Trisurf Monte Carlo simulator
mihaf
2014-03-10 d9cb01f2bbcaf704b11d7d8c926f2634c04db928
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;
40     vesicle=initial_distribution_dipyramid(tape->nshell,tape->ncxmax,tape->ncymax,tape->nczmax,tape->stepsize);
41     vesicle->poly_list=init_poly_list(tape->npoly,tape->nmono, vesicle->vlist);
42     vesicle->spring_constant=tape->kspring;
43     poly_assign_spring_const(vesicle);
44     
45     vesicle->nshell=tape->nshell;
46     vesicle->dmax=tape->dmax*tape->dmax; /* dmax^2 in the vesicle dmax variable */
47     vesicle->bending_rigidity=tape->xk0;
48     vtx_set_global_values(vesicle); /* make xk0 default value for every vertex */ 
49     ts_fprintf(stdout, "Tape setting: xk0=%e\n",tape->xk0);
50     vesicle->stepsize=tape->stepsize;
51     vesicle->clist->ncmax[0]=tape->ncxmax;
52     vesicle->clist->ncmax[1]=tape->ncymax;
53     vesicle->clist->ncmax[2]=tape->nczmax;
54     vesicle->clist->max_occupancy=8; /* hard coded max occupancy? */
55
56     vesicle->pressure= tape->pressure;
57     vesicle->pswitch=tape->pswitch;
58
59     return vesicle;
60
61 }
62
63
64
65
66
7958e9 67 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
SP 68     /* Some often used relations */
69     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
70     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
71     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
72     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
73
74     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
75     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
76 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
77     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
78 #endif
79 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
80     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
81 #endif
82 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
83     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
84 #endif
85 //    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 */
86
87 /*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!*/
88     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
89
90
91     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
92 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
93     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
94     ts_int j,k;
95     ts_double dx,dy; // end loop prereq
96
97     /* topmost vertex */
8f6a69 98     vtx[1]->x=0.0;
SP 99     vtx[1]->y=0.0;
100     vtx[1]->z=z0*(ts_double)nshell;
7958e9 101     
SP 102     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
103     for(i=1;i<=nshell;i++){
104         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
8f6a69 105         vtx[n0]->x=0.0;
SP 106         vtx[n0]->y=(ts_double)i*xl0;
107         vtx[n0+i]->x=vtx[n0]->y*s1;
108         vtx[n0+i]->y=vtx[n0]->y*c1;
109         vtx[n0+2*i]->x=vtx[n0]->y*s2;
110         vtx[n0+2*i]->y=vtx[n0]->y*c2;
111         vtx[n0+3*i]->x=-vtx[n0+2*i]->x;
112         vtx[n0+3*i]->y=vtx[n0+2*i]->y;
113         vtx[n0+4*i]->x=-vtx[n0+i]->x;
114         vtx[n0+4*i]->y=vtx[n0+i]->y;
7958e9 115     }
SP 116
117     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
118     for(i=1;i<=nshell;i++){
119         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
120         for(j=1;j<=i-1;j++){
8f6a69 121             dx=(vtx[n0]->x-vtx[n0+4*i]->x)/(ts_double)i;
SP 122             dy=(vtx[n0]->y-vtx[n0+4*i]->y)/(ts_double)i;
123             vtx[n0+4*i+j]->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->x;
124             vtx[n0+4*i+j]->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->y;
7958e9 125         }
SP 126         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
8f6a69 127             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->x - vtx[n0+k*i]->x)/(ts_double) i;
SP 128             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->y - vtx[n0+k*i]->y)/(ts_double) i;
7958e9 129             for(j=1; j<=i-1;j++){
8f6a69 130                 vtx[n0+k*i+j]->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->x;
SP 131                 vtx[n0+k*i+j]->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->y;
7958e9 132             } 
SP 133         } 
134     }
135
136     for(i=1;i<=nshell;i++){
137         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
138         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
8f6a69 139         vtx[n0+j]->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
7958e9 140         }
SP 141     }
142
143 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
144     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
8f6a69 145         vtx[i]->x=vtx[vlist->n - i +1]->x;
SP 146         vtx[i]->y=vtx[vlist->n - i +1]->y;
147         vtx[i]->z=-vtx[vlist->n - i +1]->z;
7958e9 148     }
SP 149
150     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
151         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
152             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
153                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
154             }
155         }
156     }
157     return TS_SUCCESS;
158 }
159
160
161
162 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
163     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
164     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
165     ts_uint i,j;
166     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
167     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
168     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
169     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
170     //    vtx[i].neigh_no=0;
171     //}
172     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
173         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
174             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
175             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
176     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
177                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
178             }
179         }
180     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
181     }
182
183     return TS_SUCCESS;
184 }
185
b01cc1 186 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 187 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 188     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 189     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
190     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
191
192 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 193     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 194     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 195
196     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
197     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
198     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
199         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
8f6a69 200            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 201            jjj=1;
SP 202            jj=1;
8f6a69 203            for(l=2;l<=vtx[i]->neigh_no;l++){
SP 204                for(j=2;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
205                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
206                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
207 // TODO: check if fabs can be used with all floating point types!!
7958e9 208                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
8f6a69 209                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 210                        jjj=jj;
SP 211                        jj=j;
212                        break;
213                    }
214                }
215            }    
216     }
b01cc1 217 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 218  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
219    // tvtx=vlist->vtx;
220    // vlist->vtx=tvtx;
221    // tvlist->vtx=vtx;
222     vtx_list_free(vlist);
223 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
224     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
225         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
226         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 227     }
SP 228
b01cc1 229     return tvlist;
7958e9 230 }
SP 231
232
233 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
234     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
235     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
236     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
237 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
238     ts_uint i,j,k;
239     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
240         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
8f6a69 241             for(k=0;k<vtx[i]->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
SP 242                 if(vtx[i]->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
7958e9 243                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
SP 244                     break;
245                 }
246             }
247         }
248     } 
249 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
250     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
251         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
252         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
253     }
254     return TS_SUCCESS;
255 }
256
257
258
259 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
260     ts_uint i,j,jj,k;
261     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
262     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
263     ts_double dist, direct;
264     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
265     k=0;
266     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 267         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 268             for(jj=1;jj<=vtx[i]->neigh_no;jj++){
7958e9 269         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
SP 270         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
8f6a69 271                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
SP 272                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);                
273 // TODO: same as above                
274                 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){
275                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->neigh[j-1],vtx[i]->neigh[jj-1]);
7958e9 276                 }    
SP 277             }    
278         }
279     }
280 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
281  * matches the theoretical value.
282  */
283     for(i=0;i<tlist->n;i++){
284         k=0;
285         for(j=0;j<3;j++){
41a035 286             if(tlist->tria[i]->vertex[j]!=NULL)
7958e9 287             k++;
SP 288         }
289             if(k!=3){
8f6a69 290                 fatal("Some triangles have less than 3 vertices..",4);
7958e9 291             }   
SP 292     } 
293     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
294         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
295         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
296     }
297     return TS_SUCCESS;
298 }
299
300
301
302 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
303     ts_uint i,j,nobo;
304     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
305 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
306     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
307     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
308     nobo=0;
309     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 310         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 311         i2=tria[i]->vertex[1]; 
312         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 313         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 314             if(j==i) continue;
41a035 315             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 316             j2=tria[j]->vertex[1]; 
317             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 318             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
SP 319                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
320                     nobo++;
321             }
322         }
323     }
324     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 325         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 326         i2=tria[i]->vertex[1]; 
327         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 328         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 329             if(j==i) continue;
41a035 330             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 331             j2=tria[j]->vertex[1]; 
332             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 333             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
SP 334                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
335                 nobo++;
336             }
337         }
338     }
339     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
41a035 340         i1=tria[i]->vertex[0]; 
SP 341         i2=tria[i]->vertex[1]; 
342         i3=tria[i]->vertex[2]; 
7958e9 343         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
SP 344             if(j==i) continue;
41a035 345             j1=tria[j]->vertex[0]; 
SP 346             j2=tria[j]->vertex[1]; 
347             j3=tria[j]->vertex[2]; 
7958e9 348             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
SP 349                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
350                 nobo++;
351             }
352         }
353     }
354     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
355             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
356             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
357     }
358     return TS_SUCCESS;
359 }
360
361
362 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
363     ts_uint i,j,jp,k;
364     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
365     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
366     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
367     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
368
369     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
8f6a69 370         for(j=1;j<=vtx[i]->neigh_no;j++){
SP 371             k1=vtx[i]->neigh[j-1];
7958e9 372             jp=j+1;
8f6a69 373             if(j == vtx[i]->neigh_no) jp=1;
SP 374             k2=vtx[i]->neigh[jp-1];
7958e9 375             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
41a035 376                 k3=tria[k]->vertex[0];
SP 377                 k4=tria[k]->vertex[1];
378                 k5=tria[k]->vertex[2];
7958e9 379 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
SP 380                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
381                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
382                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 383
SP 384 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
385 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 386     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 387                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 388                 }
389             }
390         }
391 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
392         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
393             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
394         }
395         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
396     }
397     return TS_SUCCESS;
398 }
399
400
401 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
402     /* Normals point INSIDE vesicle */
403     ts_uint k;
404     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
405     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
406         triangle_normal_vector(tria[k]);    
407     }
408     return TS_SUCCESS;
409 }