Trisurf Monte Carlo simulator
mihaf
2014-03-26 bc9583f9f05c86aa21da0d1b9081660a64d9ce31
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"
8a6614 13 #include "io.h"
7958e9 14
SP 15 ts_vesicle *initial_distribution_dipyramid(ts_uint nshell, ts_uint ncmax1, ts_uint ncmax2, ts_uint ncmax3, ts_double stepsize){
1ab449 16     ts_fprintf(stdout,"Starting initial_distribution on vesicle with %u shells!...\n",nshell);
7958e9 17     ts_bool retval;
1ab449 18     ts_uint no_vertices=5*nshell*nshell+2;    
SP 19     ts_vesicle *vesicle=init_vesicle(no_vertices,ncmax1,ncmax2,ncmax3,stepsize);
20     vesicle->nshell=nshell;
21     //retval = vtx_set_global_values(vesicle);
22     retval = pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(vesicle->vlist);
23     retval = init_vertex_neighbours(vesicle->vlist);
24     vesicle->vlist = init_sort_neighbours(vesicle->blist,vesicle->vlist);
b01cc1 25    // retval = init_vesicle_bonds(vesicle); // bonds are created in sort_neigh
1ab449 26     retval = init_triangles(vesicle);
SP 27     retval = init_triangle_neighbours(vesicle);
28     retval = init_common_vertex_triangle_neighbours(vesicle);
29     retval = init_normal_vectors(vesicle->tlist);
30     retval = mean_curvature_and_energy(vesicle);
31     ts_fprintf(stdout,"initial_distribution finished!\n");
41a035 32     if(retval);
7958e9 33     return vesicle;
SP 34
35
36
1ab449 37
SP 38 ts_vesicle *create_vesicle_from_tape(ts_tape *tape){
39     ts_vesicle *vesicle;
bcf455 40     ts_vertex *vtx;
M 41
1ab449 42     vesicle=initial_distribution_dipyramid(tape->nshell,tape->ncxmax,tape->ncymax,tape->nczmax,tape->stepsize);
58230a 43     // Nucleus:
fe24d2 44     vesicle->R_nucleus=tape->R_nucleus*tape->R_nucleus;
M 45
46     vesicle->clist->dmin_interspecies = tape->dmin_interspecies*tape->dmin_interspecies;
bcf455 47
58230a 48     //Initialize grafted polymers (brush):
624f81 49     vesicle->poly_list=init_poly_list(tape->npoly,tape->nmono, vesicle->vlist, vesicle);
1ab449 50     vesicle->spring_constant=tape->kspring;
SP 51     poly_assign_spring_const(vesicle);
bcf455 52
58230a 53     //Initialize filaments (polymers inside the vesicle):
M 54     vesicle->filament_list=init_poly_list(tape->nfil,tape->nfono, NULL, vesicle);
bcf455 55     poly_assign_filament_xi(vesicle,tape);
58230a 56
bcf455 57     ts_uint i,j;
M 58     for(i=0;i<vesicle->filament_list->n;i++){
59         for(j=0;j<vesicle->filament_list->poly[i]->blist->n;j++){
60             bond_vector(vesicle->filament_list->poly[i]->blist->bond[j]);
61             vesicle->filament_list->poly[i]->blist->bond[j]->bond_length = sqrt(vtx_distance_sq(vesicle->filament_list->poly[i]->blist->bond[j]->vtx1,vesicle->filament_list->poly[i]->blist->bond[j]->vtx2));
62         }
58230a 63     }
bcf455 64
M 65     for(i=0;i<vesicle->filament_list->n;i++){
66         for(j=0;j<vesicle->filament_list->poly[i]->vlist->n;j++){
67             vtx = vesicle->filament_list->poly[i]->vlist->vtx[j];
68             if(vtx->bond_no == 2){
69             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;
70             }
71         }
58230a 72     }
bcf455 73
ea1cce 74     for(i=0;i<vesicle->filament_list->n;i++){
M 75         vertex_list_assign_id(vesicle->filament_list->poly[i]->vlist,TS_ID_FILAMENT);
76     }
bcf455 77
58230a 78 //    vesicle->spring_constant=tape->kspring;
M 79 //    poly_assign_spring_const(vesicle);
80
1ab449 81     
SP 82     vesicle->nshell=tape->nshell;
83     vesicle->dmax=tape->dmax*tape->dmax; /* dmax^2 in the vesicle dmax variable */
84     vesicle->bending_rigidity=tape->xk0;
85     vtx_set_global_values(vesicle); /* make xk0 default value for every vertex */ 
86     ts_fprintf(stdout, "Tape setting: xk0=%e\n",tape->xk0);
87     vesicle->stepsize=tape->stepsize;
88     vesicle->clist->ncmax[0]=tape->ncxmax;
89     vesicle->clist->ncmax[1]=tape->ncymax;
90     vesicle->clist->ncmax[2]=tape->nczmax;
91     vesicle->clist->max_occupancy=8; /* hard coded max occupancy? */
92
93     vesicle->pressure= tape->pressure;
94     vesicle->pswitch=tape->pswitch;
95
96     return vesicle;
97
98 }
99
100
101
102
103
7958e9 104 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
SP 105     /* Some often used relations */
106     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
107     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
108     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
109     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
110
111     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
112     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
113 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
114     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
115 #endif
116 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
117     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
118 #endif
119 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
120     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
121 #endif
122 //    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 */
123
124 /*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!*/
125     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
126
127
128     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
129 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
130     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
131     ts_int j,k;
132     ts_double dx,dy; // end loop prereq
133
134     /* topmost vertex */
8f6a69 135     vtx[1]->x=0.0;
SP 136     vtx[1]->y=0.0;
137     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 138     
SP 139     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
140     for(i=1;i<=nshell;i++){
141         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 142         vtx[n0]->x=0.0;
SP 143         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
144         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
145         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
146         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
147         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
148         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
149         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
150         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
151         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 152     }
SP 153
154     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
155     for(i=1;i<=nshell;i++){
156         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
157         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 158             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 159             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
160             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
161             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 162         }
SP 163         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 164             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 165             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 166             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 167                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 168                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 169             } 
SP 170         } 
171     }
172
173     for(i=1;i<=nshell;i++){
174         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
175         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 176         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 177         }
SP 178     }
179
180 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
181     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 182         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 183         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
184         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 185     }
SP 186
187     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
188         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
189             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
190                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
191             }
192         }
193     }
194     return TS_SUCCESS;
195 }
196
197
198
199 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
200     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
201     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
202     ts_uint i,j;
203     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
204     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
205     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
206     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
207     //    vtx[i].neigh_no=0;
208     //}
209     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
210         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
211             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
212             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
213     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
214                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
215             }
216         }
217     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
218     }
219
220     return TS_SUCCESS;
221 }
222
b01cc1 223 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 224 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 225     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 226     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
227     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
228
229 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 230     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 231     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 232
233     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
234     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
235     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
236         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 237            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 238            jjj=1;
SP 239            jj=1;
8f6a69 240            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 241                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
242                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
243                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
244 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 245                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 246                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 247                        jjj=jj;
SP 248                        jj=j;
249                        break;
250                    }
251                }
252            }    
253     }
b01cc1 254 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 255  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
256    // tvtx=vlist->vtx;
257    // vlist->vtx=tvtx;
258    // tvlist->vtx=vtx;
259     vtx_list_free(vlist);
260 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
261     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
262         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
263         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 264     }
SP 265
b01cc1 266     return tvlist;
7958e9 267 }
SP 268
269
270 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
271     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
272     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
273     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
274 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
275     ts_uint i,j,k;
276     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
277         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 278             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 279                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 280                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 281                     break;
282                 }
283             }
284         }
285     } 
286 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
287     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
288         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
289         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
290     }
291     return TS_SUCCESS;
292 }
293
294
295
296 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
297     ts_uint i,j,jj,k;
298     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
299     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
300     ts_double dist, direct;
301     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
302     k=0;
303     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 304         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 305             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 306         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 307         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 308                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 309                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
310 // TODO: same as above                
311                 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){
312                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 313                 }    
SP 314             }    
315         }
316     }
317 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
318  * matches the theoretical value.
319  */
320     for(i=0;i<tlist->n;i++){
321         k=0;
322         for(j=0;j<3;j++){
41a035 323             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 324             k++;
SP 325         }
326             if(k!=3){
8f6a69 327                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 328             }   
SP 329     } 
330     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
331         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
332         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
333     }
334     return TS_SUCCESS;
335 }
336
337
338
339 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
340     ts_uint i,j,nobo;
341     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
342 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
343     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
344     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
345     nobo=0;
346     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 347         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 348         i2=tria[i]->vertex[1]; 
349         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 350         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 351             if(j==i) continue;
41a035 352             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 353             j2=tria[j]->vertex[1]; 
354             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 355             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 356                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
357                     nobo++;
358             }
359         }
360     }
361     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 362         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 363         i2=tria[i]->vertex[1]; 
364         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 365         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 366             if(j==i) continue;
41a035 367             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 368             j2=tria[j]->vertex[1]; 
369             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 370             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 371                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
372                 nobo++;
373             }
374         }
375     }
376     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 377         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 378         i2=tria[i]->vertex[1]; 
379         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 380         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 381             if(j==i) continue;
41a035 382             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 383             j2=tria[j]->vertex[1]; 
384             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 385             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 386                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
387                 nobo++;
388             }
389         }
390     }
391     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
392             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
393             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
394     }
395     return TS_SUCCESS;
396 }
397
398
399 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
400     ts_uint i,j,jp,k;
401     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
402     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
403     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
404     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
405
406     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 407         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 408             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 409             jp=j+1;
8f6a69 410             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 411             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 412             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 413                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 414                 k4=tria[k]->vertex[1];
415                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 416 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 417                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
418                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
419                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 420
SP 421 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
422 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 423     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 424                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 425                 }
426             }
427         }
428 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
429         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
430             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
431         }
432         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
433     }
434     return TS_SUCCESS;
435 }
436
437
438 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
439     /* Normals point INSIDE vesicle */
440     ts_uint k;
441     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
442     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
443         triangle_normal_vector(tria[k]);    
444     }
445     return TS_SUCCESS;
446 }