driven joints. i have no idea why this works.
353        for (i=0; i<m; i++) lambda[i] *= 0.9;
354#else
355        dSetZero (lambda,m);
356#endif
357
358#ifdef REORDER_CONSTRAINTS
359        // the lambda computed at the previous iteration.
360        // this is used to measure error for when we are reordering the indexes.
361        dRealAllocaArray (last_lambda,m);
362#endif
363
364        // a copy of the 'hi' vector in case findex[] is being used
365        dRealAllocaArray (hicopy,m);
366        memcpy (hicopy,hi,m*sizeof(dReal));
367
368        // precompute iMJ = inv(M)*J'
369        dRealAllocaArray (iMJ,m*12);
370        compute_invM_JT (m,J,iMJ,jb,body,invI);
371
372        // compute fc=(inv(M)*J')*lambda. we will incrementally maintain fc
373        // as we change lambda.
374#ifdef WARM_STARTING
375        multiply_invM_JT (m,nb,iMJ,jb,lambda,fc);
376#else
377        dSetZero (fc,nb*6);
378#endif
379
380        // precompute 1 / diagonals of A
381        dRealAllocaArray (Ad,m);
382        dRealPtr iMJ_ptr = iMJ;
383        dRealMutablePtr J_ptr = J;
384        for (i=0; i<m; i++) {
385                dReal sum = 0;
386                for (j=0; j<6; j++) sum += iMJ_ptr[j] * J_ptr[j];
387                if (jb[i*2+1] >= 0) {
388                        for (j=6; j<12; j++) sum += iMJ_ptr[j] * J_ptr[j];
389                }
390                iMJ_ptr += 12;
391                J_ptr += 12;
392                Ad[i] = sor_w / (sum + cfm[i]);
393        }
394
395        // scale J and b by Ad
396        J_ptr = J;
397        for (i=0; i<m; i++) {
398                for (j=0; j<12; j++) {
399                        J_ptr[0] *= Ad[i];
400                        J_ptr++;
401                }
402                b[i] *= Ad[i];
403
404                // scale Ad by CFM. N.B. this should be done last since it is used above
405                Ad[i] *= cfm[i];
406        }
407
408        // order to solve constraint rows in
409        IndexError *order = (IndexError*) ALLOCA (m*sizeof(IndexError));
410
411#ifndef REORDER_CONSTRAINTS
412        // make sure constraints with findex < 0 come first.
413        j=0;
414        int k=1;
415
416        // Fill the array from both ends
417        for (i=0; i<m; i++)
418                if (findex[i] < 0)
419                        order[j++].index = i; // Place them at the front
420                else
421                        order[m-k++].index = i; // Place them at the end
422
423        dIASSERT ((j+k-1)==m); // -1 since k was started at 1 and not 0
424#endif
425
426        for (int iteration=0; iteration < num_iterations; iteration++) {
427
428#ifdef REORDER_CONSTRAINTS
429                // constraints with findex < 0 always come first.
430                if (iteration < 2) {
431                        // for the first two iterations, solve the constraints in
432                        // the given order
433                        for (i=0; i<m; i++) {
434                                order[i].error = i;
435                                order[i].findex = findex[i];
436                                order[i].index = i;
437                        }
438                }
439                else {
440                        // sort the constraints so that the ones converging slowest
441                        // get solved last. use the absolute (not relative) error.
442                        for (i=0; i<m; i++) {
443                                dReal v1 = dFabs (lambda[i]);
444                                dReal v2 = dFabs (last_lambda[i]);
445                                dReal max = (v1 > v2) ? v1 : v2;
446                                if (max > 0) {
447                                        //@@@ relative error: order[i].error = dFabs(lambda[i]-last_lambda[i])/max;
448                                        order[i].error = dFabs(lambda[i]-last_lambda[i]);
449                                }
450                                else {
451                                        order[i].error = dInfinity;
452                                }
453                                order[i].findex = findex[i];
454                                order[i].index = i;
455                        }
456                }
457                qsort (order,m,sizeof(IndexError),&compare_index_error);
458
459                //@@@ potential optimization: swap lambda and last_lambda pointers rather
460                //    than copying the data. we must make sure lambda is properly
461                //    returned to the caller
462                memcpy (last_lambda,lambda,m*sizeof(dReal));
463#endif
464#ifdef RANDOMLY_REORDER_CONSTRAINTS
465                if ((iteration & 7) == 0) {
466                        for (i=1; i<m; ++i) {
467                                IndexError tmp = order[i];
468                                int swapi = dRandInt(i+1);
469                                order[i] = order[swapi];
470                                order[swapi] = tmp;
471                        }
472                }
473#endif
474
475                for (int i=0; i<m; i++) {
476                        // @@@ potential optimization: we could pre-sort J and iMJ, thereby
477                        //     linearizing access to those arrays. hmmm, this does not seem
478                        //     like a win, but we should think carefully about our memory
479                        //     access pattern.
480
481                        int index = order[i].index;
482                        J_ptr = J + index*12;
483                        iMJ_ptr = iMJ + index*12;
484
485                        // set the limits for this constraint. note that 'hicopy' is used.
486                        // this is the place where the QuickStep method differs from the
487                        // direct LCP solving method, since that method only performs this
488                        // limit adjustment once per time step, whereas this method performs
489                        // once per iteration per constraint row.
490                        // the constraints are ordered so that all lambda[] values needed have
491                        // already been computed.
492                        if (findex[index] >= 0) {
493                                hi[index] = dFabs (hicopy[index] * lambda[findex[index]]);
494                                lo[index] = -hi[index];
495                        }
496
497                        int b1 = jb[index*2];
498                        int b2 = jb[index*2+1];
499                        dReal delta = b[index] - lambda[index]*Ad[index];
500                        dRealMutablePtr fc_ptr = fc + 6*b1;
501
502                        // @@@ potential optimization: SIMD-ize this and the b2 >= 0 case
503                        delta -=fc_ptr[0] * J_ptr[0] + fc_ptr[1] * J_ptr[1] +
504                                fc_ptr[2] * J_ptr[2] + fc_ptr[3] * J_ptr[3] +
505                                fc_ptr[4] * J_ptr[4] + fc_ptr[5] * J_ptr[5];
506                        // @@@ potential optimization: handle 1-body constraints in a separate
507                        //     loop to avoid the cost of test & jump?
508                        if (b2 >= 0) {
509                                fc_ptr = fc + 6*b2;
510                                delta -=fc_ptr[0] * J_ptr[6] + fc_ptr[1] * J_ptr[7] +
511                                        fc_ptr[2] * J_ptr[8] + fc_ptr[3] * J_ptr[9] +
512                                        fc_ptr[4] * J_ptr[10] + fc_ptr[5] * J_ptr[11];
513                        }
514
515                        // compute lambda and clamp it to [lo,hi].
516                        // @@@ potential optimization: does SSE have clamping instructions
517                        //     to save test+jump penalties here?
518                        dReal new_lambda = lambda[index] + delta;
519                        if (new_lambda < lo[index]) {
520                                delta = lo[index]-lambda[index];
521                                lambda[index] = lo[index];
522                        }
523                        else if (new_lambda > hi[index]) {
524                                delta = hi[index]-lambda[index];
525                                lambda[index] = hi[index];
526                        }
527                        else {
528                                lambda[index] = new_lambda;
529                        }
530
531                        //@@@ a trick that may or may not help
532                        //dReal ramp = (1-((dReal)(iteration+1)/(dReal)num_iterations));
533                        //delta *= ramp;
534
535                        // update fc.
536                        // @@@ potential optimization: SIMD for this and the b2 >= 0 case
537                        fc_ptr = fc + 6*b1;
538                        fc_ptr[0] += delta * iMJ_ptr[0];
539                        fc_ptr[1] += delta * iMJ_ptr[1];
540                        fc_ptr[2] += delta * iMJ_ptr[2];
541                        fc_ptr[3] += delta * iMJ_ptr[3];
542                        fc_ptr[4] += delta * iMJ_ptr[4];
543                        fc_ptr[5] += delta * iMJ_ptr[5];
544                        // @@@ potential optimization: handle 1-body constraints in a separate
545                        //     loop to avoid the cost of test & jump?
546                        if (b2 >= 0) {
547                                fc_ptr = fc + 6*b2;
548                                fc_ptr[0] += delta * iMJ_ptr[6];
549                                fc_ptr[1] += delta * iMJ_ptr[7];
550                                fc_ptr[2] += delta * iMJ_ptr[8];
551                                fc_ptr[3] += delta * iMJ_ptr[9];
552                                fc_ptr[4] += delta * iMJ_ptr[10];
553                                fc_ptr[5] += delta * iMJ_ptr[11];
554                        }
555                }
556        }
557}
558
559
560void dxQuickStepper (dxWorld *world, dxBody * const *body, int nb,
561                     dxJoint * const *_joint, int nj, dReal stepsize)
562{
563        int i,j;
564        IFTIMING(dTimerStart("preprocessing");)
565
566        dReal stepsize1 = dRecip(stepsize);
567
568        // number all bodies in the body list - set their tag values
569        for (i=0; i<nb; i++) body[i]->tag = i;
570
571        // make a local copy of the joint array, because we might want to modify it.
572        // (the "dxJoint *const*" declaration says we're allowed to modify the joints
573        // but not the joint array, because the caller might need it unchanged).
574        //@@@ do we really need to do this? we'll be sorting constraint rows individually, not joints
575        dxJoint **joint = (dxJoint**) ALLOCA (nj * sizeof(dxJoint*));
576        memcpy (joint,_joint,nj * sizeof(dxJoint*));
577
578        // for all bodies, compute the inertia tensor and its inverse in the global
579        // frame, and compute the rotational force and add it to the torque
580        // accumulator. I and invI are a vertical stack of 3x4 matrices, one per body.
581        //dRealAllocaArray (I,3*4*nb);  // need to remember all I's for feedback purposes only
582        dRealAllocaArray (invI,3*4*nb);
583        for (i=0; i<nb; i++) {
584                dMatrix3 tmp;
585
586                // compute inverse inertia tensor in global frame
587                dMULTIPLY2_333 (tmp,body[i]->invI,body[i]->posr.R);
588                dMULTIPLY0_333 (invI+i*12,body[i]->posr.R,tmp);
589#ifdef dGYROSCOPIC
590                dMatrix3 I;
591                // compute inertia tensor in global frame
592                dMULTIPLY2_333 (tmp,body[i]->mass.I,body[i]->posr.R);
593                //dMULTIPLY0_333 (I+i*12,body[i]->posr.R,tmp);
594                dMULTIPLY0_333 (I,body[i]->posr.R,tmp);
595                // compute rotational force
596                //dMULTIPLY0_331 (tmp,I+i*12,body[i]->avel);
597                dMULTIPLY0_331 (tmp,I,body[i]->avel);
598                dCROSS (body[i]->tacc,-=,body[i]->avel,tmp);
599#endif
600        }
601
602        // add the gravity force to all bodies
603        for (i=0; i<nb; i++) {
604                if ((body[i]->flags & dxBodyNoGravity)==0) {
605                        body[i]->facc[0] += body[i]->mass.mass * world->gravity[0];
606                        body[i]->facc[1] += body[i]->mass.mass * world->gravity[1];
607                        body[i]->facc[2] += body[i]->mass.mass * world->gravity[2];
608                }
609        }
610
611        // get joint information (m = total constraint dimension, nub = number of unbounded variables).
612        // joints with m=0 are inactive and are removed from the joints array
613        // entirely, so that the code that follows does not consider them.
614        //@@@ do we really need to save all the info1's
615        dxJoint::Info1 *info = (dxJoint::Info1*) ALLOCA (nj*sizeof(dxJoint::Info1));
616        for (i=0, j=0; j<nj; j++) {     // i=dest, j=src
617                joint[j]->vtable->getInfo1 (joint[j],info+i);
618                dIASSERT (info[i].m >= 0 && info[i].m <= 6 && info[i].nub >= 0 && info[i].nub <= info[i].m);
619                if (info[i].m > 0) {
620                        joint[i] = joint[j];
621                        i++;
622                }
623        }
624        nj = i;
625
626        // create the row offset array
627        int m = 0;
628        int *ofs = (int*) ALLOCA (nj*sizeof(int));
629        for (i=0; i<nj; i++) {
630                ofs[i] = m;
631                m += info[i].m;
632        }
633
634        // if there are constraints, compute the constraint force
635        dRealAllocaArray (J,m*12);
636        int *jb = (int*) ALLOCA (m*2*sizeof(int));
637        if (m > 0) {
638                // create a constraint equation right hand side vector `c', a constraint
639                // force mixing vector `cfm', and LCP low and high bound vectors, and an
640                // 'findex' vector.
641                dRealAllocaArray (c,m);
642                dRealAllocaArray (cfm,m);
643                dRealAllocaArray (lo,m);
644                dRealAllocaArray (hi,m);
645                int *findex = (int*) ALLOCA (m*sizeof(int));
646                dSetZero (c,m);
647                dSetValue (cfm,m,world->global_cfm);
648                dSetValue (lo,m,-dInfinity);
649                dSetValue (hi,m, dInfinity);
650                for (i=0; i<m; i++) findex[i] = -1;
651
652                // get jacobian data from constraints. an m*12 matrix will be created
653                // to store the two jacobian blocks from each constraint. it has this
654                // format:
655                //
656                //   l1 l1 l1 a1 a1 a1 l2 l2 l2 a2 a2 a2 \    .
657                //   l1 l1 l1 a1 a1 a1 l2 l2 l2 a2 a2 a2  }-- jacobian for joint 0, body 1 and body 2 (3 rows)
658                //   l1 l1 l1 a1 a1 a1 l2 l2 l2 a2 a2 a2 /
659                //   l1 l1 l1 a1 a1 a1 l2 l2 l2 a2 a2 a2 }--- jacobian for joint 1, body 1 and body 2 (3 rows)
660                //   etc...
661                //
662                //   (lll) = linear jacobian data
663                //   (aaa) = angular jacobian data
664                //
665                IFTIMING (dTimerNow ("create J");)
666                dSetZero (J,m*12);
667                dxJoint::Info2 Jinfo;
668                Jinfo.rowskip = 12;
669                Jinfo.fps = stepsize1;
670                Jinfo.erp = world->global_erp;
671                int mfb = 0; // number of rows of Jacobian we will have to save for joint feedback
672                for (i=0; i<nj; i++) {
673                        Jinfo.J1l = J + ofs[i]*12;
674                        Jinfo.J1a = Jinfo.J1l + 3;
675                        Jinfo.J2l = Jinfo.J1l + 6;
676                        Jinfo.J2a = Jinfo.J1l + 9;
677                        Jinfo.c = c + ofs[i];
678                        Jinfo.cfm = cfm + ofs[i];
679                        Jinfo.lo = lo + ofs[i];
680                        Jinfo.hi = hi + ofs[i];
681                        Jinfo.findex = findex + ofs[i];
682                        joint[i]->vtable->getInfo2 (joint[i],&Jinfo);
683                        // adjust returned findex values for global index numbering
684                        for (j=0; j<info[i].m; j++) {
685                                if (findex[ofs[i] + j] >= 0) findex[ofs[i] + j] += ofs[i];
686                        }
687                        if (joint[i]->feedback)
688                                mfb += info[i].m;
689                }
690
691                // we need a copy of Jacobian for joint feedbacks
692                // because it gets destroyed by SOR solver
693                // instead of saving all Jacobian, we can save just rows
694                // for joints, that requested feedback (which is normaly much less)
695                dRealAllocaArray (Jcopy,mfb*12);
696                if (mfb > 0) {
697                        mfb = 0;
698                        for (i=0; i<nj; i++)
699                                if (joint[i]->feedback) {
700                                        memcpy(Jcopy+mfb*12, J+ofs[i]*12, info[i].m*12*sizeof(dReal));
701                                        mfb += info[i].m;
702                                }
703                }
704
705
706                // create an array of body numbers for each joint row
707                int *jb_ptr = jb;
708                for (i=0; i<nj; i++) {
709                        int b1 = (joint[i]->node[0].body) ? (joint[i]->node[0].body->tag) : -1;
710                        int b2 = (joint[i]->node[1].body) ? (joint[i]->node[1].body->tag) : -1;
711                        for (j=0; j<info[i].m; j++) {
712                                jb_ptr[0] = b1;
713                                jb_ptr[1] = b2;
714                                jb_ptr += 2;
715                        }
716                }
717                dIASSERT (jb_ptr == jb+2*m);
718
719                // compute the right hand side `rhs'
720                IFTIMING (dTimerNow ("compute rhs");)
721                dRealAllocaArray (tmp1,nb*6);
722                // put v/h + invM*fe into tmp1
723                for (i=0; i<nb; i++) {
724                        dReal body_invMass = body[i]->invMass;
725                        for (j=0; j<3; j++) tmp1[i*6+j] = body[i]->facc[j] * body_invMass + body[i]->lvel[j] * stepsize1;
726                        dMULTIPLY0_331 (tmp1 + i*6 + 3,invI + i*12,body[i]->tacc);
727                        for (j=0; j<3; j++) tmp1[i*6+3+j] += body[i]->avel[j] * stepsize1;
728                }
729
730                // put J*tmp1 into rhs
731                dRealAllocaArray (rhs,m);
732                multiply_J (m,J,jb,tmp1,rhs);
733
734                // complete rhs
735                for (i=0; i<m; i++) rhs[i] = c[i]*stepsize1 - rhs[i];
736
737                // scale CFM
738                for (i=0; i<m; i++) cfm[i] *= stepsize1;
739
740                // load lambda from the value saved on the previous iteration
741                dRealAllocaArray (lambda,m);
742#ifdef WARM_STARTING
743                dSetZero (lambda,m);    //@@@ shouldn't be necessary
744                for (i=0; i<nj; i++) {
745                        memcpy (lambda+ofs[i],joint[i]->lambda,info[i].m * sizeof(dReal));
746                }
747#endif
748
749                // solve the LCP problem and get lambda and invM*constraint_force
750                IFTIMING (dTimerNow ("solving LCP problem");)
751                dRealAllocaArray (cforce,nb*6);
752                SOR_LCP (m,nb,J,jb,body,invI,lambda,cforce,rhs,lo,hi,cfm,findex,&world->qs);
753
754#ifdef WARM_STARTING
755                // save lambda for the next iteration
756                //@@@ note that this doesn't work for contact joints yet, as they are
757                // recreated every iteration
758                for (i=0; i<nj; i++) {
759                        memcpy (joint[i]->lambda,lambda+ofs[i],info[i].m * sizeof(dReal));
760                }
761#endif
762
763                // note that the SOR method overwrites rhs and J at this point, so
764                // they should not be used again.
765
766                // add stepsize * cforce to the body velocity
767                for (i=0; i<nb; i++) {
768                        for (j=0; j<3; j++) body[i]->lvel[j] += stepsize * cforce[i*6+j];
769                        for (j=0; j<3; j++) body[i]->avel[j] += stepsize * cforce[i*6+3+j];
770                }
771
772                // if joint feedback is requested, compute the constraint force.
773                // BUT: cforce is inv(M)*J'*lambda, whereas we want just J'*lambda,
774                // so we must compute M*cforce.
775                // @@@ if any joint has a feedback request we compute the entire
776                //     adjusted cforce, which is not the most efficient way to do it.
777                /*for (j=0; j<nj; j++) {
778                        if (joint[j]->feedback) {
779                                // compute adjusted cforce
780                                for (i=0; i<nb; i++) {
781                                        dReal k = body[i]->mass.mass;
782                                        cforce [i*6+0] *= k;
783                                        cforce [i*6+1] *= k;
784                                        cforce [i*6+2] *= k;
785                                        dVector3 tmp;
786                                        dMULTIPLY0_331 (tmp, I + 12*i, cforce + i*6 + 3);
787                                        cforce [i*6+3] = tmp[0];
788                                        cforce [i*6+4] = tmp[1];
789                                        cforce [i*6+5] = tmp[2];
790                                }
791                                // compute feedback for this and all remaining joints
792                                for (; j<nj; j++) {
793                                        dJointFeedback *fb = joint[j]->feedback;
794                                        if (fb) {
795                                                int b1 = joint[j]->node[0].body->tag;
796                                                memcpy (fb->f1,cforce+b1*6,3*sizeof(dReal));
797                                                memcpy (fb->t1,cforce+b1*6+3,3*sizeof(dReal));
798                                                if (joint[j]->node[1].body) {
799                                                        int b2 = joint[j]->node[1].body->tag;
800                                                        memcpy (fb->f2,cforce+b2*6,3*sizeof(dReal));
801                                                        memcpy (fb->t2,cforce+b2*6+3,3*sizeof(dReal));
802                                                }
803                                        }
804                                }
805                        }
806                }*/
807
808                if (mfb > 0) {
809                        // straightforward computation of joint constraint forces:
810                        // multiply related lambdas with respective J' block for joints
811                        // where feedback was requested
812                        mfb = 0;
813                        for (i=0; i<nj; i++) {
814                                if (joint[i]->feedback) {
815                                        dJointFeedback *fb = joint[i]->feedback;
816                                        dReal data[6];
817                                        Multiply1_12q1 (data, Jcopy+mfb*12, lambda+ofs[i], info[i].m);
818                                        fb->f1[0] = data[0];
819                                        fb->f1[1] = data[1];
820                                        fb->f1[2] = data[2];
821                                        fb->t1[0] = data[3];
822                                        fb->t1[1] = data[4];
823                                        fb->t1[2] = data[5];
824                                        if (joint[i]->node[1].body)
825                                        {
826                                                Multiply1_12q1 (data, Jcopy+mfb*12+6, lambda+ofs[i], info[i].m);
827                                                fb->f2[0] = data[0];
828                                                fb->f2[1] = data[1];
829                                                fb->f2[2] = data[2];
830                                                fb->t2[0] = data[3];
831                                                fb->t2[1] = data[4];
832                                                fb->t2[2] = data[5];
833                                        }
834                                        mfb += info[i].m;
835                                }
836                        }
837                }
838        }
839
840        // compute the velocity update:
841        // add stepsize * invM * fe to the body velocity
842
843        IFTIMING (dTimerNow ("compute velocity update");)
844        for (i=0; i<nb; i++) {
845                dReal body_invMass = body[i]->invMass;
846                for (j=0; j<3; j++) body[i]->lvel[j] += stepsize * body_invMass * body[i]->facc[j];
847                for (j=0; j<3; j++) body[i]->tacc[j] *= stepsize;
848                dMULTIPLYADD0_331 (body[i]->avel,invI + i*12,body[i]->tacc);
849        }
850
851#if 0
852        // check that the updated velocity obeys the constraint (this check needs unmodified J)
853        dRealAllocaArray (vel,nb*6);
854        for (i=0; i<nb; i++) {
855                for (j=0; j<3; j++) vel[i*6+j] = body[i]->lvel[j];
856                for (j=0; j<3; j++) vel[i*6+3+j] = body[i]->avel[j];
857        }
858        dRealAllocaArray (tmp,m);
859        multiply_J (m,J,jb,vel,tmp);
860        dReal error = 0;
861        for (i=0; i<m; i++) error += dFabs(tmp[i]);
862        printf ("velocity error = %10.6e\n",error);
863#endif
864
865        // update the position and orientation from the new linear/angular velocity
866        // (over the given timestep)
867        IFTIMING (dTimerNow ("update position");)
868        for (i=0; i<nb; i++) dxStepBody (body[i],stepsize);
869
870        IFTIMING (dTimerNow ("tidy up");)
871
872        // zero all force accumulators
873        for (i=0; i<nb; i++) {
874                dSetZero (body[i]->facc,3);
875                dSetZero (body[i]->tacc,3);
876        }
877
878        IFTIMING (dTimerEnd();)
879        IFTIMING (if (m > 0) dTimerReport (stdout,1);)
880}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.