src/gromacs/gmxana/gmx_traj.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include <stdlib.h>
  43 #include <string.h>
  44
  45 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  48 #include "macros.h"
  49 #include "vec.h"
  50 #include "pbc.h"
  51 #include "gromacs/utility/futil.h"
  52 #include "index.h"
  53 #include "mshift.h"
  54 #include "xvgr.h"
  55 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  56 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  57 #include "rmpbc.h"
  58 #include "physics.h"
  59 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  60 #include "gmx_ana.h"
  61
  62 #include "gromacs/linearalgebra/nrjac.h"
  63 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  64
  65 static void low_print_data(FILE *fp, real time, rvec x[], int n, atom_id *index,
  66                            gmx_bool bDim[], const char *sffmt)
  67 {
  68     int i, ii, d;
  69
  70     fprintf(fp, " %g", time);
  71     for (i = 0; i < n; i++)
  72     {
  73         if (index != NULL)
  74         {
  75             ii = index[i];
  76         }
  77         else
  78         {
  79             ii = i;
  80         }
  81         for (d = 0; d < DIM; d++)
  82         {
  83             if (bDim[d])
  84             {
  85                 fprintf(fp, sffmt, x[ii][d]);
  86             }
  87         }
  88         if (bDim[DIM])
  89         {
  90             fprintf(fp, sffmt, norm(x[ii]));
  91         }
  92     }
  93     fprintf(fp, "\n");
  94 }
  95
  96 static void average_data(rvec x[], rvec xav[], real *mass,
  97                          int ngrps, int isize[], atom_id **index)
  98 {
  99     int    g, i, ind, d;
 100     real   m;
 101     rvec   tmp;
 102     double sum[DIM], mtot;
 103
 104     for (g = 0; g < ngrps; g++)
 105     {
 106         clear_dvec(sum);
 107         clear_rvec(xav[g]);
 108         mtot = 0;
 109         for (i = 0; i < isize[g]; i++)
 110         {
 111             ind = index[g][i];
 112             if (mass != NULL)
 113             {
 114                 m = mass[ind];
 115                 svmul(m, x[ind], tmp);
 116                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 117                 {
 118                     sum[d] += tmp[d];
 119                 }
 120                 mtot += m;
 121             }
 122             else
 123             {
 124                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 125                 {
 126                     sum[d] += x[ind][d];
 127                 }
 128             }
 129         }
 130         if (mass != NULL)
 131         {
 132             for (d = 0; d < DIM; d++)
 133             {
 134                 xav[g][d] = sum[d]/mtot;
 135             }
 136         }
 137         else
 138         {
 139             /* mass=NULL, so these are forces: sum only (do not average) */
 140             for (d = 0; d < DIM; d++)
 141             {
 142                 xav[g][d] = sum[d];
 143             }
 144         }
 145     }
 146 }
 147
 148 static void print_data(FILE *fp, real time, rvec x[], real *mass, gmx_bool bCom,
 149                        int ngrps, int isize[], atom_id **index, gmx_bool bDim[],
 150                        const char *sffmt)
 151 {
 152     static rvec *xav = NULL;
 153
 154     if (bCom)
 155     {
 156         if (xav == NULL)
 157         {
 158             snew(xav, ngrps);
 159         }
 160         average_data(x, xav, mass, ngrps, isize, index);
 161         low_print_data(fp, time, xav, ngrps, NULL, bDim, sffmt);
 162     }
 163     else
 164     {
 165         low_print_data(fp, time, x, isize[0], index[0], bDim, sffmt);
 166     }
 167 }
 168
 169 static void write_trx_x(t_trxstatus *status, t_trxframe *fr, real *mass, gmx_bool bCom,
 170                         int ngrps, int isize[], atom_id **index)
 171 {
 172     static rvec    *xav   = NULL;
 173     static t_atoms *atoms = NULL;
 174     t_trxframe      fr_av;
 175     int             i;
 176
 177     fr->bV = FALSE;
 178     fr->bF = FALSE;
 179     if (bCom)
 180     {
 181         if (xav == NULL)
 182         {
 183             snew(xav, ngrps);
 184             snew(atoms, 1);
 185             *atoms = *fr->atoms;
 186             snew(atoms->atom, ngrps);
 187             atoms->nr = ngrps;
 188             /* Note that atom and residue names will be the ones
 189              * of the first atom in each group.
 190              */
 191             for (i = 0; i < ngrps; i++)
 192             {
 193                 atoms->atom[i]     = fr->atoms->atom[index[i][0]];
 194                 atoms->atomname[i] = fr->atoms->atomname[index[i][0]];
 195             }
 196         }
 197         average_data(fr->x, xav, mass, ngrps, isize, index);
 198         fr_av        = *fr;
 199         fr_av.natoms = ngrps;
 200         fr_av.atoms  = atoms;
 201         fr_av.x      = xav;
 202         write_trxframe(status, &fr_av, NULL);
 203     }
 204     else
 205     {
 206         write_trxframe_indexed(status, fr, isize[0], index[0], NULL);
 207     }
 208 }
 209
 210 static void make_legend(FILE *fp, int ngrps, int isize, atom_id index[],
 211                         char **name, gmx_bool bCom, gmx_bool bMol, gmx_bool bDim[],
 212                         const output_env_t oenv)
 213 {
 214     char      **leg;
 215     const char *dimtxt[] = { " X", " Y", " Z", "" };
 216     int         n, i, j, d;
 217
 218     if (bCom)
 219     {
 220         n = ngrps;
 221     }
 222     else
 223     {
 224         n = isize;
 225     }
 226
 227     snew(leg, 4*n);
 228     j = 0;
 229     for (i = 0; i < n; i++)
 230     {
 231         for (d = 0; d <= DIM; d++)
 232         {
 233             if (bDim[d])
 234             {
 235                 snew(leg[j], STRLEN);
 236                 if (bMol)
 237                 {
 238                     sprintf(leg[j], "mol %d%s", index[i]+1, dimtxt[d]);
 239                 }
 240                 else if (bCom)
 241                 {
 242                     sprintf(leg[j], "%s%s", name[i], dimtxt[d]);
 243                 }
 244                 else
 245                 {
 246                     sprintf(leg[j], "atom %d%s", index[i]+1, dimtxt[d]);
 247                 }
 248                 j++;
 249             }
 250         }
 251     }
 252     xvgr_legend(fp, j, (const char**)leg, oenv);
 253
 254     for (i = 0; i < j; i++)
 255     {
 256         sfree(leg[i]);
 257     }
 258     sfree(leg);
 259 }
 260
 261 static real ekrot(rvec x[], rvec v[], real mass[], int isize, atom_id index[])
 262 {
 263     static real **TCM = NULL, **L;
 264     double        tm, m0, lxx, lxy, lxz, lyy, lyz, lzz, ekrot;
 265     rvec          a0, ocm;
 266     dvec          dx, b0;
 267     dvec          xcm, vcm, acm;
 268     int           i, j, m, n;
 269
 270     if (TCM == NULL)
 271     {
 272         snew(TCM, DIM);
 273         for (i = 0; i < DIM; i++)
 274         {
 275             snew(TCM[i], DIM);
 276         }
 277         snew(L, DIM);
 278         for (i = 0; i < DIM; i++)
 279         {
 280             snew(L[i], DIM);
 281         }
 282     }
 283
 284     clear_dvec(xcm);
 285     clear_dvec(vcm);
 286     clear_dvec(acm);
 287     tm = 0.0;
 288     for (i = 0; i < isize; i++)
 289     {
 290         j   = index[i];
 291         m0  = mass[j];
 292         tm += m0;
 293         cprod(x[j], v[j], a0);
 294         for (m = 0; (m < DIM); m++)
 295         {
 296             xcm[m] += m0*x[j][m]; /* c.o.m. position */
 297             vcm[m] += m0*v[j][m]; /* c.o.m. velocity */
 298             acm[m] += m0*a0[m];   /* rotational velocity around c.o.m. */
 299         }
 300     }
 301     dcprod(xcm, vcm, b0);
 302     for (m = 0; (m < DIM); m++)
 303     {
 304         xcm[m] /= tm;
 305         vcm[m] /= tm;
 306         acm[m] -= b0[m]/tm;
 307     }
 308
 309     lxx = lxy = lxz = lyy = lyz = lzz = 0.0;
 310     for (i = 0; i < isize; i++)
 311     {
 312         j  = index[i];
 313         m0 = mass[j];
 314         for (m = 0; m < DIM; m++)
 315         {
 316             dx[m] = x[j][m] - xcm[m];
 317         }
 318         lxx += dx[XX]*dx[XX]*m0;
 319         lxy += dx[XX]*dx[YY]*m0;
 320         lxz += dx[XX]*dx[ZZ]*m0;
 321         lyy += dx[YY]*dx[YY]*m0;
 322         lyz += dx[YY]*dx[ZZ]*m0;
 323         lzz += dx[ZZ]*dx[ZZ]*m0;
 324     }
 325
 326     L[XX][XX] =  lyy + lzz;
 327     L[YY][XX] = -lxy;
 328     L[ZZ][XX] = -lxz;
 329     L[XX][YY] = -lxy;
 330     L[YY][YY] =  lxx + lzz;
 331     L[ZZ][YY] = -lyz;
 332     L[XX][ZZ] = -lxz;
 333     L[YY][ZZ] = -lyz;
 334     L[ZZ][ZZ] =  lxx + lyy;
 335
 336     m_inv_gen(L, DIM, TCM);
 337
 338     /* Compute omega (hoeksnelheid) */
 339     clear_rvec(ocm);
 340     ekrot = 0;
 341     for (m = 0; m < DIM; m++)
 342     {
 343         for (n = 0; n < DIM; n++)
 344         {
 345             ocm[m] += TCM[m][n]*acm[n];
 346         }
 347         ekrot += 0.5*ocm[m]*acm[m];
 348     }
 349
 350     return ekrot;
 351 }
 352
 353 static real ektrans(rvec v[], real mass[], int isize, atom_id index[])
 354 {
 355     dvec   mvcom;
 356     double mtot;
 357     int    i, j, d;
 358
 359     clear_dvec(mvcom);
 360     mtot = 0;
 361     for (i = 0; i < isize; i++)
 362     {
 363         j = index[i];
 364         for (d = 0; d < DIM; d++)
 365         {
 366             mvcom[d] += mass[j]*v[j][d];
 367         }
 368         mtot += mass[j];
 369     }
 370
 371     return dnorm2(mvcom)/(mtot*2);
 372 }
 373
 374 static real temp(rvec v[], real mass[], int isize, atom_id index[])
 375 {
 376     double ekin2;
 377     int    i, j;
 378
 379     ekin2 = 0;
 380     for (i = 0; i < isize; i++)
 381     {
 382         j      = index[i];
 383         ekin2 += mass[j]*norm2(v[j]);
 384     }
 385
 386     return ekin2/(3*isize*BOLTZ);
 387 }
 388
 389 static void remove_jump(matrix box, int natoms, rvec xp[], rvec x[])
 390 {
 391     rvec hbox;
 392     int  d, i, m;
 393
 394     for (d = 0; d < DIM; d++)
 395     {
 396         hbox[d] = 0.5*box[d][d];
 397     }
 398     for (i = 0; i < natoms; i++)
 399     {
 400         for (m = DIM-1; m >= 0; m--)
 401         {
 402             while (x[i][m]-xp[i][m] <= -hbox[m])
 403             {
 404                 for (d = 0; d <= m; d++)
 405                 {
 406                     x[i][d] += box[m][d];
 407                 }
 408             }
 409             while (x[i][m]-xp[i][m] > hbox[m])
 410             {
 411                 for (d = 0; d <= m; d++)
 412                 {
 413                     x[i][d] -= box[m][d];
 414                 }
 415             }
 416         }
 417     }
 418 }
 419
 420 static void write_pdb_bfac(const char *fname, const char *xname,
 421                            const char *title, t_atoms *atoms, int ePBC, matrix box,
 422                            int isize, atom_id *index, int nfr_x, rvec *x,
 423                            int nfr_v, rvec *sum,
 424                            gmx_bool bDim[], real scale_factor,
 425                            const output_env_t oenv)
 426 {
 427     FILE       *fp;
 428     real        max, len2, scale;
 429     atom_id     maxi;
 430     int         i, m, onedim;
 431     gmx_bool    bOne;
 432
 433     if ((nfr_x == 0) || (nfr_v == 0))
 434     {
 435         fprintf(stderr, "No frames found for %s, will not write %s\n",
 436                 title, fname);
 437     }
 438     else
 439     {
 440         fprintf(stderr, "Used %d frames for %s\n", nfr_x, "coordinates");
 441         fprintf(stderr, "Used %d frames for %s\n", nfr_v, title);
 442         onedim = -1;
 443         if (!bDim[DIM])
 444         {
 445             m = 0;
 446             for (i = 0; i < DIM; i++)
 447             {
 448                 if (bDim[i])
 449                 {
 450                     onedim = i;
 451                     m++;
 452                 }
 453             }
 454             if (m != 1)
 455             {
 456                 onedim = -1;
 457             }
 458         }
 459         scale = 1.0/nfr_v;
 460         for (i = 0; i < isize; i++)
 461         {
 462             svmul(scale, sum[index[i]], sum[index[i]]);
 463         }
 464
 465         fp = xvgropen(xname, title, "Atom", "", oenv);
 466         for (i = 0; i < isize; i++)
 467         {
 468             fprintf(fp, "%-5d  %10.3f  %10.3f  %10.3f\n", 1+i,
 469                     sum[index[i]][XX], sum[index[i]][YY], sum[index[i]][ZZ]);
 470         }
 471         gmx_ffclose(fp);
 472         max  = 0;
 473         maxi = 0;
 474         for (i = 0; i < isize; i++)
 475         {
 476             len2 = 0;
 477             for (m = 0; m < DIM; m++)
 478             {
 479                 if (bDim[m] || bDim[DIM])
 480                 {
 481                     len2 += sqr(sum[index[i]][m]);
 482                 }
 483             }
 484             if (len2 > max)
 485             {
 486                 max  = len2;
 487                 maxi = index[i];
 488             }
 489         }
 490         if (scale_factor != 0)
 491         {
 492             scale = scale_factor;
 493         }
 494         else
 495         {
 496             if (max == 0)
 497             {
 498                 scale = 1;
 499             }
 500             else
 501             {
 502                 scale = 10.0/sqrt(max);
 503             }
 504         }
 505
 506         printf("Maximum %s is %g on atom %d %s, res. %s %d\n",
 507                title, sqrt(max), maxi+1, *(atoms->atomname[maxi]),
 508                *(atoms->resinfo[atoms->atom[maxi].resind].name),
 509                atoms->resinfo[atoms->atom[maxi].resind].nr);
 510
 511         if (atoms->pdbinfo == NULL)
 512         {
 513             snew(atoms->pdbinfo, atoms->nr);
 514         }
 515         if (onedim == -1)
 516         {
 517             for (i = 0; i < isize; i++)
 518             {
 519                 len2 = 0;
 520                 for (m = 0; m < DIM; m++)
 521                 {
 522                     if (bDim[m] || bDim[DIM])
 523                     {
 524                         len2 += sqr(sum[index[i]][m]);
 525                     }
 526                 }
 527                 atoms->pdbinfo[index[i]].bfac = sqrt(len2)*scale;
 528             }
 529         }
 530         else
 531         {
 532             for (i = 0; i < isize; i++)
 533             {
 534                 atoms->pdbinfo[index[i]].bfac = sum[index[i]][onedim]*scale;
 535             }
 536         }
 537         write_sto_conf_indexed(fname, title, atoms, x, NULL, ePBC, box, isize, index);
 538     }
 539 }
 540
 541 static void update_histo(int gnx, atom_id index[], rvec v[],
 542                          int *nhisto, int **histo, real binwidth)
 543 {
 544     int  i, m, in, nnn;
 545     real vn, vnmax;
 546
 547     if (*histo == NULL)
 548     {
 549         vnmax = 0;
 550         for (i = 0; (i < gnx); i++)
 551         {
 552             vn    = norm(v[index[i]]);
 553             vnmax = max(vn, vnmax);
 554         }
 555         vnmax  *= 2;
 556         *nhisto = 1+(vnmax/binwidth);
 557         snew(*histo, *nhisto);
 558     }
 559     for (i = 0; (i < gnx); i++)
 560     {
 561         vn = norm(v[index[i]]);
 562         in = vn/binwidth;
 563         if (in >= *nhisto)
 564         {
 565             nnn = in+100;
 566             fprintf(stderr, "Extending histogram from %d to %d\n", *nhisto, nnn);
 567
 568             srenew(*histo, nnn);
 569             for (m = *nhisto; (m < nnn); m++)
 570             {
 571                 (*histo)[m] = 0;
 572             }
 573             *nhisto = nnn;
 574         }
 575         (*histo)[in]++;
 576     }
 577 }
 578
 579 static void print_histo(const char *fn, int nhisto, int histo[], real binwidth,
 580                         const output_env_t oenv)
 581 {
 582     FILE *fp;
 583     int   i;
 584
 585     fp = xvgropen(fn, "Velocity distribution", "V (nm/ps)", "arbitrary units",
 586                   oenv);
 587     for (i = 0; (i < nhisto); i++)
 588     {
 589         fprintf(fp, "%10.3e  %10d\n", i*binwidth, histo[i]);
 590     }
 591     gmx_ffclose(fp);
 592 }
 593
 594 int gmx_traj(int argc, char *argv[])
 595 {
 596     const char     *desc[] = {
 597         "[THISMODULE] plots coordinates, velocities, forces and/or the box.",
 598         "With [TT]-com[tt] the coordinates, velocities and forces are",
 599         "calculated for the center of mass of each group.",
 600         "When [TT]-mol[tt] is set, the numbers in the index file are",
 601         "interpreted as molecule numbers and the same procedure as with",
 602         "[TT]-com[tt] is used for each molecule.[PAR]",
 603         "Option [TT]-ot[tt] plots the temperature of each group,",
 604         "provided velocities are present in the trajectory file.",
 605         "No corrections are made for constrained degrees of freedom!",
 606         "This implies [TT]-com[tt].[PAR]",
 607         "Options [TT]-ekt[tt] and [TT]-ekr[tt] plot the translational and",
 608         "rotational kinetic energy of each group,",
 609         "provided velocities are present in the trajectory file.",
 610         "This implies [TT]-com[tt].[PAR]",
 611         "Options [TT]-cv[tt] and [TT]-cf[tt] write the average velocities",
 612         "and average forces as temperature factors to a [TT].pdb[tt] file with",
 613         "the average coordinates or the coordinates at [TT]-ctime[tt].",
 614         "The temperature factors are scaled such that the maximum is 10.",
 615         "The scaling can be changed with the option [TT]-scale[tt].",
 616         "To get the velocities or forces of one",
 617         "frame set both [TT]-b[tt] and [TT]-e[tt] to the time of",
 618         "desired frame. When averaging over frames you might need to use",
 619         "the [TT]-nojump[tt] option to obtain the correct average coordinates.",
 620         "If you select either of these option the average force and velocity",
 621         "for each atom are written to an [TT].xvg[tt] file as well",
 622         "(specified with [TT]-av[tt] or [TT]-af[tt]).[PAR]",
 623         "Option [TT]-vd[tt] computes a velocity distribution, i.e. the",
 624         "norm of the vector is plotted. In addition in the same graph",
 625         "the kinetic energy distribution is given."
 626     };
 627     static gmx_bool bMol    = FALSE, bCom = FALSE, bPBC = TRUE, bNoJump = FALSE;
 628     static gmx_bool bX      = TRUE, bY = TRUE, bZ = TRUE, bNorm = FALSE, bFP = FALSE;
 629     static int      ngroups = 1;
 630     static real     ctime   = -1, scale = 0, binwidth = 1;
 631     t_pargs         pa[]    = {
 632         { "-com", FALSE, etBOOL, {&bCom},
 633           "Plot data for the com of each group" },
 634         { "-pbc", FALSE, etBOOL, {&bPBC},
 635           "Make molecules whole for COM" },
 636         { "-mol", FALSE, etBOOL, {&bMol},
 637           "Index contains molecule numbers iso atom numbers" },
 638         { "-nojump", FALSE, etBOOL, {&bNoJump},
 639           "Remove jumps of atoms across the box" },
 640         { "-x", FALSE, etBOOL, {&bX},
 641           "Plot X-component" },
 642         { "-y", FALSE, etBOOL, {&bY},
 643           "Plot Y-component" },
 644         { "-z", FALSE, etBOOL, {&bZ},
 645           "Plot Z-component" },
 646         { "-ng",       FALSE, etINT, {&ngroups},
 647           "Number of groups to consider" },
 648         { "-len", FALSE, etBOOL, {&bNorm},
 649           "Plot vector length" },
 650         { "-fp", FALSE, etBOOL, {&bFP},
 651           "Full precision output" },
 652         { "-bin", FALSE, etREAL, {&binwidth},
 653           "Binwidth for velocity histogram (nm/ps)" },
 654         { "-ctime", FALSE, etREAL, {&ctime},
 655           "Use frame at this time for x in [TT]-cv[tt] and [TT]-cf[tt] instead of the average x" },
 656         { "-scale", FALSE, etREAL, {&scale},
 657           "Scale factor for [TT].pdb[tt] output, 0 is autoscale" }
 658     };
 659     FILE           *outx   = NULL, *outv = NULL, *outf = NULL, *outb = NULL, *outt = NULL;
 660     FILE           *outekt = NULL, *outekr = NULL;
 661     t_topology      top;
 662     int             ePBC;
 663     real           *mass, time;
 664     char            title[STRLEN];
 665     const char     *indexfn;
 666     t_trxframe      fr, frout;
 667     int             flags, nvhisto = 0, *vhisto = NULL;
 668     rvec           *xtop, *xp = NULL;
 669     rvec           *sumx = NULL, *sumv = NULL, *sumf = NULL;
 670     matrix          topbox;
 671     t_trxstatus    *status;
 672     t_trxstatus    *status_out = NULL;
 673     gmx_rmpbc_t     gpbc       = NULL;
 674     int             i, j, n;
 675     int             nr_xfr, nr_vfr, nr_ffr;
 676     char          **grpname;
 677     int            *isize0, *isize;
 678     atom_id       **index0, **index;
 679     atom_id        *atndx;
 680     t_block        *mols;
 681     gmx_bool        bTop, bOX, bOXT, bOV, bOF, bOB, bOT, bEKT, bEKR, bCV, bCF;
 682     gmx_bool        bDim[4], bDum[4], bVD;
 683     char           *sffmt, sffmt6[1024];
 684     const char     *box_leg[6] = { "XX", "YY", "ZZ", "YX", "ZX", "ZY" };
 685     output_env_t    oenv;
 686
 687     t_filenm        fnm[] = {
 688         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },
 689         { efTPS, NULL, NULL, ffREAD },
 690         { efNDX, NULL, NULL, ffOPTRD },
 691         { efXVG, "-ox", "coord.xvg", ffOPTWR },
 692         { efTRX, "-oxt", "coord.xtc", ffOPTWR },
 693         { efXVG, "-ov", "veloc.xvg", ffOPTWR },
 694         { efXVG, "-of", "force.xvg", ffOPTWR },
 695         { efXVG, "-ob", "box.xvg",   ffOPTWR },
 696         { efXVG, "-ot", "temp.xvg",  ffOPTWR },
 697         { efXVG, "-ekt", "ektrans.xvg", ffOPTWR },
 698         { efXVG, "-ekr", "ekrot.xvg", ffOPTWR },
 699         { efXVG, "-vd", "veldist.xvg", ffOPTWR },
 700         { efPDB, "-cv", "veloc.pdb", ffOPTWR },
 701         { efPDB, "-cf", "force.pdb", ffOPTWR },
 702         { efXVG, "-av", "all_veloc.xvg", ffOPTWR },
 703         { efXVG, "-af", "all_force.xvg", ffOPTWR }
 704     };
 705 #define NFILE asize(fnm)
 706
 707     if (!parse_common_args(&argc, argv,
 708                            PCA_CAN_TIME | PCA_TIME_UNIT | PCA_CAN_VIEW | PCA_BE_NICE,
 709                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 710     {
 711         return 0;
 712     }
 713
 714     if (bMol)
 715     {
 716         fprintf(stderr, "Interpreting indexfile entries as molecules.\n"
 717                 "Using center of mass.\n");
 718     }
 719
 720     bOX  = opt2bSet("-ox", NFILE, fnm);
 721     bOXT = opt2bSet("-oxt", NFILE, fnm);
 722     bOV  = opt2bSet("-ov", NFILE, fnm);
 723     bOF  = opt2bSet("-of", NFILE, fnm);
 724     bOB  = opt2bSet("-ob", NFILE, fnm);
 725     bOT  = opt2bSet("-ot", NFILE, fnm);
 726     bEKT = opt2bSet("-ekt", NFILE, fnm);
 727     bEKR = opt2bSet("-ekr", NFILE, fnm);
 728     bCV  = opt2bSet("-cv", NFILE, fnm) || opt2bSet("-av", NFILE, fnm);
 729     bCF  = opt2bSet("-cf", NFILE, fnm) || opt2bSet("-af", NFILE, fnm);
 730     bVD  = opt2bSet("-vd", NFILE, fnm) || opt2parg_bSet("-bin", asize(pa), pa);
 731     if (bMol || bOT || bEKT || bEKR)
 732     {
 733         bCom = TRUE;
 734     }
 735
 736     bDim[XX]  = bX;
 737     bDim[YY]  = bY;
 738     bDim[ZZ]  = bZ;
 739     bDim[DIM] = bNorm;
 740
 741     if (bFP)
 742     {
 743         sffmt = "\t" gmx_real_fullprecision_pfmt;
 744     }
 745     else
 746     {
 747         sffmt = "\t%g";
 748     }
 749     sprintf(sffmt6, "%s%s%s%s%s%s", sffmt, sffmt, sffmt, sffmt, sffmt, sffmt);
 750
 751     bTop = read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), title, &top, &ePBC,
 752                          &xtop, NULL, topbox,
 753                          bCom && (bOX || bOXT || bOV || bOT || bEKT || bEKR));
 754     sfree(xtop);
 755     if ((bMol || bCV || bCF) && !bTop)
 756     {
 757         gmx_fatal(FARGS, "Need a run input file for option -mol, -cv or -cf");
 758     }
 759
 760     if (bMol)
 761     {
 762         indexfn = ftp2fn(efNDX, NFILE, fnm);
 763     }
 764     else
 765     {
 766         indexfn = ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm);
 767     }
 768
 769     if (!(bCom && !bMol))
 770     {
 771         ngroups = 1;
 772     }
 773     snew(grpname, ngroups);
 774     snew(isize0, ngroups);
 775     snew(index0, ngroups);
 776     get_index(&(top.atoms), indexfn, ngroups, isize0, index0, grpname);
 777
 778     if (bMol)
 779     {
 780         mols    = &(top.mols);
 781         atndx   = mols->index;
 782         ngroups = isize0[0];
 783         snew(isize, ngroups);
 784         snew(index, ngroups);
 785         for (i = 0; i < ngroups; i++)
 786         {
 787             if (index0[0][i] < 0 || index0[0][i] >= mols->nr)
 788             {
 789                 gmx_fatal(FARGS, "Molecule index (%d) is out of range (%d-%d)",
 790                           index0[0][i]+1, 1, mols->nr);
 791             }
 792             isize[i] = atndx[index0[0][i]+1] - atndx[index0[0][i]];
 793             snew(index[i], isize[i]);
 794             for (j = 0; j < isize[i]; j++)
 795             {
 796                 index[i][j] = atndx[index0[0][i]] + j;
 797             }
 798         }
 799     }
 800     else
 801     {
 802         isize = isize0;
 803         index = index0;
 804     }
 805     if (bCom)
 806     {
 807         snew(mass, top.atoms.nr);
 808         for (i = 0; i < top.atoms.nr; i++)
 809         {
 810             mass[i] = top.atoms.atom[i].m;
 811         }
 812     }
 813     else
 814     {
 815         mass = NULL;
 816     }
 817
 818     flags = 0;
 819     if (bOX)
 820     {
 821         flags = flags | TRX_READ_X;
 822         outx  = xvgropen(opt2fn("-ox", NFILE, fnm),
 823                          bCom ? "Center of mass" : "Coordinate",
 824                          output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "Coordinate (nm)", oenv);
 825         make_legend(outx, ngroups, isize0[0], index0[0], grpname, bCom, bMol, bDim, oenv);
 826     }
 827     if (bOXT)
 828     {
 829         flags      = flags | TRX_READ_X;
 830         status_out = open_trx(opt2fn("-oxt", NFILE, fnm), "w");
 831     }
 832     if (bOV)
 833     {
 834         flags = flags | TRX_READ_V;
 835         outv  = xvgropen(opt2fn("-ov", NFILE, fnm),
 836                          bCom ? "Center of mass velocity" : "Velocity",
 837                          output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "Velocity (nm/ps)", oenv);
 838         make_legend(outv, ngroups, isize0[0], index0[0], grpname, bCom, bMol, bDim, oenv);
 839     }
 840     if (bOF)
 841     {
 842         flags = flags | TRX_READ_F;
 843         outf  = xvgropen(opt2fn("-of", NFILE, fnm), "Force",
 844                          output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "Force (kJ mol\\S-1\\N nm\\S-1\\N)",
 845                          oenv);
 846         make_legend(outf, ngroups, isize0[0], index0[0], grpname, bCom, bMol, bDim, oenv);
 847     }
 848     if (bOB)
 849     {
 850         outb = xvgropen(opt2fn("-ob", NFILE, fnm), "Box vector elements",
 851                         output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "(nm)", oenv);
 852
 853         xvgr_legend(outb, 6, box_leg, oenv);
 854     }
 855     if (bOT)
 856     {
 857         bDum[XX]  = FALSE;
 858         bDum[YY]  = FALSE;
 859         bDum[ZZ]  = FALSE;
 860         bDum[DIM] = TRUE;
 861         flags     = flags | TRX_READ_V;
 862         outt      = xvgropen(opt2fn("-ot", NFILE, fnm), "Temperature",
 863                              output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "(K)", oenv);
 864         make_legend(outt, ngroups, isize[0], index[0], grpname, bCom, bMol, bDum, oenv);
 865     }
 866     if (bEKT)
 867     {
 868         bDum[XX]  = FALSE;
 869         bDum[YY]  = FALSE;
 870         bDum[ZZ]  = FALSE;
 871         bDum[DIM] = TRUE;
 872         flags     = flags | TRX_READ_V;
 873         outekt    = xvgropen(opt2fn("-ekt", NFILE, fnm), "Center of mass translation",
 874                              output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "Energy (kJ mol\\S-1\\N)", oenv);
 875         make_legend(outekt, ngroups, isize[0], index[0], grpname, bCom, bMol, bDum, oenv);
 876     }
 877     if (bEKR)
 878     {
 879         bDum[XX]  = FALSE;
 880         bDum[YY]  = FALSE;
 881         bDum[ZZ]  = FALSE;
 882         bDum[DIM] = TRUE;
 883         flags     = flags | TRX_READ_X | TRX_READ_V;
 884         outekr    = xvgropen(opt2fn("-ekr", NFILE, fnm), "Center of mass rotation",
 885                              output_env_get_xvgr_tlabel(oenv), "Energy (kJ mol\\S-1\\N)", oenv);
 886         make_legend(outekr, ngroups, isize[0], index[0], grpname, bCom, bMol, bDum, oenv);
 887     }
 888     if (bVD)
 889     {
 890         flags = flags | TRX_READ_V;
 891     }
 892     if (bCV)
 893     {
 894         flags = flags | TRX_READ_X | TRX_READ_V;
 895     }
 896     if (bCF)
 897     {
 898         flags = flags | TRX_READ_X | TRX_READ_F;
 899     }
 900     if ((flags == 0) && !bOB)
 901     {
 902         fprintf(stderr, "Please select one or more output file options\n");
 903         exit(0);
 904     }
 905
 906     read_first_frame(oenv, &status, ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), &fr, flags);
 907
 908     if (bCV || bCF)
 909     {
 910         snew(sumx, fr.natoms);
 911     }
 912     if (bCV)
 913     {
 914         snew(sumv, fr.natoms);
 915     }
 916     if (bCF)
 917     {
 918         snew(sumf, fr.natoms);
 919     }
 920     nr_xfr = 0;
 921     nr_vfr = 0;
 922     nr_ffr = 0;
 923
 924     if (bCom && bPBC)
 925     {
 926         gpbc = gmx_rmpbc_init(&top.idef, ePBC, fr.natoms);
 927     }
 928
 929     do
 930     {
 931         time = output_env_conv_time(oenv, fr.time);
 932
 933         if (fr.bX && bNoJump && fr.bBox)
 934         {
 935             if (xp)
 936             {
 937                 remove_jump(fr.box, fr.natoms, xp, fr.x);
 938             }
 939             else
 940             {
 941                 snew(xp, fr.natoms);
 942             }
 943             for (i = 0; i < fr.natoms; i++)
 944             {
 945                 copy_rvec(fr.x[i], xp[i]);
 946             }
 947         }
 948
 949         if (fr.bX && bCom && bPBC)
 950         {
 951             gmx_rmpbc_trxfr(gpbc, &fr);
 952         }
 953
 954         if (bVD && fr.bV)
 955         {
 956             update_histo(isize[0], index[0], fr.v, &nvhisto, &vhisto, binwidth);
 957         }
 958
 959         if (bOX && fr.bX)
 960         {
 961             print_data(outx, time, fr.x, mass, bCom, ngroups, isize, index, bDim, sffmt);
 962         }
 963         if (bOXT && fr.bX)
 964         {
 965             frout = fr;
 966             if (!frout.bAtoms)
 967             {
 968                 frout.atoms  = &top.atoms;
 969                 frout.bAtoms = TRUE;
 970             }
 971             write_trx_x(status_out, &frout, mass, bCom, ngroups, isize, index);
 972         }
 973         if (bOV && fr.bV)
 974         {
 975             print_data(outv, time, fr.v, mass, bCom, ngroups, isize, index, bDim, sffmt);
 976         }
 977         if (bOF && fr.bF)
 978         {
 979             print_data(outf, time, fr.f, NULL, bCom, ngroups, isize, index, bDim, sffmt);
 980         }
 981         if (bOB && fr.bBox)
 982         {
 983             fprintf(outb, "\t%g", fr.time);
 984             fprintf(outb, sffmt6,
 985                     fr.box[XX][XX], fr.box[YY][YY], fr.box[ZZ][ZZ],
 986                     fr.box[YY][XX], fr.box[ZZ][XX], fr.box[ZZ][YY]);
 987             fprintf(outb, "\n");
 988         }
 989         if (bOT && fr.bV)
 990         {
 991             fprintf(outt, " %g", time);
 992             for (i = 0; i < ngroups; i++)
 993             {
 994                 fprintf(outt, sffmt, temp(fr.v, mass, isize[i], index[i]));
 995             }
 996             fprintf(outt, "\n");
 997         }
 998         if (bEKT && fr.bV)
 999         {
1000             fprintf(outekt, " %g", time);
1001             for (i = 0; i < ngroups; i++)
1002             {
1003                 fprintf(outekt, sffmt, ektrans(fr.v, mass, isize[i], index[i]));
1004             }
1005             fprintf(outekt, "\n");
1006         }
1007         if (bEKR && fr.bX && fr.bV)
1008         {
1009             fprintf(outekr, " %g", time);
1010             for (i = 0; i < ngroups; i++)
1011             {
1012                 fprintf(outekr, sffmt, ekrot(fr.x, fr.v, mass, isize[i], index[i]));
1013             }
1014             fprintf(outekr, "\n");
1015         }
1016         if ((bCV || bCF) && fr.bX &&
1017             (ctime < 0 || (fr.time >= ctime*0.999999 &&
1018                            fr.time <= ctime*1.000001)))
1019         {
1020             for (i = 0; i < fr.natoms; i++)
1021             {
1022                 rvec_inc(sumx[i], fr.x[i]);
1023             }
1024             nr_xfr++;
1025         }
1026         if (bCV && fr.bV)
1027         {
1028             for (i = 0; i < fr.natoms; i++)
1029             {
1030                 rvec_inc(sumv[i], fr.v[i]);
1031             }
1032             nr_vfr++;
1033         }
1034         if (bCF && fr.bF)
1035         {
1036             for (i = 0; i < fr.natoms; i++)
1037             {
1038                 rvec_inc(sumf[i], fr.f[i]);
1039             }
1040             nr_ffr++;
1041         }
1042
1043     }
1044     while (read_next_frame(oenv, status, &fr));
1045
1046     if (gpbc != NULL)
1047     {
1048         gmx_rmpbc_done(gpbc);
1049     }
1050
1051     /* clean up a bit */
1052     close_trj(status);
1053
1054     if (bOX)
1055     {
1056         gmx_ffclose(outx);
1057     }
1058     if (bOXT)
1059     {
1060         close_trx(status_out);
1061     }
1062     if (bOV)
1063     {
1064         gmx_ffclose(outv);
1065     }
1066     if (bOF)
1067     {
1068         gmx_ffclose(outf);
1069     }
1070     if (bOB)
1071     {
1072         gmx_ffclose(outb);
1073     }
1074     if (bOT)
1075     {
1076         gmx_ffclose(outt);
1077     }
1078     if (bEKT)
1079     {
1080         gmx_ffclose(outekt);
1081     }
1082     if (bEKR)
1083     {
1084         gmx_ffclose(outekr);
1085     }
1086
1087     if (bVD)
1088     {
1089         print_histo(opt2fn("-vd", NFILE, fnm), nvhisto, vhisto, binwidth, oenv);
1090     }
1091
1092     if (bCV || bCF)
1093     {
1094         if (nr_xfr > 1)
1095         {
1096             if (ePBC != epbcNONE && !bNoJump)
1097             {
1098                 fprintf(stderr, "\nWARNING: More than one frame was used for option -cv or -cf\n"
1099                         "If atoms jump across the box you should use the -nojump or -ctime option\n\n");
1100             }
1101             for (i = 0; i < isize[0]; i++)
1102             {
1103                 svmul(1.0/nr_xfr, sumx[index[0][i]], sumx[index[0][i]]);
1104             }
1105         }
1106         else if (nr_xfr == 0)
1107         {
1108             fprintf(stderr, "\nWARNING: No coordinate frames found for option -cv or -cf\n\n");
1109         }
1110     }
1111     if (bCV)
1112     {
1113         write_pdb_bfac(opt2fn("-cv", NFILE, fnm),
1114                        opt2fn("-av", NFILE, fnm), "average velocity", &(top.atoms),
1115                        ePBC, topbox, isize[0], index[0], nr_xfr, sumx,
1116                        nr_vfr, sumv, bDim, scale, oenv);
1117     }
1118     if (bCF)
1119     {
1120         write_pdb_bfac(opt2fn("-cf", NFILE, fnm),
1121                        opt2fn("-af", NFILE, fnm), "average force", &(top.atoms),
1122                        ePBC, topbox, isize[0], index[0], nr_xfr, sumx,
1123                        nr_ffr, sumf, bDim, scale, oenv);
1124     }
1125
1126     /* view it */
1127     view_all(oenv, NFILE, fnm);
1128
1129     return 0;
1130 }