Trisurf Monte Carlo simulator
Samo Penic
2014-04-29 fbcbdf4093644e43688d9a44d6553d7153d8a2eb
commit | author | age
aec47d 1 #include<stdlib.h>
SP 2 #include<math.h>
3 #include "general.h"
4 #include "vertex.h"
5 #include "bond.h"
6 #include "triangle.h"
7 #include "vesicle.h"
8 #include "energy.h"
9 #include "timestep.h"
10 #include "cell.h"
11 //#include "io.h"
9166cb 12 #include "io.h"
aec47d 13 #include<stdio.h>
SP 14 #include "vertexmove.h"
1ad6d1 15 #include <string.h>
43c042 16 #include "constvol.h"
aec47d 17
fedf2b 18 ts_bool single_verticle_timestep(ts_vesicle *vesicle,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
aec47d 19     ts_uint i;
SP 20     ts_double dist;
21     ts_bool retval; 
22     ts_uint cellidx; 
fbcbdf 23     ts_double delta_energy, delta_energy_cv,oenergy,dvol=0.0;
ed31fe 24     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
1ad6d1 25     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
958e0e 26     ts_vertex backupvtx[20], *constvol_vtx_moved=NULL, *constvol_vtx_backup=NULL;
dcd350 27     memcpy((void *)&backupvtx[0],(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
a63f17 28
SP 29     //Some stupid tests for debugging cell occupation!
30 /*         cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
31     if(vesicle->clist->cell[cellidx]==vtx->cell){
32         fprintf(stderr,"Idx match!\n");
33     } else {
34         fprintf(stderr,"***** Idx don't match!\n");
35         fatal("ENding.",1);
36     }
37 */
38
352fad 39         //temporarly moving the vertex
672ae4 40 //    vtx->x=vtx->x+vesicle->stepsize*(2.0*rn[0]-1.0);
SP 41 //        vtx->y=vtx->y+vesicle->stepsize*(2.0*rn[1]-1.0);
42 //        vtx->z=vtx->z+vesicle->stepsize*(2.0*rn[2]-1.0);
43
ed31fe 44     //random move in a sphere with radius stepsize:
M 45     r=vesicle->stepsize*rn[0];
46     phi=rn[1]*2*M_PI;
47     costheta=2*rn[2]-1;
48     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
672ae4 49     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
SP 50     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
51     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
52
53
a63f17 54         //distance with neighbours check
8f6a69 55     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
352fad 56         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->neigh[i]);
8f6a69 57         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
dcd350 58         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
8f6a69 59         return TS_FAIL;
SP 60         }
aec47d 61     }
304510 62
M 63 // Distance with grafted poly-vertex check:    
64     if(vtx->grafted_poly!=NULL){
65         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0]);
66         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
67         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
68         return TS_FAIL;
69         }
70     }
71
fe24d2 72 // TODO: Maybe faster if checks only nucleus-neighboring cells
M 73 // Nucleus penetration check:
74     if (vtx->x*vtx->x + vtx->y*vtx->y + vtx->z*vtx->z < vesicle->R_nucleus){
75         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
76         return TS_FAIL;
77     }
78
79 //self avoidance check with distant vertices
80     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
81     //check occupation number
82     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
83
aec47d 84     if(retval==TS_FAIL){
dcd350 85         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
aec47d 86         return TS_FAIL;
SP 87     } 
1ad6d1 88    
SP 89  
352fad 90     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
1ad6d1 91     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
dcd350 92     memcpy((void *)&backupvtx[i+1],(void *)vtx->neigh[i],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 93     }
aec47d 94
fbcbdf 95     if(vesicle->pswitch == 1 || vesicle->tape->constvolswitch==1){
414b8a 96         for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) dvol-=vtx->tristar[i]->volume;
M 97     };
a63f17 98
aec47d 99     delta_energy=0;
43c042 100
fbcbdf 101  
SP 102 //    fprintf(stderr,"Success for now.\n");
43c042 103
aec47d 104     //update the normals of triangles that share bead i.
8f6a69 105     for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) triangle_normal_vector(vtx->tristar[i]);
a63f17 106     oenergy=vtx->energy;
aec47d 107     energy_vertex(vtx);
a63f17 108     delta_energy=vtx->xk*(vtx->energy - oenergy);
aec47d 109     //the same is done for neighbouring vertices
8f6a69 110     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
SP 111         oenergy=vtx->neigh[i]->energy;
112         energy_vertex(vtx->neigh[i]);
113         delta_energy+=vtx->neigh[i]->xk*(vtx->neigh[i]->energy-oenergy);
aec47d 114     }
414b8a 115
fbcbdf 116     if(vesicle->pswitch == 1 || vesicle->tape->constvolswitch == 1){
414b8a 117         for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) dvol+=vtx->tristar[i]->volume;
fbcbdf 118         if(vesicle->pswitch==1) delta_energy-=vesicle->pressure*dvol;
414b8a 119     };
43c042 120
fbcbdf 121    if(vesicle->tape->constvolswitch == 1){
SP 122         retval=constvolume(vesicle, vtx, -dvol, &delta_energy_cv, &constvol_vtx_moved,&constvol_vtx_backup);
123         if(retval==TS_FAIL){ // if we couldn't move the vertex to assure constant volume
124             vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
125             for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
126                 vtx->neigh[i]=memcpy((void *)vtx->neigh[i],(void *)&backupvtx[i+1],sizeof(ts_vertex));
127             }
128             for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) triangle_normal_vector(vtx->tristar[i]); 
129             return TS_FAIL;
130         }
131     delta_energy+=delta_energy_cv;
132     }
304510 133 /* No poly-bond energy for now!
fedf2b 134     if(vtx->grafted_poly!=NULL){
M 135         delta_energy+=
136             (pow(sqrt(vtx_distance_sq(vtx, vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0])-1),2)-
137             pow(sqrt(vtx_distance_sq(&backupvtx[0], vtx->grafted_poly->vlist->vtx[0])-1),2)) *vtx->grafted_poly->k;
138     }
304510 139 */
314f2d 140 //   fprintf(stderr, "DE=%f\n",delta_energy);
aec47d 141     //MONTE CARLOOOOOOOO
SP 142     if(delta_energy>=0){
143 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
144         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
145 #endif
146 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
147         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
148 #endif
149 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
150         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
151 #endif
152     {
153     //not accepted, reverting changes
fbcbdf 154   //  fprintf(stderr,"MC failed\n");
dcd350 155     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx[0],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 156     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
a63f17 157         vtx->neigh[i]=memcpy((void *)vtx->neigh[i],(void *)&backupvtx[i+1],sizeof(ts_vertex));
1ad6d1 158     }
SP 159     
aec47d 160     //update the normals of triangles that share bead i.
dcd350 161    for(i=0;i<vtx->tristar_no;i++) triangle_normal_vector(vtx->tristar[i]);
1ad6d1 162
43c042 163     if(vesicle->tape->constvolswitch == 1){
958e0e 164         constvolumerestore(constvol_vtx_moved,constvol_vtx_backup);
43c042 165     }
aec47d 166     return TS_FAIL; 
SP 167     }
168 }
2b14da 169     //accepted    
fbcbdf 170  //   fprintf(stderr,"MC accepted\n");
a63f17 171 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
SP 172     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
173         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
174 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
175         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx[0].cell,vtx);
176         
177     }
2b14da 178
43c042 179     if(vesicle->tape->constvolswitch == 1){
fbcbdf 180         constvolumeaccept(vesicle,constvol_vtx_moved,constvol_vtx_backup);
43c042 181     }
a63f17 182 //    if(oldcellidx);
aec47d 183     //END MONTE CARLOOOOOOO
SP 184     return TS_SUCCESS;
185 }
186
fedf2b 187
M 188 ts_bool single_poly_vertex_move(ts_vesicle *vesicle,ts_poly *poly,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
189     ts_uint i;
190     ts_bool retval; 
191     ts_uint cellidx; 
304510 192 //    ts_double delta_energy;
fedf2b 193     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
304510 194     ts_double dist;
fedf2b 195     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
M 196     ts_vertex backupvtx;
304510 197 //    ts_bond backupbond[2];
fedf2b 198     memcpy((void *)&backupvtx,(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
M 199
200     //random move in a sphere with radius stepsize:
201     r=vesicle->stepsize*rn[0];
202     phi=rn[1]*2*M_PI;
203     costheta=2*rn[2]-1;
204     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
205     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
206     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
207     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
208
209
210     //distance with neighbours check
304510 211     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 212         dist=vtx_distance_sq(vtx,vtx->neigh[i]);
213         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
214             vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
215             return TS_FAIL;
216         }
217     }
218
219 // Distance with grafted vesicle-vertex check:    
220     if(vtx==poly->vlist->vtx[0]){
221         dist=vtx_distance_sq(vtx,poly->grafted_vtx);
222         if(dist<1.0 || dist>vesicle->dmax) {
223         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
224         return TS_FAIL;
225         }
226     }
227
fedf2b 228
M 229     //self avoidance check with distant vertices
230     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
231     //check occupation number
232     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
233     
234     if(retval==TS_FAIL){
235         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
236         return TS_FAIL;
237     } 
238
239
240     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
304510 241 /* Energy ignored for now!
fedf2b 242     delta_energy=0;
M 243     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
244         memcpy((void *)&backupbond[i],(void *)vtx->bond[i],sizeof(ts_bond));
245
246         vtx->bond[i]->bond_length=sqrt(vtx_distance_sq(vtx->bond[i]->vtx1,vtx->bond[i]->vtx2));
247         bond_energy(vtx->bond[i],poly);
248         delta_energy+= vtx->bond[i]->energy - backupbond[i].energy;
249     }
250
251     if(vtx==poly->vlist->vtx[0]){
252         delta_energy+=
253             (pow(sqrt(vtx_distance_sq(vtx, poly->grafted_vtx)-1),2)-
254             pow(sqrt(vtx_distance_sq(&backupvtx, poly->grafted_vtx)-1),2)) *poly->k;
255         
256     }
257
258
259     if(delta_energy>=0){
260 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
261         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
262 #endif
263 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
264         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
265 #endif
266 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
267         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
268 #endif
269         {
270     //not accepted, reverting changes
271     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
272     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
273     vtx->bond[i]=memcpy((void *)vtx->bond[i],(void *)&backupbond[i],sizeof(ts_bond));
274     }
275
276     return TS_FAIL; 
277     }
278     }
304510 279 */
fedf2b 280         
M 281 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
282     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
283         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
284 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
285         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx.cell,vtx);    
286     }
287 //    if(oldcellidx);
288     //END MONTE CARLOOOOOOO
289     return TS_SUCCESS;
290 }
58230a 291
M 292
293
294
295 ts_bool single_filament_vertex_move(ts_vesicle *vesicle,ts_poly *poly,ts_vertex *vtx,ts_double *rn){
296     ts_uint i;
297     ts_bool retval; 
298     ts_uint cellidx; 
b30f45 299     ts_double delta_energy;
58230a 300     ts_double costheta,sintheta,phi,r;
M 301     ts_double dist[2];
302     //This will hold all the information of vtx and its neighbours
b30f45 303     ts_vertex backupvtx,backupneigh[2];
58230a 304     ts_bond backupbond[2];
b30f45 305
M 306     //backup vertex:        
58230a 307     memcpy((void *)&backupvtx,(void *)vtx,sizeof(ts_vertex));
M 308
309     //random move in a sphere with radius stepsize:
310     r=vesicle->stepsize*rn[0];
311     phi=rn[1]*2*M_PI;
312     costheta=2*rn[2]-1;
313     sintheta=sqrt(1-pow(costheta,2));
314     vtx->x=vtx->x+r*sintheta*cos(phi);
315     vtx->y=vtx->y+r*sintheta*sin(phi);
316     vtx->z=vtx->z+r*costheta;
317
318
319     //distance with neighbours check
320     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
321         dist[i]=vtx_distance_sq(vtx->bond[i]->vtx1,vtx->bond[i]->vtx2);
322         if(dist[i]<1.0 || dist[i]>vesicle->dmax) {
323             vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
324             return TS_FAIL;
325         }
326     }
327
fe24d2 328 // TODO: Maybe faster if checks only nucleus-neighboring cells
M 329 // Nucleus penetration check:
330     if (vtx->x*vtx->x + vtx->y*vtx->y + vtx->z*vtx->z < vesicle->R_nucleus){
331         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
332         return TS_FAIL;
333     }
334
58230a 335
M 336     //self avoidance check with distant vertices
337     cellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, vtx);
338     //check occupation number
339     retval=cell_occupation_number_and_internal_proximity(vesicle->clist,cellidx,vtx);
340     if(retval==TS_FAIL){
341         vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
342         return TS_FAIL;
343     } 
344
345     //backup bonds
346     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
347         memcpy(&backupbond[i],vtx->bond[i], sizeof(ts_bond));
348         vtx->bond[i]->bond_length=sqrt(dist[i]);
349         bond_vector(vtx->bond[i]);
b30f45 350     }
M 351
352     //backup neighboring vertices:
353     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
354         memcpy(&backupneigh[i],vtx->neigh[i], sizeof(ts_vertex));
58230a 355     }
M 356     
357     //if all the tests are successful, then energy for vtx and neighbours is calculated
b30f45 358     delta_energy=0;
M 359     
360     if(vtx->bond_no == 2){
361         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;
362         delta_energy += vtx->energy - backupvtx.energy;
58230a 363     }
M 364
b30f45 365     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 366         if(vtx->neigh[i]->bond_no == 2){
367             vtx->neigh[i]->energy = -(vtx->neigh[i]->bond[0]->x*vtx->neigh[i]->bond[1]->x + vtx->neigh[i]->bond[0]->y*vtx->neigh[i]->bond[1]->y + vtx->neigh[i]->bond[0]->z*vtx->neigh[i]->bond[1]->z)/vtx->neigh[i]->bond[0]->bond_length/vtx->neigh[i]->bond[1]->bond_length;
368             delta_energy += vtx->neigh[i]->energy - backupneigh[i].energy;
369         }
58230a 370     }
M 371
b30f45 372     // poly->k is filament persistence length (in units l_min)
M 373     delta_energy *= poly->k;
58230a 374
M 375     if(delta_energy>=0){
376 #ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
377         if(exp(-delta_energy)< drand48() )
378 #endif
379 #ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
380         if(expf(-delta_energy)< (ts_float)drand48())
381 #endif
382 #ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
383         if(expl(-delta_energy)< (ts_ldouble)drand48())
384 #endif
385         {
386     //not accepted, reverting changes
387     vtx=memcpy((void *)vtx,(void *)&backupvtx,sizeof(ts_vertex));
b30f45 388     for(i=0;i<vtx->neigh_no;i++){
M 389         memcpy(vtx->neigh[i],&backupneigh[i],sizeof(ts_vertex));
390     }
58230a 391     for(i=0;i<vtx->bond_no;i++){
b30f45 392         vtx->bond[i]=memcpy((void *)vtx->bond[i],(void *)&backupbond[i],sizeof(ts_bond));
58230a 393     }
M 394
395     return TS_FAIL; 
396     }
397     }
398     
b30f45 399     
58230a 400 //    oldcellidx=vertex_self_avoidance(vesicle, &backupvtx[0]);
M 401     if(vtx->cell!=vesicle->clist->cell[cellidx]){
402         retval=cell_add_vertex(vesicle->clist->cell[cellidx],vtx);
403 //        if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(vesicle->clist->cell[oldcellidx],vtx);
404         if(retval==TS_SUCCESS) cell_remove_vertex(backupvtx.cell,vtx);    
405     }
406 //    if(oldcellidx);
407     //END MONTE CARLOOOOOOO
408     return TS_SUCCESS;
409 }