Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2014-02-11 23d807748be58e5178c04304d9cc788bf122eb12
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"
23d807 12 #include "memory.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){
15     ts_fprintf(stderr,"Starting initial_distribution on vesicle with %u shells!...\n",nshell);
16     ts_bool retval;
17     ts_uint no_vertices=5*nshell*nshell+2;
314f2d 18
23d807 19     ts_memory mem;
SP 20     mem.vertex_no=no_vertices;
21     mem.ncmax[0]=ncmax1;
22     mem.ncmax[1]=ncmax2;
23     mem.ncmax[2]=ncmax3;
314f2d 24
23d807 25     init_memory_block(&mem);
7958e9 26     ts_vesicle *vesicle=init_vesicle(no_vertices,ncmax1,ncmax2,ncmax3,stepsize);
314f2d 27
SP 28 //TODO: debugging only. Please remove ASAP!
443ba1 29     vesicle->bending_rigidity=25.0;
314f2d 30
7958e9 31     vesicle->nshell=nshell;
SP 32     retval = vtx_set_global_values(vesicle);
33     retval = pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(vesicle->vlist);
34     retval = init_vertex_neighbours(vesicle->vlist);
b01cc1 35     vesicle->vlist = init_sort_neighbours(vesicle->blist,vesicle->vlist);
SP 36    // retval = init_vesicle_bonds(vesicle); // bonds are created in sort_neigh
7958e9 37     retval = init_triangles(vesicle);
SP 38     retval = init_triangle_neighbours(vesicle);
39     retval = init_common_vertex_triangle_neighbours(vesicle);
dac2e5 40     retval = init_normal_vectors(vesicle->tlist);
f74313 41     retval = mean_curvature_and_energy(vesicle);
7958e9 42  ts_fprintf(stderr,"initial_distribution finished!\n");
41a035 43     if(retval);
7958e9 44     return vesicle;
SP 45
46
47
48 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
49     /* Some often used relations */
50     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
51     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
52     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
53     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
54
55     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
56     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
57 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
58     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
59 #endif
60 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
61     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
62 #endif
63 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
64     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
65 #endif
66 //    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 */
67
68 /*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!*/
69     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
70
71
72     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
73 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
74     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
75     ts_int j,k;
76     ts_double dx,dy; // end loop prereq
77
78     /* topmost vertex */
8f6a69 79     vtx[1]->x=0.0;
SP 80     vtx[1]->y=0.0;
81     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 82     
SP 83     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
84     for(i=1;i<=nshell;i++){
85         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 86         vtx[n0]->x=0.0;
SP 87         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
88         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
89         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
90         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
91         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
92         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
93         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
94         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
95         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 96     }
SP 97
98     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
99     for(i=1;i<=nshell;i++){
100         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
101         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 102             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 103             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
104             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
105             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 106         }
SP 107         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 108             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 109             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 110             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 111                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 112                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 113             } 
SP 114         } 
115     }
116
117     for(i=1;i<=nshell;i++){
118         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
119         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 120         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 121         }
SP 122     }
123
124 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
125     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 126         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 127         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
128         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 129     }
SP 130
131     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
132         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
133             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
134                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
135             }
136         }
137     }
138     return TS_SUCCESS;
139 }
140
141
142
143 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
144     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
145     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
146     ts_uint i,j;
147     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
148     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
149     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
150     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
151     //    vtx[i].neigh_no=0;
152     //}
153     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
154         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
155             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
156             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
157     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
158                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
159             }
160         }
161     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
162     }
163
164     return TS_SUCCESS;
165 }
166
b01cc1 167 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 168 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 169     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 170     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
171     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
172
173 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 174     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 175     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 176
177     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
178     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
179     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
180         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 181            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 182            jjj=1;
SP 183            jj=1;
8f6a69 184            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 185                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
186                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
187                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
188 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 189                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 190                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 191                        jjj=jj;
SP 192                        jj=j;
193                        break;
194                    }
195                }
196            }    
197     }
b01cc1 198 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 199  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
200    // tvtx=vlist->vtx;
201    // vlist->vtx=tvtx;
202    // tvlist->vtx=vtx;
203     vtx_list_free(vlist);
204 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
205     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
206         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
207         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 208     }
SP 209
b01cc1 210     return tvlist;
7958e9 211 }
SP 212
213
214 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
215     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
216     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
217     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
218 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
219     ts_uint i,j,k;
220     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
221         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 222             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 223                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 224                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 225                     break;
226                 }
227             }
228         }
229     } 
230 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
231     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
232         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
233         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
234     }
235     return TS_SUCCESS;
236 }
237
238
239
240 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
241     ts_uint i,j,jj,k;
242     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
243     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
244     ts_double dist, direct;
245     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
246     k=0;
247     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 248         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 249             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 250         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 251         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 252                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 253                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
254 // TODO: same as above                
255                 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){
256                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 257                 }    
SP 258             }    
259         }
260     }
261 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
262  * matches the theoretical value.
263  */
264     for(i=0;i<tlist->n;i++){
265         k=0;
266         for(j=0;j<3;j++){
41a035 267             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 268             k++;
SP 269         }
270             if(k!=3){
8f6a69 271                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 272             }   
SP 273     } 
274     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
275         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
276         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
277     }
278     return TS_SUCCESS;
279 }
280
281
282
283 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
284     ts_uint i,j,nobo;
285     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
286 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
287     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
288     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
289     nobo=0;
290     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 291         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 292         i2=tria[i]->vertex[1]; 
293         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 294         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 295             if(j==i) continue;
41a035 296             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 297             j2=tria[j]->vertex[1]; 
298             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 299             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 300                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
301                     nobo++;
302             }
303         }
304     }
305     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 306         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 307         i2=tria[i]->vertex[1]; 
308         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 309         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 310             if(j==i) continue;
41a035 311             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 312             j2=tria[j]->vertex[1]; 
313             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 314             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 315                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
316                 nobo++;
317             }
318         }
319     }
320     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 321         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 322         i2=tria[i]->vertex[1]; 
323         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 324         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 325             if(j==i) continue;
41a035 326             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 327             j2=tria[j]->vertex[1]; 
328             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 329             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 330                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
331                 nobo++;
332             }
333         }
334     }
335     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
336             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
337             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
338     }
339     return TS_SUCCESS;
340 }
341
342
343 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
344     ts_uint i,j,jp,k;
345     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
346     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
347     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
348     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
349
350     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 351         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 352             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 353             jp=j+1;
8f6a69 354             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 355             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 356             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 357                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 358                 k4=tria[k]->vertex[1];
359                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 360 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 361                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
362                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
363                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 364
SP 365 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
366 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 367     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 368                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 369                 }
370             }
371         }
372 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
373         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
374             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
375         }
376         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
377     }
378     return TS_SUCCESS;
379 }
380
381
382 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
383     /* Normals point INSIDE vesicle */
384     ts_uint k;
385     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
386     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
387         triangle_normal_vector(tria[k]);    
388     }
389     return TS_SUCCESS;
390 }