Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2014-04-21 459ff94855b2659de14ac2ac902b9658d28e19d5
commit | author | age
aec47d 1 #include<stdlib.h>
SP 2 #include<math.h>
3 #include "general.h"
4 #include "vertex.h"
5 #include "bond.h"
6 #include "triangle.h"
7 #include "vesicle.h"
8 #include "energy.h"
9 #include "timestep.h"
10 #include "cell.h"
11 //#include "io.h"
12 #include<stdio.h>
13 #include "vertexmove.h"
1ad6d1 14 #include <string.h>
aec47d 15
fedf2b 16 ts_bool single_verticle_timestep(ts_vesicle *vesicle,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
aec47d 17     ts_uint i;
SP 18     ts_double dist;
19     ts_bool retval; 
20     ts_uint cellidx; 
414b8a 21     ts_double delta_energy,oenergy,dvol=0.0;
ed31fe 22     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
1ad6d1 23     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
dcd350 24     ts_vertex backupvtx[20];
SP 25     memcpy((void *)&backupvtx[0],(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
a63f17 26
SP 27     //Some stupid tests for debugging cell occupation!
28 /*         cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
29     if(vesicle->clist->cell[cellidx]==vtx->cell){
30         fprintf(stderr,"Idx match!\n");
31     } else {
32         fprintf(stderr,"***** Idx don't match!\n");
33         fatal("ENding.",1);
34     }
35 */
36
352fad 37         //temporarly moving the vertex
672ae4 38 //    vtx->x=vtx->x+vesicle->stepsize*(2.0*rn[0]-1.0);
SP 39 //        vtx->y=vtx->y+vesicle->stepsize*(2.0*rn[1]-1.0);
40 //        vtx->z=vtx->z+vesicle->stepsize*(2.0*rn[2]-1.0);
41
ed31fe 42     //random move in a sphere with radius stepsize:
M 43     r=vesicle->stepsize*rn[0];
44     phi=rn[1]*2*M_PI;
45     costheta=2*rn[2]-1;
46     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
672ae4 47     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
SP 48     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
49     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
50
51
a63f17 52         //distance with neighbours check
8f6a69 53     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
352fad 54         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->neigh[i]);
8f6a69 55         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
dcd350 56         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
8f6a69 57         return TS_FAIL;
SP 58         }
aec47d 59     }
304510 60
M 61 // Distance with grafted poly-vertex check:    
62     if(vtx->grafted_poly!=NULL){
63         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0]);
64         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
65         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
66         return TS_FAIL;
67         }
68     }
69
fe24d2 70 // TODO: Maybe faster if checks only nucleus-neighboring cells
M 71 // Nucleus penetration check:
72     if (vtx->x*vtx->x + vtx->y*vtx->y + vtx->z*vtx->z < vesicle->R_nucleus){
73         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
74         return TS_FAIL;
75     }
76
77 //self avoidance check with distant vertices
78     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
79     //check occupation number
80     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
81
aec47d 82     if(retval==TS_FAIL){
dcd350 83         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
aec47d 84         return TS_FAIL;
SP 85     } 
1ad6d1 86    
SP 87  
352fad 88     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
1ad6d1 89     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
dcd350 90     memcpy((void *)&backupvtx[i+1],(void *)vtx->neigh[i],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 91     }
aec47d 92
414b8a 93     if(vesicle->pswitch == 1){
M 94         for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) dvol-=vtx->tristar[i]->volume;
95     };
a63f17 96
aec47d 97     delta_energy=0;
SP 98     //update the normals of triangles that share bead i.
8f6a69 99     for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) triangle_normal_vector(vtx->tristar[i]);
a63f17 100     oenergy=vtx->energy;
aec47d 101     energy_vertex(vtx);
a63f17 102     delta_energy=vtx->xk*(vtx->energy - oenergy);
aec47d 103     //the same is done for neighbouring vertices
8f6a69 104     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
SP 105         oenergy=vtx->neigh[i]->energy;
106         energy_vertex(vtx->neigh[i]);
107         delta_energy+=vtx->neigh[i]->xk*(vtx->neigh[i]->energy-oenergy);
aec47d 108     }
414b8a 109
M 110     if(vesicle->pswitch == 1){
111         for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) dvol+=vtx->tristar[i]->volume;
112         delta_energy-=vesicle->pressure*dvol;
113     };
114
304510 115 /* No poly-bond energy for now!
fedf2b 116     if(vtx->grafted_poly!=NULL){
M 117         delta_energy+=
118             (pow(sqrt(vtx_distance_sq(vtx, vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0])-1),2)-
119             pow(sqrt(vtx_distance_sq(&backupvtx[0], vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0])-1),2)) *vtx->grafted_poly->k;
120     }
304510 121 */
314f2d 122 //   fprintf(stderr, "DE=%f\n",delta_energy);
aec47d 123     //MONTE CARLOOOOOOOO
SP 124     if(delta_energy>=0){
125 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
126         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
127 #endif
128 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
129         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
130 #endif
131 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
132         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
133 #endif
134     {
135     //not accepted, reverting changes
dcd350 136     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 137     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
a63f17 138         vtx->neigh[i]=memcpy((void *)vtx->neigh[i],(void *)&backupvtx[i+1],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 139     }
SP 140     
aec47d 141     //update the normals of triangles that share bead i.
dcd350 142    for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) triangle_normal_vector(vtx->tristar[i]);
1ad6d1 143
aec47d 144     return TS_FAIL; 
SP 145     }
146 }
a63f17 147         
SP 148 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
149     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
150         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
151 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
152         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx[0].cell,vtx);
153         
154     }
155 //    if(oldcellidx);
aec47d 156     //END MONTE CARLOOOOOOO
SP 157     return TS_SUCCESS;
158 }
159
fedf2b 160
M 161 ts_bool single_poly_vertex_move(ts_vesicle *vesicle,ts_poly *poly,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
162     ts_uint i;
163     ts_bool retval; 
164     ts_uint cellidx; 
304510 165 //    ts_double delta_energy;
fedf2b 166     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
304510 167     ts_double dist;
fedf2b 168     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
M 169     ts_vertex backupvtx;
304510 170 //    ts_bond backupbond[2];
fedf2b 171     memcpy((void *)&backupvtx,(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
M 172
173     //random move in a sphere with radius stepsize:
174     r=vesicle->stepsize*rn[0];
175     phi=rn[1]*2*M_PI;
176     costheta=2*rn[2]-1;
177     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
178     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
179     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
180     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
181
182
183     //distance with neighbours check
304510 184     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 185         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->neigh[i]);
186         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
187             vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
188             return TS_FAIL;
189         }
190     }
191
192 // Distance with grafted vesicle-vertex check:    
193     if(vtx==poly->vlist->vtx[0]){
194         dist=vtx_distance_sq(vtx,poly->grafted_vtx);
195         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
196         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
197         return TS_FAIL;
198         }
199     }
200
fedf2b 201
M 202     //self avoidance check with distant vertices
203     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
204     //check occupation number
205     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
206     
207     if(retval==TS_FAIL){
208         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
209         return TS_FAIL;
210     } 
211
212
213     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
304510 214 /* Energy ignored for now!
fedf2b 215     delta_energy=0;
M 216     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
217         memcpy((void *)&backupbond[i],(void *)vtx->bond[i],sizeof(ts_bond));
218
219         vtx->bond[i]->bond_length=sqrt(vtx_distance_sq(vtx->bond[i]->vtx1,vtx->bond[i]->vtx2));
220         bond_energy(vtx->bond[i],poly);
221         delta_energy+= vtx->bond[i]->energy - backupbond[i].energy;
222     }
223
224     if(vtx==poly->vlist->vtx[0]){
225         delta_energy+=
226             (pow(sqrt(vtx_distance_sq(vtx, poly->grafted_vtx)-1),2)-
227             pow(sqrt(vtx_distance_sq(&backupvtx, poly->grafted_vtx)-1),2)) *poly->k;
228         
229     }
230
231
232     if(delta_energy>=0){
233 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
234         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
235 #endif
236 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
237         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
238 #endif
239 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
240         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
241 #endif
242         {
243     //not accepted, reverting changes
244     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
245     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
246     vtx->bond[i]=memcpy((void *)vtx->bond[i],(void *)&backupbond[i],sizeof(ts_bond));
247     }
248
249     return TS_FAIL; 
250     }
251     }
304510 252 */
fedf2b 253         
M 254 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
255     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
256         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
257 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
258         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx.cell,vtx);    
259     }
260 //    if(oldcellidx);
261     //END MONTE CARLOOOOOOO
262     return TS_SUCCESS;
263 }
58230a 264
M 265
266
267
268 ts_bool single_filament_vertex_move(ts_vesicle *vesicle,ts_poly *poly,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
269     ts_uint i;
270     ts_bool retval; 
271     ts_uint cellidx; 
b30f45 272     ts_double delta_energy;
58230a 273     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
M 274     ts_double dist[2];
275     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
b30f45 276     ts_vertex backupvtx,backupneigh[2];
58230a 277     ts_bond backupbond[2];
b30f45 278
M 279     //backup vertex:        
58230a 280     memcpy((void *)&backupvtx,(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
M 281
282     //random move in a sphere with radius stepsize:
283     r=vesicle->stepsize*rn[0];
284     phi=rn[1]*2*M_PI;
285     costheta=2*rn[2]-1;
286     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
287     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
288     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
289     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
290
291
292     //distance with neighbours check
293     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
294         dist[i]=vtx_distance_sq(vtx->bond[i]->vtx1,vtx->bond[i]->vtx2);
295         if(dist[i]<1.0 || dist[i]>vesicle->dmax) {
296             vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
297             return TS_FAIL;
298         }
299     }
300
fe24d2 301 // TODO: Maybe faster if checks only nucleus-neighboring cells
M 302 // Nucleus penetration check:
303     if (vtx->x*vtx->x + vtx->y*vtx->y + vtx->z*vtx->z < vesicle->R_nucleus){
304         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
305         return TS_FAIL;
306     }
307
58230a 308
M 309     //self avoidance check with distant vertices
310     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
311     //check occupation number
312     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
313     if(retval==TS_FAIL){
314         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
315         return TS_FAIL;
316     } 
317
318     //backup bonds
319     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
320         memcpy(&backupbond[i],vtx->bond[i], sizeof(ts_bond));
321         vtx->bond[i]->bond_length=sqrt(dist[i]);
322         bond_vector(vtx->bond[i]);
b30f45 323     }
M 324
325     //backup neighboring vertices:
326     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
327         memcpy(&backupneigh[i],vtx->neigh[i], sizeof(ts_vertex));
58230a 328     }
M 329     
330     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
b30f45 331     delta_energy=0;
M 332     
333     if(vtx->bond_no == 2){
334         vtx->energy = -(vtx->bond[0]->x*vtx->bond[1]->x + vtx->bond[0]->y*vtx->bond[1]->y + vtx->bond[0]->z*vtx->bond[1]->z)/vtx->bond[0]->bond_length/vtx->bond[1]->bond_length;
335         delta_energy += vtx->energy - backupvtx.energy;
58230a 336     }
M 337
b30f45 338     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 339         if(vtx->neigh[i]->bond_no == 2){
340             vtx->neigh[i]->energy = -(vtx->neigh[i]->bond[0]->x*vtx->neigh[i]->bond[1]->x + vtx->neigh[i]->bond[0]->y*vtx->neigh[i]->bond[1]->y + vtx->neigh[i]->bond[0]->z*vtx->neigh[i]->bond[1]->z)/vtx->neigh[i]->bond[0]->bond_length/vtx->neigh[i]->bond[1]->bond_length;
341             delta_energy += vtx->neigh[i]->energy - backupneigh[i].energy;
342         }
58230a 343     }
M 344
b30f45 345     // poly->k is filament persistence length (in units l_min)
M 346     delta_energy *= poly->k;
58230a 347
M 348     if(delta_energy>=0){
349 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
350         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
351 #endif
352 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
353         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
354 #endif
355 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
356         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
357 #endif
358         {
359     //not accepted, reverting changes
360     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
b30f45 361     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 362         memcpy(vtx->neigh[i],&backupneigh[i],sizeof(ts_vertex));
363     }
58230a 364     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
b30f45 365         vtx->bond[i]=memcpy((void *)vtx->bond[i],(void *)&backupbond[i],sizeof(ts_bond));
58230a 366     }
M 367
368     return TS_FAIL; 
369     }
370     }
371     
b30f45 372     
58230a 373 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
M 374     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
375         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
376 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
377         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx.cell,vtx);    
378     }
379 //    if(oldcellidx);
380     //END MONTE CARLOOOOOOO
381     return TS_SUCCESS;
382 }