Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2012-02-23 8f6a69d8fddcae6b54d25cf02dd56f0afce6a075
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"
7958e9 12
SP 13 ts_vesicle *initial_distribution_dipyramid(ts_uint nshell, ts_uint ncmax1, ts_uint ncmax2, ts_uint ncmax3, ts_double stepsize){
14     ts_fprintf(stderr,"Starting initial_distribution on vesicle with %u shells!...\n",nshell);
15     ts_bool retval;
16     ts_uint no_vertices=5*nshell*nshell+2;
17     
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);
b01cc1 23     vesicle->vlist = init_sort_neighbours(vesicle->blist,vesicle->vlist);
SP 24    // retval = init_vesicle_bonds(vesicle); // bonds are created in sort_neigh
7958e9 25     retval = init_triangles(vesicle);
SP 26     retval = init_triangle_neighbours(vesicle);
27     retval = init_common_vertex_triangle_neighbours(vesicle);
dac2e5 28     retval = init_normal_vectors(vesicle->tlist);
f74313 29     retval = mean_curvature_and_energy(vesicle);
7958e9 30  ts_fprintf(stderr,"initial_distribution finished!\n");
41a035 31     if(retval);
7958e9 32     return vesicle;
SP 33
34
35
36 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
37     /* Some often used relations */
38     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
39     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
40     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
41     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
42
43     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
44     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
45 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
46     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
47 #endif
48 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
49     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
50 #endif
51 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
52     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
53 #endif
54 //    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 */
55
56 /*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!*/
57     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
58
59
60     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
61 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
62     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
63     ts_int j,k;
64     ts_double dx,dy; // end loop prereq
65
66     /* topmost vertex */
8f6a69 67     vtx[1]->x=0.0;
SP 68     vtx[1]->y=0.0;
69     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 70     
SP 71     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
72     for(i=1;i<=nshell;i++){
73         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 74         vtx[n0]->x=0.0;
SP 75         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
76         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
77         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
78         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
79         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
80         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
81         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
82         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
83         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 84     }
SP 85
86     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
87     for(i=1;i<=nshell;i++){
88         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
89         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 90             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 91             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
92             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
93             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 94         }
SP 95         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 96             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 97             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 98             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 99                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 100                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 101             } 
SP 102         } 
103     }
104
105     for(i=1;i<=nshell;i++){
106         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
107         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 108         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 109         }
SP 110     }
111
112 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
113     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 114         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 115         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
116         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 117     }
SP 118
119     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
120         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
121             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
122                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
123             }
124         }
125     }
126     return TS_SUCCESS;
127 }
128
129
130
131 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
132     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
133     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
134     ts_uint i,j;
135     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
136     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
137     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
138     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
139     //    vtx[i].neigh_no=0;
140     //}
141     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
142         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
143             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
144             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
145     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
146                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
147             }
148         }
149     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
150     }
151
152     return TS_SUCCESS;
153 }
154
b01cc1 155 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 156 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 157     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 158     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
159     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
160
161 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 162     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 163     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 164
165     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
166     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
167     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
168         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 169            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 170            jjj=1;
SP 171            jj=1;
8f6a69 172            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 173                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
174                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
175                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
176 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 177                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 178                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 179                        jjj=jj;
SP 180                        jj=j;
181                        break;
182                    }
183                }
184            }    
185     }
b01cc1 186 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 187  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
188    // tvtx=vlist->vtx;
189    // vlist->vtx=tvtx;
190    // tvlist->vtx=vtx;
191     vtx_list_free(vlist);
192 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
193     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
194         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
195         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 196     }
SP 197
b01cc1 198     return tvlist;
7958e9 199 }
SP 200
201
202 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
203     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
204     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
205     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
206 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
207     ts_uint i,j,k;
208     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
209         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 210             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 211                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 212                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 213                     break;
214                 }
215             }
216         }
217     } 
218 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
219     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
220         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
221         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
222     }
223     return TS_SUCCESS;
224 }
225
226
227
228 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
229     ts_uint i,j,jj,k;
230     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
231     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
232     ts_double dist, direct;
233     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
234     k=0;
235     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 236         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 237             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 238         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 239         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 240                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 241                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
242 // TODO: same as above                
243                 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){
244                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 245                 }    
SP 246             }    
247         }
248     }
249 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
250  * matches the theoretical value.
251  */
252     for(i=0;i<tlist->n;i++){
253         k=0;
254         for(j=0;j<3;j++){
41a035 255             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 256             k++;
SP 257         }
258             if(k!=3){
8f6a69 259                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 260             }   
SP 261     } 
262     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
263         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
264         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
265     }
266     return TS_SUCCESS;
267 }
268
269
270
271 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
272     ts_uint i,j,nobo;
273     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
274 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
275     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
276     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
277     nobo=0;
278     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 279         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 280         i2=tria[i]->vertex[1]; 
281         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 282         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 283             if(j==i) continue;
41a035 284             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 285             j2=tria[j]->vertex[1]; 
286             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 287             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 288                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
289                     nobo++;
290             }
291         }
292     }
293     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 294         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 295         i2=tria[i]->vertex[1]; 
296         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 297         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 298             if(j==i) continue;
41a035 299             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 300             j2=tria[j]->vertex[1]; 
301             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 302             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 303                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
304                 nobo++;
305             }
306         }
307     }
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((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 318                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
319                 nobo++;
320             }
321         }
322     }
323     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
324             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
325             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
326     }
327     return TS_SUCCESS;
328 }
329
330
331 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
332     ts_uint i,j,jp,k;
333     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
334     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
335     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
336     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
337
338     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 339         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 340             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 341             jp=j+1;
8f6a69 342             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 343             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 344             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 345                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 346                 k4=tria[k]->vertex[1];
347                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 348 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 349                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
350                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
351                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 352
SP 353 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
354 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 355     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 356                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 357                 }
358             }
359         }
360 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
361         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
362             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
363         }
364         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
365     }
366     return TS_SUCCESS;
367 }
368
369
370 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
371     /* Normals point INSIDE vesicle */
372     ts_uint k;
373     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
374     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
375         triangle_normal_vector(tria[k]);    
376     }
377     return TS_SUCCESS;
378 }