Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2014-03-08 1ab449a2d9d4433794736566014f5c311d5a9317
commit | author | age
7958e9 1 #include<stdlib.h>
SP 2 #include<math.h>
3 #include<stdio.h>
4 #include "general.h"
5 #include "vertex.h"
6 #include "bond.h"
7 #include "vesicle.h"
8 #include "vertex.h"
9 #include "triangle.h"
10 #include "initial_distribution.h"
f74313 11 #include "energy.h"
1ab449 12 #include "poly.h"
7958e9 13
SP 14 ts_vesicle *initial_distribution_dipyramid(ts_uint nshell, ts_uint ncmax1, ts_uint ncmax2, ts_uint ncmax3, ts_double stepsize){
1ab449 15     ts_fprintf(stdout,"Starting initial_distribution on vesicle with %u shells!...\n",nshell);
7958e9 16     ts_bool retval;
1ab449 17     ts_uint no_vertices=5*nshell*nshell+2;    
SP 18     ts_vesicle *vesicle=init_vesicle(no_vertices,ncmax1,ncmax2,ncmax3,stepsize);
19     vesicle->nshell=nshell;
20     //retval = vtx_set_global_values(vesicle);
21     retval = pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(vesicle->vlist);
22     retval = init_vertex_neighbours(vesicle->vlist);
23     vesicle->vlist = init_sort_neighbours(vesicle->blist,vesicle->vlist);
b01cc1 24    // retval = init_vesicle_bonds(vesicle); // bonds are created in sort_neigh
1ab449 25     retval = init_triangles(vesicle);
SP 26     retval = init_triangle_neighbours(vesicle);
27     retval = init_common_vertex_triangle_neighbours(vesicle);
28     retval = init_normal_vectors(vesicle->tlist);
29     retval = mean_curvature_and_energy(vesicle);
30     ts_fprintf(stdout,"initial_distribution finished!\n");
41a035 31     if(retval);
7958e9 32     return vesicle;
SP 33
34
35
1ab449 36
SP 37 ts_vesicle *create_vesicle_from_tape(ts_tape *tape){
38     ts_vesicle *vesicle;
39     vesicle=initial_distribution_dipyramid(tape->nshell,tape->ncxmax,tape->ncymax,tape->nczmax,tape->stepsize);
40     vesicle->poly_list=init_poly_list(tape->npoly,tape->nmono, vesicle->vlist);
41     vesicle->spring_constant=tape->kspring;
42     poly_assign_spring_const(vesicle);
43     
44     vesicle->nshell=tape->nshell;
45     vesicle->dmax=tape->dmax*tape->dmax; /* dmax^2 in the vesicle dmax variable */
46     vesicle->bending_rigidity=tape->xk0;
47     vtx_set_global_values(vesicle); /* make xk0 default value for every vertex */ 
48     ts_fprintf(stdout, "Tape setting: xk0=%e\n",tape->xk0);
49     vesicle->stepsize=tape->stepsize;
50     vesicle->clist->ncmax[0]=tape->ncxmax;
51     vesicle->clist->ncmax[1]=tape->ncymax;
52     vesicle->clist->ncmax[2]=tape->nczmax;
53     vesicle->clist->max_occupancy=8; /* hard coded max occupancy? */
54
55     vesicle->pressure= tape->pressure;
56     vesicle->pswitch=tape->pswitch;
57
58     return vesicle;
59
60 }
61
62
63
64
65
7958e9 66 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
SP 67     /* Some often used relations */
68     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
69     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
70     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
71     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
72
73     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
74     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
75 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
76     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
77 #endif
78 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
79     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
80 #endif
81 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
82     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
83 #endif
84 //    const z0=sqrt(A0*A0 -xl0*xl0); /* I could use pow function but if pow is used make a check on the float type. If float then powf, if long double use powl */
85
86 /*placeholder for the pointer to vertex datastructure list... DIRTY: actual pointer points towards invalid address, one position before actual beginning of the list... This is to solve the difference between 1 based indexing in original program in fortran and 0 based indexing in C. All algorithms remain unchanged because of this!*/
87     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
88
89
90     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
91 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
92     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
93     ts_int j,k;
94     ts_double dx,dy; // end loop prereq
95
96     /* topmost vertex */
8f6a69 97     vtx[1]->x=0.0;
SP 98     vtx[1]->y=0.0;
99     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 100     
SP 101     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
102     for(i=1;i<=nshell;i++){
103         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 104         vtx[n0]->x=0.0;
SP 105         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
106         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
107         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
108         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
109         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
110         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
111         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
112         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
113         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 114     }
SP 115
116     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
117     for(i=1;i<=nshell;i++){
118         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
119         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 120             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 121             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
122             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
123             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 124         }
SP 125         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 126             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 127             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 128             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 129                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 130                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 131             } 
SP 132         } 
133     }
134
135     for(i=1;i<=nshell;i++){
136         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
137         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 138         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 139         }
SP 140     }
141
142 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
143     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 144         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 145         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
146         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 147     }
SP 148
149     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
150         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
151             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
152                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
153             }
154         }
155     }
156     return TS_SUCCESS;
157 }
158
159
160
161 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
162     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
163     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
164     ts_uint i,j;
165     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
166     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
167     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
168     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
169     //    vtx[i].neigh_no=0;
170     //}
171     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
172         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
173             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
174             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
175     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
176                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
177             }
178         }
179     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
180     }
181
182     return TS_SUCCESS;
183 }
184
b01cc1 185 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 186 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 187     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 188     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
189     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
190
191 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 192     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 193     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 194
195     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
196     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
197     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
198         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 199            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 200            jjj=1;
SP 201            jj=1;
8f6a69 202            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 203                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
204                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
205                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
206 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 207                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 208                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 209                        jjj=jj;
SP 210                        jj=j;
211                        break;
212                    }
213                }
214            }    
215     }
b01cc1 216 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 217  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
218    // tvtx=vlist->vtx;
219    // vlist->vtx=tvtx;
220    // tvlist->vtx=vtx;
221     vtx_list_free(vlist);
222 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
223     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
224         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
225         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 226     }
SP 227
b01cc1 228     return tvlist;
7958e9 229 }
SP 230
231
232 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
233     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
234     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
235     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
236 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
237     ts_uint i,j,k;
238     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
239         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 240             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 241                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 242                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 243                     break;
244                 }
245             }
246         }
247     } 
248 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
249     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
250         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
251         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
252     }
253     return TS_SUCCESS;
254 }
255
256
257
258 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
259     ts_uint i,j,jj,k;
260     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
261     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
262     ts_double dist, direct;
263     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
264     k=0;
265     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 266         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 267             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 268         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 269         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 270                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 271                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
272 // TODO: same as above                
273                 if(fabs(dist-A0*A0)<=eps && direct < 0.0 && vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1 > i && vtx[i]->neigh[jj-1]->idx+1 >i){
274                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 275                 }    
SP 276             }    
277         }
278     }
279 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
280  * matches the theoretical value.
281  */
282     for(i=0;i<tlist->n;i++){
283         k=0;
284         for(j=0;j<3;j++){
41a035 285             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 286             k++;
SP 287         }
288             if(k!=3){
8f6a69 289                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 290             }   
SP 291     } 
292     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
293         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
294         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
295     }
296     return TS_SUCCESS;
297 }
298
299
300
301 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
302     ts_uint i,j,nobo;
303     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
304 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
305     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
306     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
307     nobo=0;
308     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 309         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 310         i2=tria[i]->vertex[1]; 
311         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 312         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 313             if(j==i) continue;
41a035 314             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 315             j2=tria[j]->vertex[1]; 
316             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 317             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 318                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
319                     nobo++;
320             }
321         }
322     }
323     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 324         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 325         i2=tria[i]->vertex[1]; 
326         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 327         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 328             if(j==i) continue;
41a035 329             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 330             j2=tria[j]->vertex[1]; 
331             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 332             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 333                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
334                 nobo++;
335             }
336         }
337     }
338     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 339         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 340         i2=tria[i]->vertex[1]; 
341         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 342         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 343             if(j==i) continue;
41a035 344             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 345             j2=tria[j]->vertex[1]; 
346             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 347             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 348                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
349                 nobo++;
350             }
351         }
352     }
353     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
354             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
355             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
356     }
357     return TS_SUCCESS;
358 }
359
360
361 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
362     ts_uint i,j,jp,k;
363     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
364     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
365     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
366     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
367
368     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 369         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 370             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 371             jp=j+1;
8f6a69 372             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 373             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 374             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 375                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 376                 k4=tria[k]->vertex[1];
377                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 378 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 379                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
380                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
381                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 382
SP 383 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
384 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 385     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 386                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 387                 }
388             }
389         }
390 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
391         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
392             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
393         }
394         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
395     }
396     return TS_SUCCESS;
397 }
398
399
400 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
401     /* Normals point INSIDE vesicle */
402     ts_uint k;
403     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
404     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
405         triangle_normal_vector(tria[k]);    
406     }
407     return TS_SUCCESS;
408 }