Trisurf Monte Carlo simulator
mihaf
2014-03-21 bcf4557ddd61890f130247430267feac5b05c5b7
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:
M 44     vesicle->R_nucleus=tape->R_nucleus;
bcf455 45
58230a 46     //Initialize grafted polymers (brush):
624f81 47     vesicle->poly_list=init_poly_list(tape->npoly,tape->nmono, vesicle->vlist, vesicle);
1ab449 48     vesicle->spring_constant=tape->kspring;
SP 49     poly_assign_spring_const(vesicle);
bcf455 50
58230a 51     //Initialize filaments (polymers inside the vesicle):
M 52     vesicle->filament_list=init_poly_list(tape->nfil,tape->nfono, NULL, vesicle);
bcf455 53     poly_assign_filament_xi(vesicle,tape);
58230a 54
bcf455 55     ts_uint i,j;
M 56     for(i=0;i<vesicle->filament_list->n;i++){
57         for(j=0;j<vesicle->filament_list->poly[i]->blist->n;j++){
58             bond_vector(vesicle->filament_list->poly[i]->blist->bond[j]);
59             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));
60         }
58230a 61     }
bcf455 62
M 63     for(i=0;i<vesicle->filament_list->n;i++){
64         for(j=0;j<vesicle->filament_list->poly[i]->vlist->n;j++){
65             vtx = vesicle->filament_list->poly[i]->vlist->vtx[j];
66             if(vtx->bond_no == 2){
67             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;
68             }
69         }
58230a 70     }
bcf455 71
M 72
58230a 73 //    vesicle->spring_constant=tape->kspring;
M 74 //    poly_assign_spring_const(vesicle);
75
1ab449 76     
SP 77     vesicle->nshell=tape->nshell;
78     vesicle->dmax=tape->dmax*tape->dmax; /* dmax^2 in the vesicle dmax variable */
79     vesicle->bending_rigidity=tape->xk0;
80     vtx_set_global_values(vesicle); /* make xk0 default value for every vertex */ 
81     ts_fprintf(stdout, "Tape setting: xk0=%e\n",tape->xk0);
82     vesicle->stepsize=tape->stepsize;
83     vesicle->clist->ncmax[0]=tape->ncxmax;
84     vesicle->clist->ncmax[1]=tape->ncymax;
85     vesicle->clist->ncmax[2]=tape->nczmax;
86     vesicle->clist->max_occupancy=8; /* hard coded max occupancy? */
87
88     vesicle->pressure= tape->pressure;
89     vesicle->pswitch=tape->pswitch;
90
91     return vesicle;
92
93 }
94
95
96
97
98
7958e9 99 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
SP 100     /* Some often used relations */
101     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
102     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
103     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
104     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
105
106     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
107     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
108 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
109     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
110 #endif
111 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
112     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
113 #endif
114 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
115     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
116 #endif
117 //    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 */
118
119 /*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!*/
120     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
121
122
123     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
124 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
125     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
126     ts_int j,k;
127     ts_double dx,dy; // end loop prereq
128
129     /* topmost vertex */
8f6a69 130     vtx[1]->x=0.0;
SP 131     vtx[1]->y=0.0;
132     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 133     
SP 134     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
135     for(i=1;i<=nshell;i++){
136         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 137         vtx[n0]->x=0.0;
SP 138         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
139         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
140         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
141         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
142         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
143         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
144         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
145         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
146         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 147     }
SP 148
149     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
150     for(i=1;i<=nshell;i++){
151         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
152         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 153             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 154             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
155             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
156             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 157         }
SP 158         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 159             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 160             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 161             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 162                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 163                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 164             } 
SP 165         } 
166     }
167
168     for(i=1;i<=nshell;i++){
169         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
170         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 171         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 172         }
SP 173     }
174
175 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
176     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 177         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 178         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
179         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 180     }
SP 181
182     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
183         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
184             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
185                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
186             }
187         }
188     }
189     return TS_SUCCESS;
190 }
191
192
193
194 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
195     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
196     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
197     ts_uint i,j;
198     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
199     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
200     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
201     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
202     //    vtx[i].neigh_no=0;
203     //}
204     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
205         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
206             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
207             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
208     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
209                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
210             }
211         }
212     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
213     }
214
215     return TS_SUCCESS;
216 }
217
b01cc1 218 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 219 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 220     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 221     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
222     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
223
224 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 225     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 226     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 227
228     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
229     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
230     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
231         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 232            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 233            jjj=1;
SP 234            jj=1;
8f6a69 235            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 236                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
237                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
238                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
239 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 240                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 241                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 242                        jjj=jj;
SP 243                        jj=j;
244                        break;
245                    }
246                }
247            }    
248     }
b01cc1 249 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 250  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
251    // tvtx=vlist->vtx;
252    // vlist->vtx=tvtx;
253    // tvlist->vtx=vtx;
254     vtx_list_free(vlist);
255 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
256     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
257         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
258         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 259     }
SP 260
b01cc1 261     return tvlist;
7958e9 262 }
SP 263
264
265 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
266     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
267     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
268     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
269 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
270     ts_uint i,j,k;
271     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
272         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 273             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 274                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 275                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 276                     break;
277                 }
278             }
279         }
280     } 
281 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
282     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
283         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
284         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
285     }
286     return TS_SUCCESS;
287 }
288
289
290
291 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
292     ts_uint i,j,jj,k;
293     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
294     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
295     ts_double dist, direct;
296     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
297     k=0;
298     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 299         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 300             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 301         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 302         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 303                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 304                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
305 // TODO: same as above                
306                 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){
307                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 308                 }    
SP 309             }    
310         }
311     }
312 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
313  * matches the theoretical value.
314  */
315     for(i=0;i<tlist->n;i++){
316         k=0;
317         for(j=0;j<3;j++){
41a035 318             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 319             k++;
SP 320         }
321             if(k!=3){
8f6a69 322                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 323             }   
SP 324     } 
325     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
326         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
327         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
328     }
329     return TS_SUCCESS;
330 }
331
332
333
334 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
335     ts_uint i,j,nobo;
336     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
337 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
338     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
339     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
340     nobo=0;
341     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 342         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 343         i2=tria[i]->vertex[1]; 
344         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 345         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 346             if(j==i) continue;
41a035 347             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 348             j2=tria[j]->vertex[1]; 
349             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 350             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 351                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
352                     nobo++;
353             }
354         }
355     }
356     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 357         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 358         i2=tria[i]->vertex[1]; 
359         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 360         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 361             if(j==i) continue;
41a035 362             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 363             j2=tria[j]->vertex[1]; 
364             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 365             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 366                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
367                 nobo++;
368             }
369         }
370     }
371     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 372         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 373         i2=tria[i]->vertex[1]; 
374         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 375         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 376             if(j==i) continue;
41a035 377             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 378             j2=tria[j]->vertex[1]; 
379             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 380             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 381                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
382                 nobo++;
383             }
384         }
385     }
386     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
387             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
388             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
389     }
390     return TS_SUCCESS;
391 }
392
393
394 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
395     ts_uint i,j,jp,k;
396     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
397     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
398     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
399     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
400
401     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 402         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 403             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 404             jp=j+1;
8f6a69 405             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 406             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 407             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 408                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 409                 k4=tria[k]->vertex[1];
410                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 411 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 412                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
413                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
414                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 415
SP 416 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
417 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 418     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 419                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 420                 }
421             }
422         }
423 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
424         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
425             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
426         }
427         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
428     }
429     return TS_SUCCESS;
430 }
431
432
433 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
434     /* Normals point INSIDE vesicle */
435     ts_uint k;
436     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
437     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
438         triangle_normal_vector(tria[k]);    
439     }
440     return TS_SUCCESS;
441 }