vtk visualization

Samo Penic

2016-07-06 3a201fe0cfc8a9fb9c9be4017dda9b9ee19e86a7

 src/sh.c

@@ -1,68 +1,84 @@
/* vim: set ts=4 sts=4 sw=4 noet : */
#include<math.h>
#include<stdlib.h>
#include "general.h"
#include "sh.h"

#include "io.h"
#include <string.h>


ts_spharm *sph_init(ts_vertex_list *vlist, ts_uint l){
    ts_uint k,j;
    ts_uint j,i;
    ts_spharm *sph=(ts_spharm *)malloc(sizeof(ts_spharm));

    /* lets initialize Ylm for each vertex. Data is stored in vertices */
    for(k=0;k<vlist->n;k++){
            vlist->vtx[k]->Ylm=(ts_double **)calloc(l,sizeof(ts_double *));
            for(j=0;j<l;j++){
                vlist->vtx[k]->Ylm[j]=(ts_double *)calloc(2*j+1,sizeof(ts_double));
    sph->N=0;
    /* lets initialize Ylm for each vertex. */
    sph->Ylmi=(ts_double ***)calloc(l,sizeof(ts_double **));
    for(i=0;i<l;i++){
            sph->Ylmi[i]=(ts_double **)calloc(2*i+1,sizeof(ts_double *));
            for(j=0;j<(2*i+1);j++){
                sph->Ylmi[i][j]=(ts_double *)calloc(vlist->n,sizeof(ts_double));
            }
    }
        

    /* lets initialize ulm */

    sph->ulm=(ts_double **)calloc(l,sizeof(ts_double *));
    for(j=0;j<l;j++){
        sph->ulm[j]=(ts_double *)calloc(2*j+1,sizeof(ts_double));
    }

    /* lets initialize sum of Ulm2 */
    sph->sumUlm2=(ts_double **)calloc(l,sizeof(ts_double *));
    for(j=0;j<l;j++){
        sph->sumUlm2[j]=(ts_double *)calloc(2*j+1,sizeof(ts_double));
    }

    /* lets initialize co */

    sph->co=(ts_double **)calloc(l,sizeof(ts_double *));
    for(j=0;j<l;j++){
        sph->co[j]=(ts_double *)calloc(2*j+1,sizeof(ts_double));
//NOTE: C is has zero based indexing. Code is imported from fortran and to comply with original indexes we actually generate one index more. Also second dimension is 2*j+2 instead of 2*j+2. elements starting with 0 are useles and should be ignored!
    sph->co=(ts_double **)calloc(l+1,sizeof(ts_double *));
    for(j=0;j<=l;j++){
        sph->co[j]=(ts_double *)calloc(2*j+2,sizeof(ts_double));
    }
   
    /* Calculate coefficients that will remain constant during all the simulation */ 
    precomputeShCoeff(sph);

    sph->l=l;   

    /* Calculate coefficients that will remain constant during all the simulation */ 
   precomputeShCoeff(sph);
    
    return sph;
}


ts_bool sph_free(ts_spharm *sph, ts_vertex_list *vlist){
    int i,k;
ts_bool sph_free(ts_spharm *sph){
    int i,j;
    if(sph==NULL) return TS_FAIL;
    for(i=0;i<sph->l;i++){
        if(sph->ulm[i]!=NULL) free(sph->ulm[i]);
        if(sph->sumUlm2[i]!=NULL) free(sph->sumUlm2[i]);
        if(sph->co[i]!=NULL) free(sph->co[i]);
    }
        if(sph->co[sph->l]!=NULL) free(sph->co[sph->l]);
    if(sph->co != NULL) free(sph->co);
    if(sph->ulm !=NULL) free(sph->ulm);

    for(k=0;k<vlist->n;k++){
        if(vlist->vtx[k]->Ylm!=NULL) {
        if(sph->Ylmi!=NULL) {
            for(i=0;i<sph->l;i++){
                if(vlist->vtx[k]->Ylm[i]!=NULL) free(vlist->vtx[k]->Ylm[i]);
                if(sph->Ylmi[i]!=NULL){
                    for(j=0;j<i*2+1;j++){
                        if(sph->Ylmi[i][j]!=NULL) free (sph->Ylmi[i][j]);
                    }
                    free(sph->Ylmi[i]);
                }
            }
            free(vlist->vtx[k]->Ylm);
            free(sph->Ylmi);
        }
    }

    free(sph);
    return TS_SUCCESS;
}

/* Gives you legendre polynomials. Taken from NR, p. 254 */
ts_double plgndr(ts_int l, ts_int m, ts_float x){
ts_double plgndr(ts_int l, ts_int m, ts_double x){
   ts_double fact, pll, pmm, pmmp1, somx2;
   ts_int i,ll;

@@ -113,20 +129,22 @@
}


/** @brief: Precomputes coefficients that are required for spherical harmonics computations.

*/
ts_bool precomputeShCoeff(ts_spharm *sph){
    ts_int i,j,al,am;
    ts_double **co=sph->co;
    for(i=0;i<sph->l;i++){
        al=i+1;
    for(i=1;i<=sph->l;i++){
        al=i;
        sph->co[i][i+1]=sqrt((2.0*al+1.0)/2.0/M_PI);
        for(j=0;j<al;j++){
            am=j+1;
            sph->co[i][i+1+j]=co[i][i+j]*sqrt(1.0/(al-am+1)/(al+am));
        for(j=1;j<=i-1;j++){
            am=j;
            sph->co[i][i+1+j]=co[i][i+j]*sqrt(1.0/(al-am+1.0)/(al+am));
            sph->co[i][i+1-j]=co[i][i+1+j];
        }
        co[i][2*i]=co[i][2*i]*sqrt(1.0/(2.0*al));
        co[i][0]=co[i][2*i+1];
        co[i][2*i+1]=co[i][2*i]*sqrt(1.0/(2.0*al));
        co[i][1]=co[i][2*i+1];
        co[i][i+1]=sqrt((2.0*al+1.0)/4.0/M_PI);
    }
    return TS_SUCCESS;
@@ -134,7 +152,16 @@
}


/*Computes Y(l,m,theta,fi) (Miha's definition that is different from common definition for  factor srqt(1/(2*pi)) */
/** @brief: Computes Y(l,m,theta,fi) 
 *
 * Function calculates Y^l_m for vertex with given (\theta, \fi) coordinates in
 * spherical coordinate system.
 * @param l is an ts_int argument.
 * @param m is an ts_int argument.
 * @param theta is ts_double argument.
 * @param fi is a ts_double argument.
 *
 * (Miha's definition that is different from common definition for  factor srqt(1/(2*pi)) */
ts_double shY(ts_int l,ts_int m,ts_double theta,ts_double fi){
   ts_double fac1, fac2, K;
   int i;
@@ -165,7 +192,7 @@
      K=-sqrt(1.0/(M_PI))*cos(m*fi);
   }
   
   return K*sqrt((2.0*l+1.0)/2.0*fac1/fac2)*plgndr(l,abs(m),cos(theta));	
   return K*sqrt((2.0*l+1.0)/2.0*(ts_double)(fac1/fac2))*plgndr(l,abs(m),cos(theta));	
}


@@ -176,7 +203,7 @@
#ifdef TS_DOUBLE_DOUBLE
    coord->e1=sqrt(x*x+y*y+z*z);
    if(z==0) coord->e3=M_PI/2.0;
    else coord->e3=atan(sqrt(x*x+y*y)/z);
    else coord->e3=atan2(sqrt(x*x+y*y),z);
    coord->e2=atan2(y,x);
#endif
#ifdef TS_DOUBLE_FLOAT
@@ -194,6 +221,23 @@

    return TS_SUCCESS;
}


ts_bool sph2cart(ts_coord *coord){
    coord->coord_type=TS_COORD_CARTESIAN;
    ts_double x,y,z;

    x=coord->e1*cos(coord->e2)*sin(coord->e3);
    y=coord->e1*sin(coord->e2)*sin(coord->e3);
    z=coord->e1*cos(coord->e3);

    coord->e1=x;
    coord->e2=y;
    coord->e3=z;

    return TS_SUCCESS;
}


/* Function returns radius of the sphere with the same volume as vesicle (r0) */
ts_double getR0(ts_vesicle *vesicle){
@@ -214,6 +258,7 @@
ts_bool preparationSh(ts_vesicle *vesicle, ts_double r0){
//TODO: before calling or during the call calculate area of each triangle! Can
//be also done after vertexmove and bondflip //
//DONE: in energy calculation! //
    ts_uint i,j;
    ts_vertex **vtx=vesicle->vlist->vtx;
    ts_vertex *cvtx;
@@ -256,7 +301,7 @@
    r=sqrtl(cvtx->x*cvtx->x+cvtx->y*cvtx->y+cvtx->z*cvtx->z);
#endif
    cvtx->relR=(r-r0)/r0;
    cvtx->solAngle=cvtx->projArea/cvtx->relR * cvtx->projArea/cvtx->relR;
    cvtx->solAngle=cvtx->projArea/r/r;
    }
    return TS_SUCCESS;
}
@@ -264,24 +309,46 @@


ts_bool calculateYlmi(ts_vesicle *vesicle){
    ts_uint i,j,k;
    ts_int i,j,k;
    ts_spharm *sph=vesicle->sphHarmonics;
    ts_coord *coord=(ts_coord *)malloc(sizeof(ts_coord));
    ts_double fi, theta;
   ts_int m;
    ts_vertex *cvtx;
    for(k=0;k<vesicle->vlist->n;k++){
        cvtx=vesicle->vlist->vtx[k];
        cvtx->Ylm[0][0]=sqrt(1.0/4.0/M_PI);
        sph->Ylmi[0][0][k]=sqrt(1.0/4.0/M_PI);
        cart2sph(coord,cvtx->x, cvtx->y, cvtx->z);
        fi=coord->e2;
        theta=coord->e3; 
        for(i=0; i<sph->l; i++){
        for(i=1; i<sph->l; i++){
            for(j=0;j<i;j++){
                cvtx->Ylm[i][j]=sph->co[i][j]*cos((j-i-1)*fi)*pow(-1,j-i-1)*plgndr(i,abs(j-i-1),cos(theta));
         m=j+1;
//Nastudiraj!!!!!
                sph->Ylmi[i][j][k]=sph->co[i][m]*cos((m-i-1)*fi)*pow(-1,m-i-1)*plgndr(i,abs(m-i-1),cos(theta));
      if(i==2 && j==0){
   /*   fprintf(stderr," **** vtx %d ****\n", k+1);
      fprintf(stderr,"m-i-1 =%d\n",m-i-1);
      fprintf(stderr,"fi =%e\n",fi);
      fprintf(stderr,"(m-i-1)*fi =%e\n",((ts_double)(m-i-1))*fi);
      fprintf(stderr,"-2*fi =%e\n",-2*fi);
      fprintf(stderr,"m =%d\n",m);
	
      fprintf(stderr," cos(m-i-1)=%e\n",cos((m-i-1)*fi));
      fprintf(stderr," cos(-2*fi)=%e\n",cos(-2*fi));
      fprintf(stderr," sph->co[i][m]=%e\n",sph->co[i][m]);
      fprintf(stderr," plgndr(i,abs(m-i-1),cos(theta))=%e\n",plgndr(i,abs(m-i-1),cos(theta)));
*/
      }
            }
                cvtx->Ylm[i][j+1]=sph->co[i][j+1]*plgndr(i,0,cos(theta));
            for(j=sph->l;j<2*i;j++){
                cvtx->Ylm[i][j]=sph->co[i][j]*sin((j-i-1)*fi)*plgndr(i,j-i-1,cos(theta));
//Nastudiraj!!!!!
      j=i;
      m=j+1;
                sph->Ylmi[i][j][k]=sph->co[i][m]*plgndr(i,0,cos(theta));
            for(j=i+1;j<2*i+1;j++){
         m=j+1;
//Nastudiraj!!!!!
                sph->Ylmi[i][j][k]=sph->co[i][m]*sin((m-i-1)*fi)*plgndr(i,m-i-1,cos(theta));
            }
        }

@@ -296,7 +363,7 @@
    ts_uint i,j,k;
    ts_vertex *cvtx;
    for(i=0;i<vesicle->sphHarmonics->l;i++){
        for(j=0;j<2*i;j++) vesicle->sphHarmonics->ulm[i][j]=0.0;
        for(j=0;j<2*i+1;j++) vesicle->sphHarmonics->ulm[i][j]=0.0;
    }

//TODO: call calculateYlmi !!!
@@ -305,8 +372,8 @@
    for(k=0;k<vesicle->vlist->n; k++){
        cvtx=vesicle->vlist->vtx[k];
        for(i=0;i<vesicle->sphHarmonics->l;i++){
            for(j=0;j<2*i;j++){
                vesicle->sphHarmonics->ulm[i][j]+= cvtx->solAngle*cvtx->relR*cvtx->Ylm[i][j];
            for(j=0;j<2*i+1;j++){
                vesicle->sphHarmonics->ulm[i][j]+= cvtx->solAngle*cvtx->relR*vesicle->sphHarmonics->Ylmi[i][j][k];
            }

        }
@@ -314,3 +381,48 @@

    return TS_SUCCESS;
}





ts_bool storeUlm2(ts_vesicle *vesicle){

ts_spharm *sph=vesicle->sphHarmonics;
ts_int i,j;
for(i=0;i<sph->l;i++){
    for(j=0;j<2*i+1;j++){
   /* DEBUG fprintf(stderr,"sph->sumUlm2[%d][%d]=%e\n",i,j,sph->ulm[i][j]* sph->ulm[i][j]); */
        sph->sumUlm2[i][j]+=sph->ulm[i][j]* sph->ulm[i][j];
    }
}
   sph->N++;
return TS_SUCCESS;
}


ts_bool saveAvgUlm2(ts_vesicle *vesicle){

   FILE *fh;
    char filename[10000];
    strcpy(filename, command_line_args.path);
    strcat(filename, "sph2out.dat");
   fh=fopen(filename, "w");
   if(fh==NULL){
      err("Cannot open file %s for writing");
      return TS_FAIL;
   }

   ts_spharm *sph=vesicle->sphHarmonics;
   ts_int i,j;
   fprintf(fh,"l,\tm,\tulm^2avg\n");
   for(i=0;i<sph->l;i++){
          for(j=0;j<2*i+1;j++){
      fprintf(fh,"%d,\t%d,\t%e\n", i, j-i, sph->sumUlm2[i][j]/(ts_double)sph->N);

          }
    fprintf(fh,"\n");
   }
   fclose(fh);
   return TS_SUCCESS;
}