src/gromacs/gmxana/gmx_dyndom.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Green Red Orange Magenta Azure Cyan Skyblue
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include "3dview.h"
  40 #include "statutil.h"
  41 #include "smalloc.h"
  42 #include "index.h"
  43 #include "confio.h"
  44 #include "gmx_fatal.h"
  45 #include "vec.h"
  46 #include "physics.h"
  47 #include "random.h"
  48 #include "gmx_ana.h"
  49 #include "macros.h"
  50
  51
  52 static void rot_conf(t_atoms *atoms, rvec x[], rvec v[], real trans, real angle,
  53                      rvec head, rvec tail, matrix box, int isize, atom_id index[],
  54                      rvec xout[], rvec vout[])
  55 {
  56     rvec     arrow, center, xcm;
  57     real     theta, phi, arrow_len;
  58     mat4     Rx, Ry, Rz, Rinvy, Rinvz, Mtot, Tcm, Tinvcm, Tx;
  59     mat4     temp1, temp2, temp3, temp4, temp21, temp43;
  60     vec4     xv;
  61     int      i, j, ai;
  62
  63     rvec_sub(tail, head, arrow);
  64     arrow_len = norm(arrow);
  65     if (debug)
  66     {
  67         fprintf(debug, "Arrow vector:   %10.4f  %10.4f  %10.4f\n",
  68                 arrow[XX], arrow[YY], arrow[ZZ]);
  69         fprintf(debug, "Effective translation %g nm\n", trans);
  70     }
  71     if (arrow_len == 0.0)
  72     {
  73         gmx_fatal(FARGS, "Arrow vector not given");
  74     }
  75
  76     /* Copy all aoms to output */
  77     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  78     {
  79         copy_rvec(x[i], xout[i]);
  80         copy_rvec(v[i], vout[i]);
  81     }
  82
  83     /* Compute center of mass and move atoms there */
  84     clear_rvec(xcm);
  85     for (i = 0; (i < isize); i++)
  86     {
  87         rvec_inc(xcm, x[index[i]]);
  88     }
  89     for (i = 0; (i < DIM); i++)
  90     {
  91         xcm[i] /= isize;
  92     }
  93     if (debug)
  94     {
  95         fprintf(debug, "Center of mass: %10.4f  %10.4f  %10.4f\n",
  96                 xcm[XX], xcm[YY], xcm[ZZ]);
  97     }
  98     for (i = 0; (i < isize); i++)
  99     {
 100         rvec_sub(x[index[i]], xcm, xout[index[i]]);
 101     }
 102
 103     /* Compute theta and phi that describe the arrow */
 104     theta = acos(arrow[ZZ]/arrow_len);
 105     phi   = atan2(arrow[YY]/arrow_len, arrow[XX]/arrow_len);
 106     if (debug)
 107     {
 108         fprintf(debug, "Phi = %.1f, Theta = %.1f\n", RAD2DEG*phi, RAD2DEG*theta);
 109     }
 110
 111     /* Now the total rotation matrix: */
 112     /* Rotate a couple of times */
 113     rotate(ZZ, -phi, Rz);
 114     rotate(YY, M_PI/2-theta, Ry);
 115     rotate(XX, angle*DEG2RAD, Rx);
 116     Rx[WW][XX] = trans;
 117     rotate(YY, theta-M_PI/2, Rinvy);
 118     rotate(ZZ, phi, Rinvz);
 119
 120     mult_matrix(temp1, Ry, Rz);
 121     mult_matrix(temp2, Rinvy, Rx);
 122     mult_matrix(temp3, temp2, temp1);
 123     mult_matrix(Mtot, Rinvz, temp3);
 124
 125     print_m4(debug, "Rz", Rz);
 126     print_m4(debug, "Ry", Ry);
 127     print_m4(debug, "Rx", Rx);
 128     print_m4(debug, "Rinvy", Rinvy);
 129     print_m4(debug, "Rinvz", Rinvz);
 130     print_m4(debug, "Mtot", Mtot);
 131
 132     for (i = 0; (i < isize); i++)
 133     {
 134         ai = index[i];
 135         m4_op(Mtot, xout[ai], xv);
 136         rvec_add(xv, xcm, xout[ai]);
 137         m4_op(Mtot, v[ai], xv);
 138         copy_rvec(xv, vout[ai]);
 139     }
 140 }
 141
 142 int gmx_dyndom(int argc, char *argv[])
 143 {
 144     const char  *desc[] = {
 145         "[TT]g_dyndom[tt] reads a [TT].pdb[tt] file output from DynDom",
 146         "(http://www.cmp.uea.ac.uk/dyndom/).",
 147         "It reads the coordinates, the coordinates of the rotation axis,",
 148         "and an index file containing the domains.",
 149         "Furthermore, it takes the first and last atom of the arrow file",
 150         "as command line arguments (head and tail) and",
 151         "finally it takes the translation vector (given in DynDom info file)",
 152         "and the angle of rotation (also as command line arguments). If the angle",
 153         "determined by DynDom is given, one should be able to recover the",
 154         "second structure used for generating the DynDom output.",
 155         "Because of limited numerical accuracy this should be verified by",
 156         "computing an all-atom RMSD (using [TT]g_confrms[tt]) rather than by file",
 157         "comparison (using diff).[PAR]",
 158         "The purpose of this program is to interpolate and extrapolate the",
 159         "rotation as found by DynDom. As a result unphysical structures with",
 160         "long or short bonds, or overlapping atoms may be produced. Visual",
 161         "inspection, and energy minimization may be necessary to",
 162         "validate the structure."
 163     };
 164     static real  trans0 = 0;
 165     static rvec  head   = { 0, 0, 0 };
 166     static rvec  tail   = { 0, 0, 0 };
 167     static real  angle0 = 0, angle1 = 0, maxangle = 0;
 168     static int   label  = 0, nframes = 11;
 169     t_pargs      pa[]   = {
 170         { "-firstangle",    FALSE, etREAL, {&angle0},
 171           "Angle of rotation about rotation vector" },
 172         { "-lastangle",    FALSE, etREAL, {&angle1},
 173           "Angle of rotation about rotation vector" },
 174         { "-nframe",   FALSE, etINT,  {&nframes},
 175           "Number of steps on the pathway" },
 176         { "-maxangle", FALSE, etREAL, {&maxangle},
 177           "DymDom dtermined angle of rotation about rotation vector" },
 178         { "-trans",    FALSE, etREAL, {&trans0},
 179           "Translation (Angstrom) along rotation vector (see DynDom info file)" },
 180         { "-head",     FALSE, etRVEC, {head},
 181           "First atom of the arrow vector" },
 182         { "-tail",     FALSE, etRVEC, {tail},
 183           "Last atom of the arrow vector" }
 184     };
 185     int          i, j, natoms, isize;
 186     t_trxstatus *status;
 187     atom_id     *index = NULL, *index_all;
 188     char         title[256], *grpname;
 189     t_atoms      atoms;
 190     real         angle, trans;
 191     rvec        *x, *v, *xout, *vout;
 192     matrix       box;
 193     output_env_t oenv;
 194
 195     t_filenm     fnm[] = {
 196         { efPDB, "-f", "dyndom",  ffREAD },
 197         { efTRO, "-o", "rotated", ffWRITE },
 198         { efNDX, "-n", "domains", ffREAD }
 199     };
 200 #define NFILE asize(fnm)
 201
 202     parse_common_args(&argc, argv, 0, NFILE, fnm, asize(pa), pa,
 203                       asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv);
 204
 205     get_stx_coordnum (opt2fn("-f", NFILE, fnm), &natoms);
 206     init_t_atoms(&atoms, natoms, TRUE);
 207     snew(x, natoms);
 208     snew(v, natoms);
 209     read_stx_conf(opt2fn("-f", NFILE, fnm), title, &atoms, x, v, NULL, box);
 210     snew(xout, natoms);
 211     snew(vout, natoms);
 212
 213     printf("Select group to rotate:\n");
 214     rd_index(ftp2fn(efNDX, NFILE, fnm), 1, &isize, &index, &grpname);
 215     printf("Going to rotate %s containg %d atoms\n", grpname, isize);
 216
 217     snew(index_all, atoms.nr);
 218     for (i = 0; (i < atoms.nr); i++)
 219     {
 220         index_all[i] = i;
 221     }
 222
 223     status = open_trx(opt2fn("-o", NFILE, fnm), "w");
 224
 225     label = 'A';
 226     for (i = 0; (i < nframes); i++, label++)
 227     {
 228         angle = angle0 + (i*(angle1-angle0))/(nframes-1);
 229         trans = trans0*0.1*angle/maxangle;
 230         printf("Frame: %2d (label %c), angle: %8.3f deg., trans: %8.3f nm\n",
 231                i, label, angle, trans);
 232         rot_conf(&atoms, x, v, trans, angle, head, tail, box, isize, index, xout, vout);
 233
 234         if (label > 'Z')
 235         {
 236             label -= 26;
 237         }
 238         for (j = 0; (j < atoms.nr); j++)
 239         {
 240             atoms.resinfo[atoms.atom[j].resind].chainid = label;
 241         }
 242
 243         write_trx(status, atoms.nr, index_all, &atoms, i, angle, box, xout, vout, NULL);
 244     }
 245     close_trx(status);
 246
 247     return 0;
 248 }