src/gromacs/gmxana/gmx_densorder.cpp

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  * $Id: densorder.c,v 0.9
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  *                        VERSION 3.0
  11  *
  12  * Copyright (c) 1991-2001
  13  * BIOSON Research Institute, Dept. of Biophysical Chemistry
  14  * University of Groningen, The Netherlands
  15  *
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * Do check out http://www.gromacs.org , or mail us at gromacs@gromacs.org .
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * Gyas ROwers Mature At Cryogenic Speed
  35  */
  36
  37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40 #include <math.h>
  41 #include "sysstuff.h"
  42 #include <string.h>
  43 #include "string2.h"
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "macros.h"
  47 #include "gstat.h"
  48 #include "vec.h"
  49 #include "xvgr.h"
  50 #include "pbc.h"
  51 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  52 #include "statutil.h"
  53 #include "index.h"
  54 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  55 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  56 #include "physics.h"
  57 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  58 #include "dens_filter.h"
  59 #include "binsearch.h"
  60 #include "powerspect.h"
  61 #include "gmx_ana.h"
  62 #include "copyrite.h"
  63
  64 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  65 #include "gromacs/utility/programinfo.h"
  66
  67 #ifdef GMX_DOUBLE
  68 #define FLOOR(x) ((int) floor(x))
  69 #else
  70 #define FLOOR(x) ((int) floorf(x))
  71 #endif
  72
  73 enum {
  74     methSEL, methBISECT, methFUNCFIT, methNR
  75 };
  76
  77 static void center_coords(t_atoms *atoms, matrix box, rvec x0[], int axis)
  78 {
  79     int  i, m;
  80     real tmass, mm;
  81     rvec com, shift, box_center;
  82
  83     tmass = 0;
  84     clear_rvec(com);
  85     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  86     {
  87         mm     = atoms->atom[i].m;
  88         tmass += mm;
  89         for (m = 0; (m < DIM); m++)
  90         {
  91             com[m] += mm*x0[i][m];
  92         }
  93     }
  94     for (m = 0; (m < DIM); m++)
  95     {
  96         com[m] /= tmass;
  97     }
  98     calc_box_center(ecenterDEF, box, box_center);
  99     rvec_sub(box_center, com, shift);
 100     shift[axis] -= box_center[axis];
 101
 102     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
 103     {
 104         rvec_dec(x0[i], shift);
 105     }
 106 }
 107
 108
 109 static void density_in_time (const char *fn, atom_id **index, int gnx[], real bw, real bwz, int nsttblock, real *****Densdevel, int *xslices, int *yslices, int *zslices, int *tblock, t_topology *top, int ePBC, int axis, gmx_bool bCenter, gmx_bool bps1d, const output_env_t oenv)
 110
 111 {
 112 /*
 113  * *****Densdevel pointer to array of density values in slices and frame-blocks Densdevel[*nsttblock][*xslices][*yslices][*zslices]
 114  * Densslice[x][y][z]
 115  * nsttblock - nr of frames in each time-block
 116  * bw  widths of normal slices
 117  *
 118  * axis  - axis direction (normal to slices)
 119  * nndx - number ot atoms in **index
 120  * grpn  - group number in index
 121  */
 122     t_trxstatus *status;
 123     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 124     matrix       box;                    /* Box - 3x3 -each step*/
 125     rvec        *x0;                     /* List of Coord without PBC*/
 126     int          i, j,                   /* loop indices, checks etc*/
 127                  ax1     = 0, ax2 = 0,   /* tangent directions */
 128                  framenr = 0,            /* frame number in trajectory*/
 129                  slicex, slicey, slicez; /*slice # of x y z position */
 130     real ***Densslice = NULL;            /* Density-slice in one frame*/
 131     real    dscale;                      /*physical scaling factor*/
 132     real    t, x, y, z;                  /* time and coordinates*/
 133     rvec    bbww;
 134
 135     *tblock = 0; /* blocknr in block average - initialise to 0*/
 136     /* Axis: X=0, Y=1,Z=2 */
 137     switch (axis)
 138     {
 139         case 0:
 140             ax1 = YY; ax2 = ZZ; /*Surface: YZ*/
 141             break;
 142         case 1:
 143             ax1 = ZZ; ax2 = XX; /* Surface : XZ*/
 144             break;
 145         case 2:
 146             ax1 = XX; ax2 = YY; /* Surface XY*/
 147             break;
 148         default:
 149             gmx_fatal(FARGS, "Invalid axes. Terminating\n");
 150     }
 151
 152     if (read_first_x(oenv, &status, fn, &t, &x0, box) == 0)
 153     {
 154         gmx_fatal(FARGS, "Could not read coordinates from file"); /* Open trajectory for read*/
 155
 156
 157     }
 158     *zslices = 1+FLOOR(box[axis][axis]/bwz);
 159     *yslices = 1+FLOOR(box[ax2][ax2]/bw);
 160     *xslices = 1+FLOOR(box[ax1][ax1]/bw);
 161     if (bps1d)
 162     {
 163         if (*xslices < *yslices)
 164         {
 165             *xslices = 1;
 166         }
 167         else
 168         {
 169             *yslices = 1;
 170         }
 171     }
 172     fprintf(stderr,
 173             "\nDividing the box in %5d x %5d x %5d slices with binw %f along axis %d\n", *xslices, *yslices, *zslices, bw, axis );
 174
 175
 176     /****Start trajectory processing***/
 177
 178     /*Initialize Densdevel and PBC-remove*/
 179     gpbc = gmx_rmpbc_init(&top->idef, ePBC, top->atoms.nr);
 180
 181     *Densdevel = NULL;
 182
 183     do
 184     {
 185         bbww[XX] = box[ax1][ax1]/ *xslices;
 186         bbww[YY] = box[ax2][ax2]/ *yslices;
 187         bbww[ZZ] = box[axis][axis]/ *zslices;
 188         gmx_rmpbc(gpbc, top->atoms.nr, box, x0);
 189         /*Reset Densslice every nsttblock steps*/
 190         /* The first conditional is for clang to understand that this branch is
 191          * always taken the first time. */
 192         if (Densslice == NULL || framenr % nsttblock == 0)
 193         {
 194             snew(Densslice, *xslices);
 195             for (i = 0; i < *xslices; i++)
 196             {
 197                 snew(Densslice[i], *yslices);
 198                 for (j = 0; j < *yslices; j++)
 199                 {
 200                     snew(Densslice[i][j], *zslices);
 201                 }
 202             }
 203
 204             /* Allocate Memory to  extra frame in Densdevel -  rather stupid approach:
 205              * A single frame each time, although only every nsttblock steps.
 206              */
 207             srenew(*Densdevel, *tblock+1);
 208             (*Densdevel)[*tblock] = Densslice;
 209         }
 210
 211         dscale = (*xslices)*(*yslices)*(*zslices)*AMU/ (box[ax1][ax1]*box[ax2][ax2]*box[axis][axis]*nsttblock*(NANO*NANO*NANO));
 212
 213         if (bCenter)
 214         {
 215             center_coords(&top->atoms, box, x0, axis);
 216         }
 217
 218
 219         for (j = 0; j < gnx[0]; j++)
 220         {   /*Loop over all atoms in selected index*/
 221             x = x0[index[0][j]][ax1];
 222             y = x0[index[0][j]][ax2];
 223             z = x0[index[0][j]][axis];
 224             while (x < 0)
 225             {
 226                 x += box[ax1][ax1];
 227             }
 228             while (x > box[ax1][ax1])
 229             {
 230                 x -= box[ax1][ax1];
 231             }
 232
 233             while (y < 0)
 234             {
 235                 y += box[ax2][ax2];
 236             }
 237             while (y > box[ax2][ax2])
 238             {
 239                 y -= box[ax2][ax2];
 240             }
 241
 242             while (z < 0)
 243             {
 244                 z += box[axis][axis];
 245             }
 246             while (z > box[axis][axis])
 247             {
 248                 z -= box[axis][axis];
 249             }
 250
 251             slicex = ((int) (x/bbww[XX])) % *xslices;
 252             slicey = ((int) (y/bbww[YY])) % *yslices;
 253             slicez = ((int) (z/bbww[ZZ])) % *zslices;
 254             Densslice[slicex][slicey][slicez] += (top->atoms.atom[index[0][j]].m*dscale);
 255         }
 256
 257         framenr++;
 258
 259         if (framenr % nsttblock == 0)
 260         {
 261             /*Implicit incrementation of Densdevel via renewal of Densslice*/
 262             /*only every nsttblock steps*/
 263             (*tblock)++;
 264         }
 265
 266     }
 267     while (read_next_x(oenv, status, &t, x0, box));
 268
 269
 270     /*Free memory we no longer need and exit.*/
 271     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 272     close_trj(status);
 273
 274     if (0)
 275     {
 276         FILE *fp;
 277         fp = fopen("koko.xvg", "w");
 278         for (j = 0; (j < *zslices); j++)
 279         {
 280             fprintf(fp, "%5d", j);
 281             for (i = 0; (i < *tblock); i++)
 282             {
 283                 fprintf(fp, "  %10g", (*Densdevel)[i][9][1][j]);
 284             }
 285             fprintf(fp, "\n");
 286         }
 287         fclose(fp);
 288     }
 289
 290 }
 291
 292 static void outputfield(const char *fldfn, real ****Densmap,
 293                         int xslices, int yslices, int zslices, int tdim)
 294 {
 295 /*Debug-filename and filehandle*/
 296     FILE *fldH;
 297     int   n, i, j, k;
 298     int   dim[4];
 299     real  totdens = 0;
 300
 301     dim[0] = tdim;
 302     dim[1] = xslices;
 303     dim[2] = yslices;
 304     dim[3] = zslices;
 305
 306     fldH = ffopen(fldfn, "w");
 307     fwrite(dim, sizeof(int), 4, fldH);
 308     for (n = 0; n < tdim; n++)
 309     {
 310         for (i = 0; i < xslices; i++)
 311         {
 312             for (j = 0; j < yslices; j++)
 313             {
 314                 for (k = 0; k < zslices; k++)
 315                 {
 316                     fwrite(&(Densmap[n][i][j][k]), sizeof(real), 1, fldH);
 317                     totdens += (Densmap[n][i][j][k]);
 318                 }
 319             }
 320         }
 321     }
 322     totdens /= (xslices*yslices*zslices*tdim);
 323     fprintf(stderr, "Total density [kg/m^3]  %8f", totdens);
 324     ffclose(fldH);
 325 }
 326
 327 static void filterdensmap(real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices, int tblocks, int ftsize)
 328 {
 329     real *kernel;
 330     real  std, var;
 331     int   i, j, n, order;
 332     order = ftsize/2;
 333     std   = ((real)order/2.0);
 334     var   = std*std;
 335     snew(kernel, ftsize);
 336     gausskernel(kernel, ftsize, var);
 337     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 338     {
 339         for (i = 0; i < xslices; i++)
 340         {
 341             for (j = 0; j < yslices; j++)
 342             {
 343                 periodic_convolution(zslices, Densmap[n][i][j], ftsize, kernel);
 344             }
 345         }
 346     }
 347 }
 348
 349
 350
 351
 352 static void interfaces_txy (real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices,
 353                             int tblocks, real binwidth, int method,
 354                             real dens1, real dens2, t_interf ****intf1,
 355                             t_interf ****intf2, const output_env_t oenv)
 356 {
 357     /*Returns two pointers to 3D arrays of t_interf structs containing (position,thickness) of the interface(s)*/
 358     FILE       *xvg;
 359     real       *zDensavg; /* zDensavg[z]*/
 360     int         i, j, k, n;
 361     int         xysize;
 362     int         ndx1, ndx2, *zperm;
 363     real        densmid;
 364     real        splitpoint, startpoint, endpoint;
 365     real       *sigma1, *sigma2;
 366     real        beginfit1[4];
 367     real        beginfit2[4];
 368     real       *fit1 = NULL, *fit2 = NULL;
 369     const real *avgfit1;
 370     const real *avgfit2;
 371     const real  onehalf = 1.00/2.00;
 372     t_interf ***int1    = NULL, ***int2 = NULL; /*Interface matrices [t][x,y] - last index in row-major order*/
 373     /*Create int1(t,xy) and int2(t,xy) arrays with correct number of interf_t elements*/
 374     xysize = xslices*yslices;
 375     snew(int1, tblocks);
 376     snew(int2, tblocks);
 377     for (i = 0; i < tblocks; i++)
 378     {
 379         snew(int1[i], xysize);
 380         snew(int2[i], xysize);
 381         for (j = 0; j < xysize; j++)
 382         {
 383             snew(int1[i][j], 1);
 384             snew(int2[i][j], 1);
 385             init_interf(int1[i][j]);
 386             init_interf(int2[i][j]);
 387         }
 388     }
 389
 390     if (method == methBISECT)
 391     {
 392         densmid = onehalf*(dens1+dens2);
 393         snew(zperm, zslices);
 394         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 395         {
 396             for (i = 0; i < xslices; i++)
 397             {
 398                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 399                 {
 400                     rangeArray(zperm, zslices); /*reset permutation array to identity*/
 401                     /*Binsearch returns slice-nr where the order param is  <= setpoint sgmid*/
 402                     ndx1 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, 0, zslices/2-1, densmid, 1);
 403                     ndx2 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, zslices/2, zslices-1, densmid, -1);
 404
 405                     /* Linear interpolation (for use later if time allows)
 406                      * rho_1s= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]]
 407                      * rho_1e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]] - in worst case might be far off
 408                      * rho_2s =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2+1]]
 409                      * rho_2e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]
 410                      * For 1st interface we have:
 411                        densl= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]];
 412                        densr= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]];
 413                        alpha=(densmid-densl)/(densr-densl);
 414                        deltandx=zperm[ndx1+1]-zperm[ndx1];
 415
 416                        if(debug){
 417                        printf("Alpha, Deltandx  %f %i\n", alpha,deltandx);
 418                        }
 419                        if(abs(alpha)>1.0 || abs(deltandx)>3){
 420                        pos=zperm[ndx1];
 421                        spread=-1;
 422                        }
 423                        else {
 424                        pos=zperm[ndx1]+alpha*deltandx;
 425                        spread=binwidth*deltandx;
 426                        }
 427                      * For the 2nd interface  can use the same formulation, since alpha should become negative ie:
 428                      * alpha=(densmid-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]])/(Densmap[n][i][j][zperm[nxd2+1]]-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]);
 429                      * deltandx=zperm[ndx2+1]-zperm[ndx2];
 430                      * pos=zperm[ndx2]+alpha*deltandx;   */
 431
 432                     /*After filtering we use the direct approach        */
 433                     int1[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx1]+onehalf)*binwidth;
 434                     int1[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 435                     int2[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx2]+onehalf)*binwidth;
 436                     int2[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 437                 }
 438             }
 439         }
 440     }
 441
 442     if (method == methFUNCFIT)
 443     {
 444         /*Assume a box divided in 2 along midpoint of z for starters*/
 445         startpoint = 0.0;
 446         endpoint   = binwidth*zslices;
 447         splitpoint = (startpoint+endpoint)/2.0;
 448         /*Initial fit proposals*/
 449         beginfit1[0] = dens1;
 450         beginfit1[1] = dens2;
 451         beginfit1[2] = (splitpoint/2);
 452         beginfit1[3] = 0.5;
 453
 454         beginfit2[0] = dens2;
 455         beginfit2[1] = dens1;
 456         beginfit2[2] = (3*splitpoint/2);
 457         beginfit2[3] = 0.5;
 458
 459         snew(zDensavg, zslices);
 460         snew(sigma1, zslices);
 461         snew(sigma2, zslices);
 462
 463         for (k = 0; k < zslices; k++)
 464         {
 465             sigma1[k] = sigma2[k] = 1;
 466         }
 467         /*Calculate average density along z - avoid smoothing by using coarse-grained-mesh*/
 468         for (k = 0; k < zslices; k++)
 469         {
 470             for (n = 0; n < tblocks; n++)
 471             {
 472                 for (i = 0; i < xslices; i++)
 473                 {
 474                     for (j = 0; j < yslices; j++)
 475                     {
 476                         zDensavg[k] += (Densmap[n][i][j][k]/(xslices*yslices*tblocks));
 477                     }
 478                 }
 479             }
 480         }
 481
 482         if (debug)
 483         {
 484             xvg = xvgropen("DensprofileonZ.xvg", "Averaged Densityprofile on Z", "z[nm]", "Density[kg/m^3]", oenv);
 485             for (k = 0; k < zslices; k++)
 486             {
 487                 fprintf(xvg, "%4f.3   %8f.4\n", k*binwidth, zDensavg[k]);
 488             }
 489             xvgrclose(xvg);
 490         }
 491
 492         /*Fit average density in z over whole trajectory to obtain tentative fit-parameters in fit1 and fit2*/
 493
 494         /*Fit 1st half of box*/
 495         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit1, 3);
 496         /*Fit 2nd half of box*/
 497         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit2, 3);
 498
 499         /*Initialise the const arrays for storing the average fit parameters*/
 500         avgfit1 = beginfit1;
 501         avgfit2 = beginfit2;
 502
 503
 504
 505         /*Now do fit over each x  y and t slice to get Zint(x,y,t) - loop is very large, we potentially should average over time directly*/
 506         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 507         {
 508             for (i = 0; i < xslices; i++)
 509             {
 510                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 511                 {
 512                     /*Reinitialise fit for each mesh-point*/
 513                     srenew(fit1, 4);
 514                     srenew(fit2, 4);
 515                     for (k = 0; k < 4; k++)
 516                     {
 517                         fit1[k] = avgfit1[k];
 518                         fit2[k] = avgfit2[k];
 519                     }
 520                     /*Now fit and store in structures in row-major order int[n][i][j]*/
 521                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit1, 1);
 522                     int1[n][j+(yslices*i)]->Z = fit1[2];
 523                     int1[n][j+(yslices*i)]->t = fit1[3];
 524                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit2, 2);
 525                     int2[n][j+(yslices*i)]->Z = fit2[2];
 526                     int2[n][j+(yslices*i)]->t = fit2[3];
 527                 }
 528             }
 529         }
 530     }
 531
 532
 533     *intf1 = int1;
 534     *intf2 = int2;
 535
 536 }
 537
 538 static void writesurftoxpms(t_interf ***surf1, t_interf ***surf2, int tblocks, int xbins, int ybins, int zbins, real bw, real bwz, char **outfiles, int maplevels )
 539 {
 540     char   numbuf[13];
 541     int    n, i, j;
 542     real **profile1, **profile2;
 543     real   max1, max2, min1, min2, *xticks, *yticks;
 544     t_rgb  lo = {0, 0, 0};
 545     t_rgb  hi = {1, 1, 1};
 546     FILE  *xpmfile1, *xpmfile2;
 547
 548 /*Prepare xpm structures for output*/
 549
 550 /*Allocate memory to tick's and matrices*/
 551     snew (xticks, xbins+1);
 552     snew (yticks, ybins+1);
 553
 554     profile1 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 555     profile2 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 556
 557     for (i = 0; i < xbins+1; i++)
 558     {
 559         xticks[i] += bw;
 560     }
 561     for (j = 0; j < ybins+1; j++)
 562     {
 563         yticks[j] += bw;
 564     }
 565
 566     xpmfile1 = ffopen(outfiles[0], "w");
 567     xpmfile2 = ffopen(outfiles[1], "w");
 568
 569     max1 = max2 = 0.0;
 570     min1 = min2 = zbins*bwz;
 571
 572     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 573     {
 574         sprintf(numbuf, "tblock: %4i", n);
 575 /*Filling matrices for inclusion in xpm-files*/
 576         for (i = 0; i < xbins; i++)
 577         {
 578             for (j = 0; j < ybins; j++)
 579             {
 580                 profile1[i][j] = (surf1[n][j+ybins*i])->Z;
 581                 profile2[i][j] = (surf2[n][j+ybins*i])->Z;
 582                 /*Finding max and min values*/
 583                 if (profile1[i][j] > max1)
 584                 {
 585                     max1 = profile1[i][j];
 586                 }
 587                 if (profile1[i][j] < min1)
 588                 {
 589                     min1 = profile1[i][j];
 590                 }
 591                 if (profile2[i][j] > max2)
 592                 {
 593                     max2 = profile2[i][j];
 594                 }
 595                 if (profile2[i][j] < min2)
 596                 {
 597                     min2 = profile2[i][j];
 598                 }
 599             }
 600         }
 601
 602         write_xpm(xpmfile1, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile1, min1, max1, lo, hi, &maplevels);
 603         write_xpm(xpmfile2, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile2, min2, max2, lo, hi, &maplevels);
 604     }
 605
 606     ffclose(xpmfile1);
 607     ffclose(xpmfile2);
 608
 609
 610     sfree(profile1);
 611     sfree(profile2);
 612     sfree(xticks);
 613     sfree(yticks);
 614 }
 615
 616 static void writeraw(t_interf ***int1, t_interf ***int2, int tblocks, int xbins, int ybins, char **fnms)
 617 {
 618     FILE *raw1, *raw2;
 619     int   i, j, n;
 620
 621     raw1 = ffopen(fnms[0], "w");
 622     raw2 = ffopen(fnms[1], "w");
 623     try
 624     {
 625         gmx::BinaryInformationSettings settings;
 626         settings.generatedByHeader(true);
 627         settings.linePrefix("# ");
 628         gmx::printBinaryInformation(raw1, gmx::ProgramInfo::getInstance(),
 629                                     settings);
 630         gmx::printBinaryInformation(raw2, gmx::ProgramInfo::getInstance(),
 631                                     settings);
 632     }
 633     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
 634     fprintf(raw1, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 635     fprintf(raw2, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 636     fprintf(raw1, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 637     fprintf(raw2, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 638     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 639     {
 640         for (i = 0; i < xbins; i++)
 641         {
 642             for (j = 0; j < ybins; j++)
 643             {
 644                 fprintf(raw1, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int1[n][j+ybins*i])->Z, (int1[n][j+ybins*i])->t);
 645                 fprintf(raw2, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int2[n][j+ybins*i])->Z, (int2[n][j+ybins*i])->t);
 646             }
 647         }
 648     }
 649
 650     ffclose(raw1);
 651     ffclose(raw2);
 652 }
 653
 654
 655
 656 int gmx_densorder(int argc, char *argv[])
 657 {
 658     static const char *desc[] = {
 659         "A small program to reduce a two-phase density distribution",
 660         "along an axis, computed over a MD trajectory",
 661         "to 2D surfaces fluctuating in time, by a fit to",
 662         "a functional profile for interfacial densities",
 663         "A time-averaged spatial representation of the",
 664         "interfaces can be output with the option -tavg"
 665     };
 666
 667     /* Extra arguments - but note how you always get the begin/end
 668      * options when running the program, without mentioning them here!
 669      */
 670
 671     output_env_t       oenv;
 672     t_topology        *top;
 673     char             **grpname;
 674     int                ePBC, *ngx;
 675     static real        binw      = 0.2;
 676     static real        binwz     = 0.05;
 677     static real        dens1     = 0.00;
 678     static real        dens2     = 1000.00;
 679     static int         ftorder   = 0;
 680     static int         nsttblock = 100;
 681     static int         axis      = 2;
 682     static const char *axtitle   = "Z";
 683     atom_id          **index; /* Index list for single group*/
 684     int                xslices, yslices, zslices, tblock;
 685     static gmx_bool    bGraph   = FALSE;
 686     static gmx_bool    bCenter  = FALSE;
 687     static gmx_bool    bFourier = FALSE;
 688     static gmx_bool    bRawOut  = FALSE;
 689     static gmx_bool    bOut     = FALSE;
 690     static gmx_bool    b1d      = FALSE;
 691     static int         nlevels  = 100;
 692     /*Densitymap - Densmap[t][x][y][z]*/
 693     real           ****Densmap = NULL;
 694     /* Surfaces surf[t][surf_x,surf_y]*/
 695     t_interf        ***surf1, ***surf2;
 696
 697     static const char *meth[] = {NULL, "bisect", "functional", NULL};
 698     int                eMeth;
 699
 700     char             **graphfiles, **rawfiles, **spectra; /* Filenames for xpm-surface maps, rawdata and powerspectra */
 701     int                nfxpm = -1, nfraw, nfspect;        /* # files for interface maps and spectra = # interfaces */
 702
 703     t_pargs            pa[] = {
 704         { "-1d", FALSE, etBOOL, {&b1d},
 705           "Pseudo-1d interface geometry"},
 706         { "-bw", FALSE, etREAL, {&binw},
 707           "Binwidth of density distribution tangential to interface"},
 708         { "-bwn", FALSE, etREAL, {&binwz},
 709           "Binwidth of density distribution normal to interface"},
 710         { "-order", FALSE, etINT, {&ftorder},
 711           "Order of Gaussian filter, order 0 equates to NO filtering"},
 712         {"-axis", FALSE, etSTR, {&axtitle},
 713          "Axis Direction - X, Y or Z"},
 714         {"-method", FALSE, etENUM, {meth},
 715          "Interface location method"},
 716         {"-d1", FALSE, etREAL, {&dens1},
 717          "Bulk density phase 1 (at small z)"},
 718         {"-d2", FALSE, etREAL, {&dens2},
 719          "Bulk density phase 2 (at large z)"},
 720         { "-tblock", FALSE, etINT, {&nsttblock},
 721           "Number of frames in one time-block average"},
 722         { "-nlevel", FALSE, etINT, {&nlevels},
 723           "Number of Height levels in 2D - XPixMaps"}
 724     };
 725
 726
 727     t_filenm fnm[] = {
 728         { efTPX, "-s",  NULL, ffREAD },               /* this is for the topology */
 729         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },                /* and this for the trajectory */
 730         { efNDX, "-n", NULL, ffREAD},                 /* this is to select groups */
 731         { efDAT, "-o", "Density4D", ffOPTWR},         /* This is for outputting the entire 4D densityfield in binary format */
 732         { efOUT, "-or", NULL, ffOPTWRMULT},           /* This is for writing out the entire information in the t_interf arrays */
 733         { efXPM, "-og", "interface", ffOPTWRMULT},    /* This is for writing out the interface meshes - one xpm-file per tblock*/
 734         { efOUT, "-Spect", "intfspect", ffOPTWRMULT}, /* This is for the trajectory averaged Fourier-spectra*/
 735     };
 736
 737 #define NFILE asize(fnm)
 738
 739     /* This is the routine responsible for adding default options,
 740      * calling the X/motif interface, etc. */
 741     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_CAN_VIEW,
 742                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 743     {
 744         return 0;
 745     }
 746
 747
 748     eMeth    = nenum(meth);
 749     bFourier = opt2bSet("-Spect", NFILE, fnm);
 750     bRawOut  = opt2bSet("-or", NFILE, fnm);
 751     bGraph   = opt2bSet("-og", NFILE, fnm);
 752     bOut     = opt2bSet("-o", NFILE, fnm);
 753     top      = read_top(ftp2fn(efTPX, NFILE, fnm), &ePBC);
 754     snew(grpname, 1);
 755     snew(index, 1);
 756     snew(ngx, 1);
 757
 758 /* Calculate axis */
 759     axis = toupper(axtitle[0]) - 'X';
 760
 761     get_index(&top->atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, ngx, index, grpname);
 762
 763     density_in_time(ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), index, ngx, binw, binwz, nsttblock, &Densmap, &xslices, &yslices, &zslices, &tblock, top, ePBC, axis, bCenter, b1d, oenv);
 764
 765     if (ftorder > 0)
 766     {
 767         filterdensmap(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, 2*ftorder+1);
 768     }
 769
 770     if (bOut)
 771     {
 772         outputfield(opt2fn("-o", NFILE, fnm), Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock);
 773     }
 774
 775     interfaces_txy(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, binwz, eMeth, dens1, dens2, &surf1, &surf2, oenv);
 776
 777     if (bGraph)
 778     {
 779
 780         /*Output surface-xpms*/
 781         nfxpm = opt2fns(&graphfiles, "-og", NFILE, fnm);
 782         if (nfxpm != 2)
 783         {
 784             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 785         }
 786         writesurftoxpms(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, zslices, binw, binwz, graphfiles, zslices);
 787     }
 788
 789
 790
 791
 792
 793 /*Output raw-data*/
 794     if (bRawOut)
 795     {
 796         nfraw = opt2fns(&rawfiles, "-or", NFILE, fnm);
 797         if (nfraw != 2)
 798         {
 799             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 800         }
 801         writeraw(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, rawfiles);
 802     }
 803
 804
 805
 806     if (bFourier)
 807     {
 808         nfspect = opt2fns(&spectra, "-Spect", NFILE, fnm);
 809         if (nfspect != 2)
 810         {
 811             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-file-series: %d",
 812                       nfspect);
 813         }
 814         powerspectavg_intf(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, spectra);
 815     }
 816
 817     sfree(Densmap);
 818     if (bGraph || bFourier || bRawOut)
 819     {
 820         sfree(surf1);
 821         sfree(surf2);
 822     }
 823
 824     return 0;
 825 }