Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2010-12-28 dac2e5020dc34c236b741ff5c4591244e73f56f2
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");
SP 31     return vesicle;
32
33
34
35 ts_bool pentagonal_dipyramid_vertex_distribution(ts_vertex_list *vlist){
36     /* Some often used relations */
37     const ts_double s1= sin(2.0*M_PI/5.0);
38     const ts_double s2= sin(4.0*M_PI/5.0);
39     const ts_double c1= cos(2.0*M_PI/5.0);
40     const ts_double c2= cos(4.0*M_PI/5.0);
41
42     /* Calculates projection lenght of an edge bond to pentagram plane */
43     const ts_double xl0=A0/(2.0*sin(M_PI/5.0));
44 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
45     const ts_double z0=sqrt(pow(A0,2)-pow(xl0,2));
46 #endif
47 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
48     const ts_double z0=sqrtf(powf(A0,2)-powf(xl0,2));
49 #endif
50 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
51     const ts_double z0=sqrtl(powl(A0,2)-powl(xl0,2));
52 #endif
53 //    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 */
54
55 /*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!*/
56     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1 ; 
57
58
59     ts_uint nshell=(ts_uint)( sqrt((ts_double)(vlist->n-2)/5));
60 //    printf("nshell=%u\n",nshell);
61     ts_uint i,n0; // some for loop prereq
62     ts_int j,k;
63     ts_double dx,dy; // end loop prereq
64
65     /* topmost vertex */
66     vtx[1]->data->x=0.0;
67     vtx[1]->data->y=0.0;
68     vtx[1]->data->z=z0*(ts_double)nshell;
69     
70     /* starting from to in circular order on pentagrams */    
71     for(i=1;i<=nshell;i++){
72         n0=2+5*i*(i-1)/2; //-1 would be for the reason that C index starts from 0 
73         vtx[n0]->data->x=0.0;
74         vtx[n0]->data->y=(ts_double)i*xl0;
75         vtx[n0+i]->data->x=vtx[n0]->data->y*s1;
76         vtx[n0+i]->data->y=vtx[n0]->data->y*c1;
77         vtx[n0+2*i]->data->x=vtx[n0]->data->y*s2;
78         vtx[n0+2*i]->data->y=vtx[n0]->data->y*c2;
79         vtx[n0+3*i]->data->x=-vtx[n0+2*i]->data->x;
80         vtx[n0+3*i]->data->y=vtx[n0+2*i]->data->y;
81         vtx[n0+4*i]->data->x=-vtx[n0+i]->data->x;
82         vtx[n0+4*i]->data->y=vtx[n0+i]->data->y;
83     }
84
85     /* vertexes on the faces of the dipyramid */
86     for(i=1;i<=nshell;i++){
87         n0=2+5*i*(i-1)/2; // -1 would be because of C!
88         for(j=1;j<=i-1;j++){
89             dx=(vtx[n0]->data->x-vtx[n0+4*i]->data->x)/(ts_double)i;
90             dy=(vtx[n0]->data->y-vtx[n0+4*i]->data->y)/(ts_double)i;
91             vtx[n0+4*i+j]->data->x=(ts_double)j*dx+vtx[n0+4*i]->data->x;
92             vtx[n0+4*i+j]->data->y=(ts_double)j*dy+vtx[n0+4*i]->data->y;
93         }
94         for(k=0;k<=3;k++){ // I would be worried about zero starting of for
95             dx=(vtx[n0+(k+1)*i]->data->x - vtx[n0+k*i]->data->x)/(ts_double) i;
96             dy=(vtx[n0+(k+1)*i]->data->y - vtx[n0+k*i]->data->y)/(ts_double) i;
97             for(j=1; j<=i-1;j++){
98                 vtx[n0+k*i+j]->data->x= (ts_double)j*dx+vtx[n0+k*i]->data->x;
99                 vtx[n0+k*i+j]->data->y= (ts_double)j*dy+vtx[n0+k*i]->data->y;
100             } 
101         } 
102     }
103
104     for(i=1;i<=nshell;i++){
105         n0= 2+ 5*i*(i-1)/2;
106         for(j=0;j<=5*i-1;j++){
107         vtx[n0+j]->data->z= z0*(ts_double)(nshell-i);   // I would be worried about zero starting of for
108         }
109     }
110
111 /* for botom part of dipyramide we calculate the positions of vertices */
112     for(i=2+5*nshell*(nshell+1)/2;i<=vlist->n;i++){
113         vtx[i]->data->x=vtx[vlist->n - i +1]->data->x;
114         vtx[i]->data->y=vtx[vlist->n - i +1]->data->y;
115         vtx[i]->data->z=-vtx[vlist->n - i +1]->data->z;
116     }
117
118     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
119         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
120             if(i!=j && vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j])<0.001){
121                 printf("Vertices %u and %u are the same!\n",i,j);
122             }
123         }
124     }
125     return TS_SUCCESS;
126 }
127
128
129
130 ts_bool init_vertex_neighbours(ts_vertex_list *vlist){
131     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
132     const ts_double eps=0.001; //TODO: find out if you can use EPS from math.h
133     ts_uint i,j;
134     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
135     /*this is not required if we zero all data in vertex structure at initialization */
136     /*if we force zeroing at initialization this for loop can safely be deleted */
137     //for(i=1;i<=vlist->n;i++){
138     //    vtx[i].neigh_no=0;
139     //}
140     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
141         for(j=1;j<=vlist->n;j++){
142             dist2=vtx_distance_sq(vtx[i],vtx[j]);
143             if( (dist2>eps) && (dist2<(A0*A0+eps))){ 
144     //if it is close enough, but not too much close (solves problem of comparing when i==j)
145                 vtx_add_neighbour(vtx[i],vtx[j]);
146             }
147         }
148     //        printf ("vertex %u ima %u sosedov!\n",i,vtx[i]->data->neigh_no);
149     }
150
151     return TS_SUCCESS;
152 }
153
b01cc1 154 // TODO: with new datastructure can be rewritten. Partially it is done, but it is complicated.
SP 155 ts_vertex_list *init_sort_neighbours(ts_bond_list *blist,ts_vertex_list *vlist){
7958e9 156     ts_vertex **vtx=vlist->vtx -1; // take a look at dipyramid function for comment.
SP 157     ts_uint i,l,j,jj,jjj,k=0;   
158     ts_double eps=0.001; // Take a look if EPS from math.h can be used
159
160 /*lets initialize memory for temporary vertex_list. Should we write a function instead */
b01cc1 161     ts_vertex_list *tvlist=vertex_list_copy(vlist);
7958e9 162     ts_vertex **tvtx=tvlist->vtx -1;  /* again to compensate for 0-indexing */
SP 163
164     ts_double dist2; // Square of distance of neighbours
165     ts_double direct; // Something, dont know what, but could be normal of some kind
166     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
167         k++; // WHY i IS NOT GOOD??
b01cc1 168            vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k], tvtx[vtx[i]->data->neigh[0]->idx+1]); //always add 1st
7958e9 169            jjj=1;
SP 170            jj=1;
171            for(l=2;l<=vtx[i]->data->neigh_no;l++){
172                for(j=2;j<=vtx[i]->data->neigh_no;j++){
173                    dist2=vtx_distance_sq(vtx[i]->data->neigh[j-1],vtx[i]->data->neigh[jj-1]);
174                    direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->data->neigh[j-1],vtx[i]->data->neigh[jj-1]);
175                    if( (fabs(dist2-A0*A0)<=eps) && (direct>0.0) && (j!=jjj) ){
b01cc1 176                        vtx_add_cneighbour(blist,tvtx[k],tvtx[vtx[i]->data->neigh[j-1]->idx+1]);
7958e9 177                        jjj=jj;
SP 178                        jj=j;
179                        break;
180                    }
181                }
182            }    
183     }
b01cc1 184 /* We use the temporary vertex for our main vertices and we abandon main
SP 185  * vertices, because their neighbours are not correctly ordered */
186    // tvtx=vlist->vtx;
187    // vlist->vtx=tvtx;
188    // tvlist->vtx=vtx;
189     vtx_list_free(vlist);
190 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
191     if((blist->n)!=3*(tvlist->n-2)){
192         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(tvlist->n-2));
193         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
7958e9 194     }
SP 195
b01cc1 196     return tvlist;
7958e9 197 }
SP 198
199
200 ts_bool init_vesicle_bonds(ts_vesicle *vesicle){
201     ts_vertex_list *vlist=vesicle->vlist;
202     ts_bond_list *blist=vesicle->blist;
203     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx - 1; // Because of 0 indexing
204 /* lets make correct clockwise ordering of in nearest neighbour list */
205     ts_uint i,j,k;
206     for(i=1;i<=vlist->n;i++){
207         for(j=i+1;j<=vlist->n;j++){
208             for(k=0;k<vtx[i]->data->neigh_no;k++){ // has changed 0 to < instead of 1 and <=
209                 if(vtx[i]->data->neigh[k]==vtx[j]){  //if addresses matches it is the same
210                     bond_add(blist,vtx[i],vtx[j]);
211                     break;
212                 }
213             }
214         }
215     } 
216 /* Let's make a check if the number of bonds is correct */
217     if((blist->n)!=3*(vlist->n-2)){
218         ts_fprintf(stderr,"Number of bonds is %u should be %u!\n", blist->n, 3*(vlist->n-2));
219         fatal("Number of bonds is not 3*(no_vertex-2).",4);
220     }
221     return TS_SUCCESS;
222 }
223
224
225
226 ts_bool init_triangles(ts_vesicle *vesicle){
227     ts_uint i,j,jj,k;
228     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
229     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
230     ts_double dist, direct;
231     ts_double eps=0.001; // can we use EPS from math.h?
232     k=0;
233     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
234         for(j=1;j<=vtx[i]->data->neigh_no;j++){
235             for(jj=1;jj<=vtx[i]->data->neigh_no;jj++){
236         //        ts_fprintf(stderr,"%u: (%u,%u) neigh_no=%u ",i,j,jj,vtx[i].neigh_no);
237         //      ts_fprintf(stderr,"%e, %e",vtx[i].neigh[j-1]->x,vtx[i].neigh[jj-1]->x);
238                 dist=vtx_distance_sq(vtx[i]->data->neigh[j-1],vtx[i]->data->neigh[jj-1]);
239                 direct=vtx_direct(vtx[i],vtx[i]->data->neigh[j-1],vtx[i]->data->neigh[jj-1]);                
240                 if(fabs(dist-A0*A0)<=eps && direct < 0.0 && vtx[i]->data->neigh[j-1]->idx+1 > i && vtx[i]->data->neigh[jj-1]->idx+1 >i){
241                     triangle_add(tlist,vtx[i],vtx[i]->data->neigh[j-1],vtx[i]->data->neigh[jj-1]);
242                 }    
243             }    
244         }
245     }
246 /* We check if all triangles have 3 vertices and if the number of triangles
247  * matches the theoretical value.
248  */
249     for(i=0;i<tlist->n;i++){
250         k=0;
251         for(j=0;j<3;j++){
252             if(tlist->tria[i]->data->vertex[j]!=NULL)
253             k++;
254         }
255             if(k!=3){
256                 fatal("Some triangles has less than 3 vertices..",4);
257             }   
258     } 
259     if(tlist->n!=2*(vesicle->vlist->n -2)){
260         ts_fprintf(stderr,"The number of triangles is %u but should be %u!\n",tlist->n,2*(vesicle->vlist->n -2));
261         fatal("The number of triangles doesn't match 2*(no_vertex -2).",4);
262     }
263     return TS_SUCCESS;
264 }
265
266
267
268 ts_bool init_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
269     ts_uint i,j,nobo;
270     ts_vertex *i1,*i2,*i3,*j1,*j2,*j3;
271 //    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
272     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
273     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
274     nobo=0;
275     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
276         i1=tria[i]->data->vertex[0]; 
277         i2=tria[i]->data->vertex[1]; 
278         i3=tria[i]->data->vertex[2]; 
279         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
280             if(j==i) continue;
281             j1=tria[j]->data->vertex[0]; 
282             j2=tria[j]->data->vertex[1]; 
283             j3=tria[j]->data->vertex[2]; 
284             if((i1==j1 && i3==j2) || (i1==j2 && i3==j3) || (i1==j3 && i3==j1)){
285                     triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
286                     nobo++;
287             }
288         }
289     }
290     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
291         i1=tria[i]->data->vertex[0]; 
292         i2=tria[i]->data->vertex[1]; 
293         i3=tria[i]->data->vertex[2]; 
294         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
295             if(j==i) continue;
296             j1=tria[j]->data->vertex[0]; 
297             j2=tria[j]->data->vertex[1]; 
298             j3=tria[j]->data->vertex[2]; 
299             if((i1==j1 && i2==j3) || (i1==j3 && i2==j2) || (i1==j2 && i2==j1)){
300                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
301                 nobo++;
302             }
303         }
304     }
305     for(i=1;i<=tlist->n;i++){
306         i1=tria[i]->data->vertex[0]; 
307         i2=tria[i]->data->vertex[1]; 
308         i3=tria[i]->data->vertex[2]; 
309         for(j=1;j<=tlist->n;j++){
310             if(j==i) continue;
311             j1=tria[j]->data->vertex[0]; 
312             j2=tria[j]->data->vertex[1]; 
313             j3=tria[j]->data->vertex[2]; 
314             if((i2==j1 && i3==j3) || (i2==j3 && i3==j2) || (i2==j2 && i3==j1)){
315                 triangle_add_neighbour(tria[i],tria[j]);
316                 nobo++;
317             }
318         }
319     }
320     if(nobo != vesicle->blist->n*2) {
321             ts_fprintf(stderr,"Number of triangles= %u, number of bonds= %u\n",nobo/2, vesicle->blist->n);
322             fatal("Number of triangle neighbour pairs differs from double the number of bonds!",4);
323     }
324     return TS_SUCCESS;
325 }
326
327
328 ts_bool init_common_vertex_triangle_neighbours(ts_vesicle *vesicle){
329     ts_uint i,j,jp,k;
330     ts_vertex *k1,*k2,*k3,*k4,*k5;
331     ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx -1; // difference between 0 indexing and 1 indexing
332     ts_triangle_list *tlist=vesicle->tlist;
333     ts_triangle **tria=tlist->tria -1;
334
335     for(i=1;i<=vesicle->vlist->n;i++){
336         for(j=1;j<=vtx[i]->data->neigh_no;j++){
337             k1=vtx[i]->data->neigh[j-1];
338             jp=j+1;
339             if(j == vtx[i]->data->neigh_no) jp=1;
340             k2=vtx[i]->data->neigh[jp-1];
341             for(k=1;k<=tlist->n;k++){        // VERY NON-OPTIMAL!!! too many loops (vlist.n * vtx.neigh * tlist.n )!
342                 k3=tria[k]->data->vertex[0];
343                 k4=tria[k]->data->vertex[1];
344                 k5=tria[k]->data->vertex[2];
345 //                ts_fprintf(stderr,"%u %u: k=(%u %u %u)\n",k1,k2,k3,k4,k5);
346                 if((vtx[i]==k3 && k1==k4 && k2==k5) ||
347                 (vtx[i]==k4 && k1==k5 && k2==k3) ||
348                 (vtx[i]==k5 && k1==k3 && k2==k4)){
b01cc1 349
SP 350 //TODO: probably something wrong with neighbour distribution.
351 //                if(vtx[i]==k3 || vtx[i]==k4 || vtx[i]==k5){
dac2e5 352     //                    if(i==6) ts_fprintf(stdout, "Vtx[%u] > Added to tristar!\n",i);
7958e9 353                     vertex_add_tristar(vtx[i],tria[k]);
SP 354                 }
355             }
356         }
357 /*        ts_fprintf(stderr,"TRISTAR for %u (%u):",i-1,vtx[i].tristar_no);
358         for(j=0;j<vtx[i].tristar_no;j++){
359             ts_fprintf(stderr," %u,",vtx[i].tristar[j]->idx);
360         }
361         ts_fprintf(stderr,"\n"); */
362     }
363     return TS_SUCCESS;
364 }
365
366
367 ts_bool init_normal_vectors(ts_triangle_list *tlist){
368     /* Normals point INSIDE vesicle */
369     ts_uint k;
370     ts_triangle **tria=tlist->tria -1; //for 0 indexing
371     for(k=1;k<=tlist->n;k++){
372         triangle_normal_vector(tria[k]);    
373     }
374     return TS_SUCCESS;
375 }