Work done previously

Samo Penic

2021-04-19 17fe35ccc428e18dd226e07d5517c4816ef6be44

 src/energy.c

@@ -3,8 +3,22 @@
#include "general.h"
#include "energy.h"
#include "vertex.h"
#include "bond.h"
#include<math.h>
#include<stdio.h>
#include <gsl/gsl_vector_complex.h>
#include <gsl/gsl_matrix.h>
#include <gsl/gsl_eigen.h>



int cmpfunc(const void *x, const void *y)
{
   double diff=   fabs(*(double*)x) - fabs(*(double*)y);
   if(diff<0) return 1;
   else return -1;
}



/** @brief Wrapper that calculates energy of every vertex in vesicle
@@ -87,110 +101,209 @@
 * @returns TS_SUCCESS on successful calculation.
*/
inline ts_bool energy_vertex(ts_vertex *vtx){
    ts_uint jj;
    ts_uint jjp,jjm;
    ts_vertex *j,*jp, *jm;
    ts_triangle *jt;
    ts_double s=0.0,xh=0.0,yh=0.0,zh=0.0,txn=0.0,tyn=0.0,tzn=0.0;
    ts_double x1,x2,x3,ctp,ctm,tot,xlen;
    ts_double h,ht;
    for(jj=1; jj<=vtx->neigh_no;jj++){
        jjp=jj+1;
        if(jjp>vtx->neigh_no) jjp=1;
        jjm=jj-1;
        if(jjm<1) jjm=vtx->neigh_no;
        j=vtx->neigh[jj-1];
        jp=vtx->neigh[jjp-1];
        jm=vtx->neigh[jjm-1];
        jt=vtx->tristar[jj-1];
        x1=vtx_distance_sq(vtx,jp); //shouldn't be zero!
        x2=vtx_distance_sq(j,jp); // shouldn't be zero!
        x3=(j->x-jp->x)*(vtx->x-jp->x)+
           (j->y-jp->y)*(vtx->y-jp->y)+
           (j->z-jp->z)*(vtx->z-jp->z);
        
#ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
        ctp=x3/sqrt(x1*x2-x3*x3);
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
        ctp=x3/sqrtf(x1*x2-x3*x3);
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
        ctp=x3/sqrtl(x1*x2-x3*x3);
#endif
        x1=vtx_distance_sq(vtx,jm);
        x2=vtx_distance_sq(j,jm);
        x3=(j->x-jm->x)*(vtx->x-jm->x)+
           (j->y-jm->y)*(vtx->y-jm->y)+
           (j->z-jm->z)*(vtx->z-jm->z);
#ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
        ctm=x3/sqrt(x1*x2-x3*x3);
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
        ctm=x3/sqrtf(x1*x2-x3*x3);
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
        ctm=x3/sqrtl(x1*x2-x3*x3);
#endif
        tot=ctp+ctm;
        tot=0.5*tot;
    ts_uint jj, i, j;
    ts_double edge_vector_x[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_vector_y[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_vector_z[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_normal_x[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_normal_y[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_normal_z[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_binormal_x[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_binormal_y[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double edge_binormal_z[7]={0,0,0,0,0,0,0};
    ts_double vertex_normal_x=0.0;
    ts_double vertex_normal_y=0.0;
    ts_double vertex_normal_z=0.0;
//    ts_triangle *triedge[2]={NULL,NULL};

        xlen=vtx_distance_sq(j,vtx);
/*
#ifdef  TS_DOUBLE_DOUBLE 
        vtx->bond[jj-1]->bond_length=sqrt(xlen); 
#endif
#ifdef  TS_DOUBLE_FLOAT
        vtx->bond[jj-1]->bond_length=sqrtf(xlen); 
#endif
#ifdef  TS_DOUBLE_LONGDOUBLE 
        vtx->bond[jj-1]->bond_length=sqrtl(xlen); 
#endif
    ts_uint nei,neip,neim;
    ts_vertex *it, *k, *kp,*km;
    ts_triangle *lm=NULL, *lp=NULL;
    ts_double sumnorm;
    ts_double temp_length;

        vtx->bond[jj-1]->bond_length_dual=tot*vtx->bond[jj-1]->bond_length;
*/
        s+=tot*xlen;
        xh+=tot*(j->x - vtx->x);
        yh+=tot*(j->y - vtx->y);
        zh+=tot*(j->z - vtx->z);
        txn+=jt->xnorm;
        tyn+=jt->ynorm;
        tzn+=jt->znorm;
    }
    
    h=xh*xh+yh*yh+zh*zh;
    ht=txn*xh+tyn*yh + tzn*zh;
    s=s/4.0; 
#ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
    if(ht>=0.0) {
        vtx->curvature=sqrt(h);
    } else {
        vtx->curvature=-sqrt(h);
    }
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
    if(ht>=0.0) {
        vtx->curvature=sqrtf(h);
    } else {
        vtx->curvature=-sqrtf(h);
    }
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_LONGDOUBLE
    if(ht>=0.0) {
        vtx->curvature=sqrtl(h);
    } else {
        vtx->curvature=-sqrtl(h);
    }
#endif
// c is forced curvature energy for each vertex. Should be set to zero for
// normal circumstances.
/* the following statement is an expression for $\frac{1}{2}\int(c_1+c_2-c_0^\prime)^2\mathrm{d}A$, where $c_0^\prime=2c_0$ (twice the spontaneous curvature)  */
    vtx->energy=0.5*s*(vtx->curvature/s-vtx->c)*(vtx->curvature/s-vtx->c);

    return TS_SUCCESS;
    ts_double Se11, Se21, Se22, Se31, Se32, Se33;
    ts_double Pv11, Pv21, Pv22, Pv31, Pv32, Pv33;
    ts_double We;
    ts_double Av, We_Av;

   ts_double eigenval[3];

   gsl_matrix *gsl_Sv=gsl_matrix_alloc(3,3);
   gsl_vector *Sv_eigen=gsl_vector_alloc(3);
   gsl_eigen_symm_workspace *workspace=gsl_eigen_symm_alloc(3);

   ts_double mprod[7], phi[7], he[7];
   ts_double Sv[3][3]={{0,0,0},{0,0,0},{0,0,0}};
    // Here edge vector is calculated
//    fprintf(stderr, "Vertex has neighbours=%d\n", vtx->neigh_no);




   Av=0;
   for(i=0; i<vtx->tristar_no; i++){
      vertex_normal_x=vertex_normal_x + vtx->tristar[i]->xnorm*vtx->tristar[i]->area;
      vertex_normal_y=vertex_normal_y + vtx->tristar[i]->ynorm*vtx->tristar[i]->area;
      vertex_normal_z=vertex_normal_z + vtx->tristar[i]->znorm*vtx->tristar[i]->area;
      Av+=vtx->tristar[i]->area/3;
   }
   temp_length=sqrt(pow(vertex_normal_x,2)+pow(vertex_normal_y,2)+pow(vertex_normal_z,2));
   vertex_normal_x=vertex_normal_x/temp_length;
   vertex_normal_y=vertex_normal_y/temp_length;
   vertex_normal_z=vertex_normal_z/temp_length;

   Pv11=1-vertex_normal_x*vertex_normal_x;
   Pv22=1-vertex_normal_y*vertex_normal_y;
   Pv33=1-vertex_normal_z*vertex_normal_z;
   Pv21=vertex_normal_x*vertex_normal_y;
   Pv31=vertex_normal_x*vertex_normal_z;
   Pv32=vertex_normal_y*vertex_normal_z;




    for(jj=0;jj<vtx->neigh_no;jj++){
   edge_vector_x[jj]=vtx->neigh[jj]->x-vtx->x;
   edge_vector_y[jj]=vtx->neigh[jj]->y-vtx->y;
   edge_vector_z[jj]=vtx->neigh[jj]->z-vtx->z;

   //Here we calculate normalized edge vector

   temp_length=sqrt(edge_vector_x[jj]*edge_vector_x[jj]+edge_vector_y[jj]*edge_vector_y[jj]+edge_vector_z[jj]*edge_vector_z[jj]);
   edge_vector_x[jj]=edge_vector_x[jj]/temp_length;
   edge_vector_y[jj]=edge_vector_y[jj]/temp_length;
   edge_vector_z[jj]=edge_vector_z[jj]/temp_length;

   //end normalization
//   printf("(%f %f %f)\n", vertex_normal_x, vertex_normal_y, vertex_normal_z);


   it=vtx;
   k=vtx->neigh[jj];
   nei=0;
       for(i=0;i<it->neigh_no;i++){ // Finds the nn of it, that is k 
           if(it->neigh[i]==k){
               nei=i;
               break;
           }
       }
       neip=nei+1;  // I don't like it.. Smells like I must have it in correct order
       neim=nei-1;
       if(neip>=it->neigh_no) neip=0;
       if((ts_int)neim<0) neim=it->neigh_no-1; /* casting is essential... If not
there the neim is never <0 !!! */
  //  fprintf(stderr,"The numbers are: %u %u\n",neip, neim);
       km=it->neigh[neim];  // We located km and kp
       kp=it->neigh[neip];

       if(km==NULL || kp==NULL){
           fatal("energy_vertex: cannot determine km and kp!",233);
       }

   for(i=0;i<it->tristar_no;i++){
        for(j=0;j<k->tristar_no;j++){
            if((it->tristar[i] == k->tristar[j])){ //ce gre za skupen trikotnik
                if((it->tristar[i]->vertex[0] == km || it->tristar[i]->vertex[1]
== km || it->tristar[i]->vertex[2]== km )){
                lm=it->tristar[i];
         //       lmidx=i;
                }
                else
                {
                lp=it->tristar[i];
         //       lpidx=i;
                }

            }
        }
    }
if(lm==NULL || lp==NULL) fatal("energy_vertex: Cannot find triangles lm and lp!",233);

   //Triangle normals are NORMALIZED!

   sumnorm=sqrt( pow((lm->xnorm + lp->xnorm),2) + pow((lm->ynorm + lp->ynorm), 2) + pow((lm->znorm + lp->znorm), 2));

   edge_normal_x[jj]=(lm->xnorm+ lp->xnorm)/sumnorm;
   edge_normal_y[jj]=(lm->ynorm+ lp->ynorm)/sumnorm;
   edge_normal_z[jj]=(lm->znorm+ lp->znorm)/sumnorm;


   edge_binormal_x[jj]=(edge_normal_y[jj]*edge_vector_z[jj])-(edge_normal_z[jj]*edge_vector_y[jj]);
   edge_binormal_y[jj]=-(edge_normal_x[jj]*edge_vector_z[jj])+(edge_normal_z[jj]*edge_vector_x[jj]);
   edge_binormal_z[jj]=(edge_normal_x[jj]*edge_vector_y[jj])-(edge_normal_y[jj]*edge_vector_x[jj]);


   mprod[jj]=it->x*(k->y*edge_vector_z[jj]-edge_vector_y[jj]*k->z)-it->y*(k->x*edge_vector_z[jj]-k->z*edge_vector_x[jj])+it->z*(k->x*edge_vector_y[jj]-k->y*edge_vector_x[jj]);
   phi[jj]=copysign(acos(lm->xnorm*lp->xnorm+lm->ynorm*lp->ynorm+lm->znorm*lp->znorm-1e-15),mprod[jj])+M_PI;
//   printf("ACOS arg=%e\n", lm->xnorm*lp->xnorm+lm->ynorm*lp->ynorm+lm->znorm*lp->znorm);
   //he was multiplied with 2 before...
   he[jj]=sqrt( pow((edge_vector_x[jj]),2) + pow((edge_vector_y[jj]), 2) + pow((edge_vector_z[jj]), 2))*cos(phi[jj]/2.0);
//   printf("phi[%d]=%f\n", jj,phi[jj]);

   Se11=edge_binormal_x[jj]*edge_binormal_x[jj]*he[jj];
   Se21=edge_binormal_x[jj]*edge_binormal_y[jj]*he[jj];
   Se22=edge_binormal_y[jj]*edge_binormal_y[jj]*he[jj];
   Se31=edge_binormal_x[jj]*edge_binormal_z[jj]*he[jj];
   Se32=edge_binormal_y[jj]*edge_binormal_z[jj]*he[jj];
   Se33=edge_binormal_z[jj]*edge_binormal_z[jj]*he[jj];

   We=vertex_normal_x*edge_normal_x[jj]+vertex_normal_y*edge_normal_y[jj]+vertex_normal_z*edge_normal_z[jj];
   We_Av=We/Av;

   Sv[0][0]+=We_Av* ( Pv11*(Pv11*Se11+Pv21*Se21+Pv31*Se31)+Pv21*(Pv11*Se21+Pv21*Se22+Pv31*Se32)+Pv31*(Pv11*Se31+Pv21*Se32+Pv31*Se33) );
   Sv[0][1]+=We_Av* (Pv21*(Pv11*Se11+Pv21*Se21+Pv31*Se31)+Pv22*(Pv11*Se21+Pv21*Se22+Pv31*Se32)+Pv32*(Pv11*Se31+Pv21*Se32+Pv31*Se33));
   Sv[0][2]+=We_Av* (Pv31*(Pv11*Se11+Pv21*Se21+Pv31*Se31)+Pv32*(Pv11*Se21+Pv21*Se22+Pv31*Se32)+Pv33*(Pv11*Se31+Pv21*Se32+Pv31*Se33));
	
   Sv[1][0]+=We_Av* (Pv11*(Pv21*Se11+Pv22*Se21+Pv32*Se31)+Pv21*(Pv21*Se21+Pv22*Se22+Pv32*Se32)+Pv31*(Pv21*Se31+Pv22*Se32+Pv32*Se33));
   Sv[1][1]+=We_Av* (Pv21*(Pv21*Se11+Pv22*Se21+Pv32*Se31)+Pv22*(Pv21*Se21+Pv22*Se22+Pv32*Se32)+Pv32*(Pv21*Se31+Pv22*Se32+Pv32*Se33));
   Sv[1][2]+=We_Av* (Pv31*(Pv21*Se11+Pv22*Se21+Pv32*Se31)+Pv32*(Pv21*Se21+Pv22*Se22+Pv32*Se32)+Pv33*(Pv21*Se31+Pv22*Se32+Pv32*Se33));

   Sv[2][0]+=We_Av* (Pv11*(Pv31*Se11+Pv32*Se21+Pv33*Se31)+Pv21*(Pv31*Se21+Pv32*Se22+Pv33*Se32)+Pv31*(Pv31*Se31+Pv32*Se32+Pv33*Se33));
   Sv[2][1]+=We_Av* (Pv21*(Pv31*Se11+Pv32*Se21+Pv33*Se31)+Pv22*(Pv31*Se21+Pv32*Se22+Pv33*Se32)+Pv32*(Pv31*Se31+Pv32*Se32+Pv33*Se33));
   Sv[2][2]+=We_Av* (Pv31*(Pv31*Se11+Pv32*Se21+Pv33*Se31)+Pv32*(Pv31*Se21+Pv32*Se22+Pv33*Se32)+Pv33*(Pv31*Se31+Pv32*Se32+Pv33*Se33));
//   printf("(%f %f %f); (%f %f %f); (%f %f %f)\n", edge_vector_x[jj], edge_vector_y[jj], edge_vector_z[jj], edge_normal_x[jj], edge_normal_y[jj], edge_normal_z[jj], edge_binormal_x[jj], edge_binormal_y[jj], edge_binormal_z[jj]);

    } // END FOR JJ

   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 0,0, Sv[0][0]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 0,1, Sv[0][1]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 0,2, Sv[0][2]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 1,0, Sv[1][0]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 1,1, Sv[1][1]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 1,2, Sv[1][2]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 2,0, Sv[2][0]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 2,1, Sv[2][1]);
   gsl_matrix_set(gsl_Sv, 2,2, Sv[2][2]);

//   printf("Se= %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n", Se11, Se21, Se31, Se21, Se22, Se32, Se31, Se32, Se33);
//   printf("Pv= %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n", Pv11, Pv21, Pv31, Pv21, Pv22, Pv32, Pv31, Pv32, Pv33);
//   printf("Sv= %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n    %f, %f, %f\n", Sv[0][0], Sv[0][1], Sv[0][2], Sv[1][0], Sv[1][1], Sv[1][2], Sv[2][0], Sv[2][1], Sv[2][2]);


   gsl_eigen_symm(gsl_Sv, Sv_eigen, workspace);

//   printf("Eigenvalues: %f, %f, %f\n", gsl_vector_get(Sv_eigen, 0),gsl_vector_get(Sv_eigen, 1), gsl_vector_get(Sv_eigen, 2) );
//   printf("Eigenvalues: %f, %f, %f\n", gsl_matrix_get(evec, 0,0),gsl_matrix_get(evec, 0,1), gsl_matrix_get(evec, 0,2) );


   eigenval[0]= gsl_vector_get(Sv_eigen, 0);
   eigenval[1]= gsl_vector_get(Sv_eigen, 1);
   eigenval[2]= gsl_vector_get(Sv_eigen, 2);

   qsort(eigenval, 3, sizeof(ts_double), cmpfunc);
//   printf("Eigenvalues: %f, %f, %f\n", eigenval[0], eigenval[1], eigenval[2] );


   vtx->energy=(pow(eigenval[0]+eigenval[1],2))*Av;

   gsl_matrix_free(gsl_Sv);
   gsl_vector_free(Sv_eigen);
//   gsl_matrix_free(evec);
   gsl_eigen_symm_free(workspace);
   return TS_SUCCESS;
}



ts_bool sweep_attraction_bond_energy(ts_vesicle *vesicle){
   int i;
@@ -240,5 +353,5 @@
}

void stretchenergy(ts_vesicle *vesicle, ts_triangle *triangle){
   triangle->energy=vesicle->tape->xkA0/vesicle->tlist->n/2*pow((triangle->area/vesicle->tlist->a0-1),2);
   triangle->energy=vesicle->tape->xkA0/2.0*pow((triangle->area/vesicle->tlist->a0-1.0),2);
}