src/gromacs/gmxpreprocess/gen_vsite.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 "string2.h"
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <math.h>
  44 #include <string.h>
  45 #include "gen_vsite.h"
  46 #include "smalloc.h"
  47 #include "resall.h"
  48 #include "add_par.h"
  49 #include "vec.h"
  50 #include "toputil.h"
  51 #include "physics.h"
  52 #include "index.h"
  53 #include "names.h"
  54 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  55 #include "gpp_atomtype.h"
  56 #include "fflibutil.h"
  57 #include "macros.h"
  58
  59 #define MAXNAME 32
  60 #define OPENDIR     '[' /* starting sign for directive          */
  61 #define CLOSEDIR    ']' /* ending sign for directive            */
  62
  63 typedef struct {
  64     char       atomtype[MAXNAME];  /* Type for the XH3/XH2 atom */
  65     gmx_bool   isplanar;           /* If true, the atomtype above and the three connected
  66                                     * ones are in a planar geometry. The two next entries
  67                                     * are undefined in that case
  68                                     */
  69     int    nhydrogens;             /* number of connected hydrogens */
  70     char   nextheavytype[MAXNAME]; /* Type for the heavy atom bonded to XH2/XH3 */
  71     char   dummymass[MAXNAME];     /* The type of MNH* or MCH3* dummy mass to use */
  72 } t_vsiteconf;
  73
  74
  75 /* Structure to represent average bond and angles values in vsite aromatic
  76  * residues. Note that these are NOT necessarily the bonds and angles from the
  77  * forcefield; many forcefields (like Amber, OPLS) have some inherent strain in
  78  * 5-rings (i.e. the sum of angles is !=540, but impropers keep it planar)
  79  */
  80 typedef struct {
  81     char resname[MAXNAME];
  82     int  nbonds;
  83     int  nangles;
  84     struct vsitetop_bond {
  85         char   atom1[MAXNAME];
  86         char   atom2[MAXNAME];
  87         float  value;
  88     } *bond; /* list of bonds */
  89     struct vsitetop_angle {
  90         char   atom1[MAXNAME];
  91         char   atom2[MAXNAME];
  92         char   atom3[MAXNAME];
  93         float  value;
  94     } *angle; /* list of angles */
  95 } t_vsitetop;
  96
  97
  98 enum {
  99     DDB_CH3, DDB_NH3, DDB_NH2, DDB_PHE, DDB_TYR,
 100     DDB_TRP, DDB_HISA, DDB_HISB, DDB_HISH, DDB_DIR_NR
 101 };
 102
 103 typedef char t_dirname[STRLEN];
 104
 105 static const t_dirname ddb_dirnames[DDB_DIR_NR] = {
 106     "CH3",
 107     "NH3",
 108     "NH2",
 109     "PHE",
 110     "TYR",
 111     "TRP",
 112     "HISA",
 113     "HISB",
 114     "HISH"
 115 };
 116
 117 static int ddb_name2dir(char *name)
 118 {
 119     /* Translate a directive name to the number of the directive.
 120      * HID/HIE/HIP names are translated to the ones we use in Gromacs.
 121      */
 122
 123     int i, index;
 124
 125     index = -1;
 126
 127     for (i = 0; i < DDB_DIR_NR && index < 0; i++)
 128     {
 129         if (!gmx_strcasecmp(name, ddb_dirnames[i]))
 130         {
 131             index = i;
 132         }
 133     }
 134
 135     return index;
 136 }
 137
 138
 139 static void read_vsite_database(const char *ddbname,
 140                                 t_vsiteconf **pvsiteconflist, int *nvsiteconf,
 141                                 t_vsitetop **pvsitetoplist, int *nvsitetop)
 142 {
 143     /* This routine is a quick hack to fix the problem with hardcoded atomtypes
 144      * and aromatic vsite parameters by reading them from a ff???.vsd file.
 145      *
 146      * The file can contain sections [ NH3 ], [ CH3 ], [ NH2 ], and ring residue names.
 147      * For the NH3 and CH3 section each line has three fields. The first is the atomtype
 148      * (nb: not bonded type) of the N/C atom to be replaced, the second field is
 149      * the type of the next heavy atom it is bonded to, and the third field the type
 150      * of dummy mass that will be used for this group.
 151      *
 152      * If the NH2 group planar (sp2 N) a different vsite construct is used, so in this
 153      * case the second field should just be the word planar.
 154      */
 155
 156     FILE        *ddb;
 157     char         dirstr[STRLEN];
 158     char         pline[STRLEN];
 159     int          i, j, n, k, nvsite, ntop, curdir, prevdir;
 160     t_vsiteconf *vsiteconflist;
 161     t_vsitetop  *vsitetoplist;
 162     char        *ch;
 163     char         s1[MAXNAME], s2[MAXNAME], s3[MAXNAME], s4[MAXNAME];
 164
 165     ddb = libopen(ddbname);
 166
 167     nvsite        = *nvsiteconf;
 168     vsiteconflist = *pvsiteconflist;
 169     ntop          = *nvsitetop;
 170     vsitetoplist  = *pvsitetoplist;
 171
 172     curdir = -1;
 173
 174     snew(vsiteconflist, 1);
 175     snew(vsitetoplist, 1);
 176
 177     while (fgets2(pline, STRLEN-2, ddb) != NULL)
 178     {
 179         strip_comment(pline);
 180         trim(pline);
 181         if (strlen(pline) > 0)
 182         {
 183             if (pline[0] == OPENDIR)
 184             {
 185                 strncpy(dirstr, pline+1, STRLEN-2);
 186                 if ((ch = strchr (dirstr, CLOSEDIR)) != NULL)
 187                 {
 188                     (*ch) = 0;
 189                 }
 190                 trim (dirstr);
 191
 192                 if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HID") ||
 193                     !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISD"))
 194                 {
 195                     sprintf(dirstr, "HISA");
 196                 }
 197                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIE") ||
 198                          !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISE"))
 199                 {
 200                     sprintf(dirstr, "HISB");
 201                 }
 202                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIP"))
 203                 {
 204                     sprintf(dirstr, "HISH");
 205                 }
 206
 207                 curdir = ddb_name2dir(dirstr);
 208                 if (curdir < 0)
 209                 {
 210                     gmx_fatal(FARGS, "Invalid directive %s in vsite database %s",
 211                               dirstr, ddbname);
 212                 }
 213             }
 214             else
 215             {
 216                 switch (curdir)
 217                 {
 218                     case -1:
 219                         gmx_fatal(FARGS, "First entry in vsite database must be a directive.\n");
 220                         break;
 221                     case DDB_CH3:
 222                     case DDB_NH3:
 223                     case DDB_NH2:
 224                         n = sscanf(pline, "%s%s%s", s1, s2, s3);
 225                         if (n < 3 && !gmx_strcasecmp(s2, "planar"))
 226                         {
 227                             srenew(vsiteconflist, nvsite+1);
 228                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 229                             vsiteconflist[nvsite].isplanar         = TRUE;
 230                             vsiteconflist[nvsite].nextheavytype[0] = 0;
 231                             vsiteconflist[nvsite].dummymass[0]     = 0;
 232                             vsiteconflist[nvsite].nhydrogens       = 2;
 233                             nvsite++;
 234                         }
 235                         else if (n == 3)
 236                         {
 237                             srenew(vsiteconflist, (nvsite+1));
 238                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 239                             vsiteconflist[nvsite].isplanar = FALSE;
 240                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].nextheavytype, s2, MAXNAME-1);
 241                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].dummymass, s3, MAXNAME-1);
 242                             if (curdir == DDB_NH2)
 243                             {
 244                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 2;
 245                             }
 246                             else
 247                             {
 248                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 3;
 249                             }
 250                             nvsite++;
 251                         }
 252                         else
 253                         {
 254                             gmx_fatal(FARGS, "Not enough directives in vsite database line: %s\n", pline);
 255                         }
 256                         break;
 257                     case DDB_PHE:
 258                     case DDB_TYR:
 259                     case DDB_TRP:
 260                     case DDB_HISA:
 261                     case DDB_HISB:
 262                     case DDB_HISH:
 263                         i = 0;
 264                         while ((i < ntop) && gmx_strcasecmp(dirstr, vsitetoplist[i].resname))
 265                         {
 266                             i++;
 267                         }
 268                         /* Allocate a new topology entry if this is a new residue */
 269                         if (i == ntop)
 270                         {
 271                             srenew(vsitetoplist, ntop+1);
 272                             ntop++; /* i still points to current vsite topology entry */
 273                             strncpy(vsitetoplist[i].resname, dirstr, MAXNAME-1);
 274                             vsitetoplist[i].nbonds = vsitetoplist[i].nangles = 0;
 275                             snew(vsitetoplist[i].bond, 1);
 276                             snew(vsitetoplist[i].angle, 1);
 277                         }
 278                         n = sscanf(pline, "%s%s%s%s", s1, s2, s3, s4);
 279                         if (n == 3)
 280                         {
 281                             /* bond */
 282                             k = vsitetoplist[i].nbonds++;
 283                             srenew(vsitetoplist[i].bond, k+1);
 284                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 285                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 286                             vsitetoplist[i].bond[k].value = strtod(s3, NULL);
 287                         }
 288                         else if (n == 4)
 289                         {
 290                             /* angle */
 291                             k = vsitetoplist[i].nangles++;
 292                             srenew(vsitetoplist[i].angle, k+1);
 293                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 294                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 295                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom3, s3, MAXNAME-1);
 296                             vsitetoplist[i].angle[k].value = strtod(s4, NULL);
 297                         }
 298                         else
 299                         {
 300                             gmx_fatal(FARGS, "Need 3 or 4 values to specify bond/angle values in %s: %s\n", ddbname, pline);
 301                         }
 302                         break;
 303                     default:
 304                         gmx_fatal(FARGS, "Didnt find a case for directive %s in read_vsite_database\n", dirstr);
 305                 }
 306             }
 307         }
 308     }
 309
 310     *pvsiteconflist = vsiteconflist;
 311     *pvsitetoplist  = vsitetoplist;
 312     *nvsiteconf     = nvsite;
 313     *nvsitetop      = ntop;
 314
 315     gmx_ffclose(ddb);
 316 }
 317
 318 static int nitrogen_is_planar(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atomtype[])
 319 {
 320     /* Return 1 if atomtype exists in database list and is planar, 0 if not,
 321      * and -1 if not found.
 322      */
 323     int      i, res;
 324     gmx_bool found = FALSE;
 325     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 326     {
 327         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atomtype) && (vsiteconflist[i].nhydrogens == 2));
 328     }
 329     if (found)
 330     {
 331         res = (vsiteconflist[i-1].isplanar == TRUE);
 332     }
 333     else
 334     {
 335         res = -1;
 336     }
 337
 338     return res;
 339 }
 340
 341 static char *get_dummymass_name(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atom[], char nextheavy[])
 342 {
 343     /* Return the dummy mass name if found, or NULL if not set in ddb database */
 344     int      i;
 345     gmx_bool found = FALSE;
 346     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 347     {
 348         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atom) &&
 349                  !gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].nextheavytype, nextheavy));
 350     }
 351     if (found)
 352     {
 353         return vsiteconflist[i-1].dummymass;
 354     }
 355     else
 356     {
 357         return NULL;
 358     }
 359 }
 360
 361
 362
 363 static real get_ddb_bond(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 364                          const char res[],
 365                          const char atom1[], const char atom2[])
 366 {
 367     int i, j;
 368
 369     i = 0;
 370     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 371     {
 372         i++;
 373     }
 374     if (i == nvsitetop)
 375     {
 376         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 377     }
 378     j = 0;
 379     while (j < vsitetop[i].nbonds &&
 380            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom1) || strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom2)) &&
 381            ( strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom1) || strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom2)))
 382     {
 383         j++;
 384     }
 385     if (j == vsitetop[i].nbonds)
 386     {
 387         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find bond %s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, res);
 388     }
 389
 390     return vsitetop[i].bond[j].value;
 391 }
 392
 393
 394 static real get_ddb_angle(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 395                           const char res[], const char atom1[],
 396                           const char atom2[], const char atom3[])
 397 {
 398     int i, j;
 399
 400     i = 0;
 401     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 402     {
 403         i++;
 404     }
 405     if (i == nvsitetop)
 406     {
 407         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 408     }
 409     j = 0;
 410     while (j < vsitetop[i].nangles &&
 411            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom1) ||
 412              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) ||
 413              strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom3)) &&
 414            ( strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom1) ||
 415              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) ||
 416              strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom3)))
 417     {
 418         j++;
 419     }
 420     if (j == vsitetop[i].nangles)
 421     {
 422         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find angle %s-%s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, atom3, res);
 423     }
 424
 425     return vsitetop[i].angle[j].value;
 426 }
 427
 428
 429 static void count_bonds(int atom, t_params *psb, char ***atomname,
 430                         int *nrbonds, int *nrHatoms, int Hatoms[], int *Heavy,
 431                         int *nrheavies, int heavies[])
 432 {
 433     int i, heavy, other, nrb, nrH, nrhv;
 434
 435     /* find heavy atom bound to this hydrogen */
 436     heavy = NOTSET;
 437     for (i = 0; (i < psb->nr) && (heavy == NOTSET); i++)
 438     {
 439         if (psb->param[i].AI == atom)
 440         {
 441             heavy = psb->param[i].AJ;
 442         }
 443         else if (psb->param[i].AJ == atom)
 444         {
 445             heavy = psb->param[i].AI;
 446         }
 447     }
 448     if (heavy == NOTSET)
 449     {
 450         gmx_fatal(FARGS, "unbound hydrogen atom %d", atom+1);
 451     }
 452     /* find all atoms bound to heavy atom */
 453     other = NOTSET;
 454     nrb   = 0;
 455     nrH   = 0;
 456     nrhv  = 0;
 457     for (i = 0; i < psb->nr; i++)
 458     {
 459         if (psb->param[i].AI == heavy)
 460         {
 461             other = psb->param[i].AJ;
 462         }
 463         else if (psb->param[i].AJ == heavy)
 464         {
 465             other = psb->param[i].AI;
 466         }
 467         if (other != NOTSET)
 468         {
 469             nrb++;
 470             if (is_hydrogen(*(atomname[other])))
 471             {
 472                 Hatoms[nrH] = other;
 473                 nrH++;
 474             }
 475             else
 476             {
 477                 heavies[nrhv] = other;
 478                 nrhv++;
 479             }
 480             other = NOTSET;
 481         }
 482     }
 483     *Heavy     = heavy;
 484     *nrbonds   = nrb;
 485     *nrHatoms  = nrH;
 486     *nrheavies = nrhv;
 487 }
 488
 489 static void print_bonds(FILE *fp, int o2n[],
 490                         int nrHatoms, int Hatoms[], int Heavy,
 491                         int nrheavies, int heavies[])
 492 {
 493     int i;
 494
 495     fprintf(fp, "Found: %d Hatoms: ", nrHatoms);
 496     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 497     {
 498         fprintf(fp, " %d", o2n[Hatoms[i]]+1);
 499     }
 500     fprintf(fp, "; %d Heavy atoms: %d", nrheavies+1, o2n[Heavy]+1);
 501     for (i = 0; i < nrheavies; i++)
 502     {
 503         fprintf(fp, " %d", o2n[heavies[i]]+1);
 504     }
 505     fprintf(fp, "\n");
 506 }
 507
 508 static int get_atype(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 509                      gmx_residuetype_t rt)
 510 {
 511     int      type;
 512     gmx_bool bNterm;
 513     int      j;
 514     t_restp *rtpp;
 515
 516     if (at->atom[atom].m)
 517     {
 518         type = at->atom[atom].type;
 519     }
 520     else
 521     {
 522         /* get type from rtp */
 523         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 524         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 525             (at->atom[atom].resind == 0);
 526         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 527         type = rtpp->atom[j].type;
 528     }
 529     return type;
 530 }
 531
 532 static int vsite_nm2type(const char *name, gpp_atomtype_t atype)
 533 {
 534     int tp;
 535
 536     tp = get_atomtype_type(name, atype);
 537     if (tp == NOTSET)
 538     {
 539         gmx_fatal(FARGS, "Dummy mass type (%s) not found in atom type database",
 540                   name);
 541     }
 542
 543     return tp;
 544 }
 545
 546 static real get_amass(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 547                       gmx_residuetype_t rt)
 548 {
 549     real     mass;
 550     gmx_bool bNterm;
 551     int      j;
 552     t_restp *rtpp;
 553
 554     if (at->atom[atom].m)
 555     {
 556         mass = at->atom[atom].m;
 557     }
 558     else
 559     {
 560         /* get mass from rtp */
 561         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 562         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 563             (at->atom[atom].resind == 0);
 564         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 565         mass = rtpp->atom[j].m;
 566     }
 567     return mass;
 568 }
 569
 570 static void my_add_param(t_params *plist, int ai, int aj, real b)
 571 {
 572     static real c[MAXFORCEPARAM] =
 573     { NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET };
 574
 575     c[0] = b;
 576     add_param(plist, ai, aj, c, NULL);
 577 }
 578
 579 static void add_vsites(t_params plist[], int vsite_type[],
 580                        int Heavy, int nrHatoms, int Hatoms[],
 581                        int nrheavies, int heavies[])
 582 {
 583     int      i, j, ftype, other, moreheavy, bb;
 584     gmx_bool bSwapParity;
 585
 586     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 587     {
 588         ftype = vsite_type[Hatoms[i]];
 589         /* Errors in setting the vsite_type should really be caugth earlier,
 590          * because here it's not possible to print any useful error message.
 591          * But it's still better to print a message than to segfault.
 592          */
 593         if (ftype == NOTSET)
 594         {
 595             gmx_incons("Undetected error in setting up virtual sites");
 596         }
 597         bSwapParity           = (ftype < 0);
 598         vsite_type[Hatoms[i]] = ftype = abs(ftype);
 599         if (ftype == F_BONDS)
 600         {
 601             if ( (nrheavies != 1) && (nrHatoms != 1) )
 602             {
 603                 gmx_fatal(FARGS, "cannot make constraint in add_vsites for %d heavy "
 604                           "atoms and %d hydrogen atoms", nrheavies, nrHatoms);
 605             }
 606             my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), Hatoms[i], heavies[0], NOTSET);
 607         }
 608         else
 609         {
 610             switch (ftype)
 611             {
 612                 case F_VSITE3:
 613                 case F_VSITE3FD:
 614                 case F_VSITE3OUT:
 615                     if (nrheavies < 2)
 616                     {
 617                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 3)",
 618                                   nrheavies+1,
 619                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 620                     }
 621                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], heavies[1],
 622                                      bSwapParity);
 623                     break;
 624                 case F_VSITE3FAD:
 625                 {
 626                     if (nrheavies > 1)
 627                     {
 628                         moreheavy = heavies[1];
 629                     }
 630                     else
 631                     {
 632                         /* find more heavy atoms */
 633                         other = moreheavy = NOTSET;
 634                         for (j = 0; (j < plist[F_BONDS].nr) && (moreheavy == NOTSET); j++)
 635                         {
 636                             if (plist[F_BONDS].param[j].AI == heavies[0])
 637                             {
 638                                 other = plist[F_BONDS].param[j].AJ;
 639                             }
 640                             else if (plist[F_BONDS].param[j].AJ == heavies[0])
 641                             {
 642                                 other = plist[F_BONDS].param[j].AI;
 643                             }
 644                             if ( (other != NOTSET) && (other != Heavy) )
 645                             {
 646                                 moreheavy = other;
 647                             }
 648                         }
 649                         if (moreheavy == NOTSET)
 650                         {
 651                             gmx_fatal(FARGS, "Unbound molecule part %d-%d", Heavy+1, Hatoms[0]+1);
 652                         }
 653                     }
 654                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], moreheavy,
 655                                      bSwapParity);
 656                     break;
 657                 }
 658                 case F_VSITE4FD:
 659                 case F_VSITE4FDN:
 660                     if (nrheavies < 3)
 661                     {
 662                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 4)",
 663                                   nrheavies+1,
 664                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 665                     }
 666                     add_vsite4_atoms(&plist[ftype],
 667                                      Hatoms[0], Heavy, heavies[0], heavies[1], heavies[2]);
 668                     break;
 669
 670                 default:
 671                     gmx_fatal(FARGS, "can't use add_vsites for interaction function %s",
 672                               interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 673             } /* switch ftype */
 674         }     /* else */
 675     }         /* for i */
 676 }
 677
 678 #define ANGLE_6RING (DEG2RAD*120)
 679
 680 /* cosine rule: a^2 = b^2 + c^2 - 2 b c cos(alpha) */
 681 /* get a^2 when a, b and alpha are given: */
 682 #define cosrule(b, c, alpha) ( sqr(b) + sqr(c) - 2*b*c*cos(alpha) )
 683 /* get cos(alpha) when a, b and c are given: */
 684 #define acosrule(a, b, c) ( (sqr(b)+sqr(c)-sqr(a))/(2*b*c) )
 685
 686 static int gen_vsites_6ring(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 687                             int nrfound, int *ats, real bond_cc, real bond_ch,
 688                             real xcom, gmx_bool bDoZ)
 689 {
 690     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 691     enum {
 692         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 693         atCZ, atHZ, atNR
 694     };
 695
 696     int  i, nvsite;
 697     real a, b, dCGCE, tmp1, tmp2, mtot, mG, mrest;
 698     real xCG, yCG, xCE1, yCE1, xCE2, yCE2;
 699     /* CG, CE1 and CE2 stay and each get a part of the total mass,
 700      * so the c-o-m stays the same.
 701      */
 702
 703     if (bDoZ)
 704     {
 705         if (atNR != nrfound)
 706         {
 707             gmx_incons("Generating vsites on 6-rings");
 708         }
 709     }
 710
 711     /* constraints between CG, CE1 and CE2: */
 712     dCGCE = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
 713     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE);
 714     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE2], dCGCE);
 715     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atCE2], dCGCE);
 716
 717     /* rest will be vsite3 */
 718     mtot   = 0;
 719     nvsite = 0;
 720     for (i = 0; i <  (bDoZ ? atNR : atHZ); i++)
 721     {
 722         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 723         if (i != atCG && i != atCE1 && i != atCE2 && (bDoZ || (i != atHZ && i != atCZ) ) )
 724         {
 725             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
 726             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
 727             nvsite++;
 728         }
 729     }
 730     /* Distribute mass so center-of-mass stays the same.
 731      * The center-of-mass in the call is defined with x=0 at
 732      * the CE1-CE2 bond and y=0 at the line from CG to the middle of CE1-CE2 bond.
 733      */
 734     xCG  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
 735     yCG  = 0;
 736     xCE1 = 0;
 737     yCE1 = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 738     xCE2 = 0;
 739     yCE2 = -bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 740
 741     mG                             = at->atom[ats[atCG]].m = at->atom[ats[atCG]].mB = xcom*mtot/xCG;
 742     mrest                          = mtot-mG;
 743     at->atom[ats[atCE1]].m         = at->atom[ats[atCE1]].mB =
 744             at->atom[ats[atCE2]].m = at->atom[ats[atCE2]].mB = mrest / 2;
 745
 746     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
 747     tmp1  = dCGCE*sin(ANGLE_6RING*0.5);
 748     tmp2  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING) + tmp1;
 749     tmp1 *= 2;
 750     a     = b = -bond_ch / tmp1;
 751     /* HE1 and HE2: */
 752     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 753                      ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 754     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 755                      ats[atHE2], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 756     /* CD1, CD2 and CZ: */
 757     a = b = tmp2 / tmp1;
 758     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 759                      ats[atCD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 760     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 761                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 762     if (bDoZ)
 763     {
 764         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 765                          ats[atCZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 766     }
 767     /* HD1, HD2 and HZ: */
 768     a = b = ( bond_ch + tmp2 ) / tmp1;
 769     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 770                      ats[atHD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 771     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 772                      ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 773     if (bDoZ)
 774     {
 775         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 776                          ats[atHZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 777     }
 778
 779     return nvsite;
 780 }
 781
 782 static int gen_vsites_phe(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 783                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 784 {
 785     real bond_cc, bond_ch;
 786     real xcom, mtot;
 787     int  i;
 788     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 789     enum {
 790         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 791         atCZ, atHZ, atNR
 792     };
 793     real x[atNR], y[atNR];
 794     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length.
 795      * (angle is always 120 degrees).
 796      */
 797     bond_cc = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "CE1");
 798     bond_ch = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "HD1");
 799
 800     x[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
 801     y[atCG]  = 0;
 802     x[atCD1] = -bond_cc;
 803     y[atCD1] = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 804     x[atHD1] = x[atCD1]+bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
 805     y[atHD1] = y[atCD1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
 806     x[atCE1] = 0;
 807     y[atCE1] = y[atCD1];
 808     x[atHE1] = x[atCE1]-bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
 809     y[atHE1] = y[atCE1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
 810     x[atCD2] = x[atCD1];
 811     y[atCD2] = -y[atCD1];
 812     x[atHD2] = x[atHD1];
 813     y[atHD2] = -y[atHD1];
 814     x[atCE2] = x[atCE1];
 815     y[atCE2] = -y[atCE1];
 816     x[atHE2] = x[atHE1];
 817     y[atHE2] = -y[atHE1];
 818     x[atCZ]  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING);
 819     y[atCZ]  = 0;
 820     x[atHZ]  = x[atCZ]+bond_ch;
 821     y[atHZ]  = 0;
 822
 823     xcom = mtot = 0;
 824     for (i = 0; i < atNR; i++)
 825     {
 826         xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
 827         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 828     }
 829     xcom /= mtot;
 830
 831     return gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, TRUE);
 832 }
 833
 834 static void calc_vsite3_param(real xd, real yd, real xi, real yi, real xj, real yj,
 835                               real xk, real yk, real *a, real *b)
 836 {
 837     /* determine parameters by solving the equation system, since we know the
 838      * virtual site coordinates here.
 839      */
 840     real dx_ij, dx_ik, dy_ij, dy_ik;
 841     real b_ij, b_ik;
 842
 843     dx_ij = xj-xi;
 844     dy_ij = yj-yi;
 845     dx_ik = xk-xi;
 846     dy_ik = yk-yi;
 847     b_ij  = sqrt(dx_ij*dx_ij+dy_ij*dy_ij);
 848     b_ik  = sqrt(dx_ik*dx_ik+dy_ik*dy_ik);
 849
 850     *a = ( (xd-xi)*dy_ik - dx_ik*(yd-yi) ) / (dx_ij*dy_ik - dx_ik*dy_ij);
 851     *b = ( yd - yi - (*a)*dy_ij ) / dy_ik;
 852 }
 853
 854
 855 static int gen_vsites_trp(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
 856                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
 857                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
 858                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
 859                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 860                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
 861                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 862 {
 863 #define NMASS 2
 864     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 865     enum {
 866         atCB,  atCG,  atCD1, atHD1, atCD2, atNE1, atHE1, atCE2, atCE3, atHE3,
 867         atCZ2, atHZ2, atCZ3, atHZ3, atCH2, atHH2, atNR
 868     };
 869     /* weights for determining the COM's of both rings (M1 and M2): */
 870     real mw[NMASS][atNR] = {
 871         {   0,     1,     1,     1,   0.5,     1,     1,   0.5,     0,     0,
 872             0,     0,     0,     0,     0,     0 },
 873         {   0,     0,     0,     0,   0.5,     0,     0,   0.5,     1,     1,
 874             1,     1,     1,     1,     1,     1 }
 875     };
 876
 877     real xi[atNR], yi[atNR];
 878     real xcom[NMASS], ycom[NMASS], I, alpha;
 879     real lineA, lineB, dist;
 880     real b_CD2_CE2, b_NE1_CE2, b_CG_CD2, b_CH2_HH2, b_CE2_CZ2;
 881     real b_NE1_HE1, b_CD2_CE3, b_CE3_CZ3, b_CB_CG;
 882     real b_CZ2_CH2, b_CZ2_HZ2, b_CD1_HD1, b_CE3_HE3;
 883     real b_CG_CD1, b_CZ3_HZ3;
 884     real a_NE1_CE2_CD2, a_CE2_CD2_CG, a_CB_CG_CD2, a_CE2_CD2_CE3;
 885     real a_CB_CG_CD1, a_CD2_CG_CD1, a_CE2_CZ2_HZ2, a_CZ2_CH2_HH2;
 886     real a_CD2_CE2_CZ2, a_CD2_CE3_CZ3, a_CE3_CZ3_HZ3, a_CG_CD1_HD1;
 887     real a_CE2_CZ2_CH2, a_HE1_NE1_CE2, a_CD2_CE3_HE3;
 888     real xM[NMASS];
 889     int  atM[NMASS], tpM, i, i0, j, nvsite;
 890     real mwtot, mtot, mM[NMASS], dCBM1, dCBM2, dM1M2;
 891     real a, b, c[MAXFORCEPARAM];
 892     rvec r_ij, r_ik, t1, t2;
 893     char name[10];
 894
 895     if (atNR != nrfound)
 896     {
 897         gmx_incons("atom types in gen_vsites_trp");
 898     }
 899     /* Get geometry from database */
 900     b_CD2_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2");
 901     b_NE1_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2");
 902     b_CG_CD1  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1");
 903     b_CG_CD2  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD2");
 904     b_CB_CG   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG");
 905     b_CE2_CZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2");
 906     b_CD2_CE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3");
 907     b_CE3_CZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3");
 908     b_CZ2_CH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2");
 909
 910     b_CD1_HD1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD1", "HD1");
 911     b_CZ2_HZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "HZ2");
 912     b_NE1_HE1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "HE1");
 913     b_CH2_HH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CH2", "HH2");
 914     b_CE3_HE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "HE3");
 915     b_CZ3_HZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ3", "HZ3");
 916
 917     a_NE1_CE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2", "CD2");
 918     a_CE2_CD2_CG  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CG");
 919     a_CB_CG_CD2   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD2");
 920     a_CD2_CG_CD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CG", "CD1");
 921     a_CB_CG_CD1   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD1");
 922
 923     a_CE2_CD2_CE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CE3");
 924     a_CD2_CE2_CZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2", "CZ2");
 925     a_CD2_CE3_CZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "CZ3");
 926     a_CE3_CZ3_HZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3", "HZ3");
 927     a_CZ2_CH2_HH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2", "HH2");
 928     a_CE2_CZ2_HZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "HZ2");
 929     a_CE2_CZ2_CH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "CH2");
 930     a_CG_CD1_HD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1", "HD1");
 931     a_HE1_NE1_CE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "HE1", "NE1", "CE2");
 932     a_CD2_CE3_HE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "HE3");
 933
 934     /* Calculate local coordinates.
 935      * y-axis (x=0) is the bond CD2-CE2.
 936      * x-axis (y=0) is perpendicular to the bond CD2-CE2 and
 937      * intersects the middle of the bond.
 938      */
 939     xi[atCD2] = 0;
 940     yi[atCD2] = -0.5*b_CD2_CE2;
 941
 942     xi[atCE2] = 0;
 943     yi[atCE2] = 0.5*b_CD2_CE2;
 944
 945     xi[atNE1] = -b_NE1_CE2*sin(a_NE1_CE2_CD2);
 946     yi[atNE1] = yi[atCE2]-b_NE1_CE2*cos(a_NE1_CE2_CD2);
 947
 948     xi[atCG] = -b_CG_CD2*sin(a_CE2_CD2_CG);
 949     yi[atCG] = yi[atCD2]+b_CG_CD2*cos(a_CE2_CD2_CG);
 950
 951     alpha    = a_CE2_CD2_CG + M_PI - a_CB_CG_CD2;
 952     xi[atCB] = xi[atCG]-b_CB_CG*sin(alpha);
 953     yi[atCB] = yi[atCG]+b_CB_CG*cos(alpha);
 954
 955     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - M_PI;
 956     xi[atCD1] = xi[atCG]-b_CG_CD1*sin(alpha);
 957     yi[atCD1] = yi[atCG]+b_CG_CD1*cos(alpha);
 958
 959     xi[atCE3] = b_CD2_CE3*sin(a_CE2_CD2_CE3);
 960     yi[atCE3] = yi[atCD2]+b_CD2_CE3*cos(a_CE2_CD2_CE3);
 961
 962     xi[atCZ2] = b_CE2_CZ2*sin(a_CD2_CE2_CZ2);
 963     yi[atCZ2] = yi[atCE2]-b_CE2_CZ2*cos(a_CD2_CE2_CZ2);
 964
 965     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - M_PI;
 966     xi[atCZ3] = xi[atCE3]+b_CE3_CZ3*sin(alpha);
 967     yi[atCZ3] = yi[atCE3]+b_CE3_CZ3*cos(alpha);
 968
 969     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - M_PI;
 970     xi[atCH2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_CH2*sin(alpha);
 971     yi[atCH2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_CH2*cos(alpha);
 972
 973     /* hydrogens */
 974     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - a_CG_CD1_HD1;
 975     xi[atHD1] = xi[atCD1]-b_CD1_HD1*sin(alpha);
 976     yi[atHD1] = yi[atCD1]+b_CD1_HD1*cos(alpha);
 977
 978     alpha     = a_NE1_CE2_CD2 + M_PI - a_HE1_NE1_CE2;
 979     xi[atHE1] = xi[atNE1]-b_NE1_HE1*sin(alpha);
 980     yi[atHE1] = yi[atNE1]-b_NE1_HE1*cos(alpha);
 981
 982     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + M_PI - a_CD2_CE3_HE3;
 983     xi[atHE3] = xi[atCE3]+b_CE3_HE3*sin(alpha);
 984     yi[atHE3] = yi[atCE3]+b_CE3_HE3*cos(alpha);
 985
 986     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + M_PI - a_CE2_CZ2_HZ2;
 987     xi[atHZ2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_HZ2*sin(alpha);
 988     yi[atHZ2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_HZ2*cos(alpha);
 989
 990     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - a_CZ2_CH2_HH2;
 991     xi[atHZ3] = xi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*sin(alpha);
 992     yi[atHZ3] = yi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*cos(alpha);
 993
 994     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - a_CE3_CZ3_HZ3;
 995     xi[atHH2] = xi[atCH2]+b_CH2_HH2*sin(alpha);
 996     yi[atHH2] = yi[atCH2]-b_CH2_HH2*cos(alpha);
 997
 998     /* Determine coeff. for the line CB-CG */
 999     lineA = (yi[atCB]-yi[atCG])/(xi[atCB]-xi[atCG]);
1000     lineB = yi[atCG]-lineA*xi[atCG];
1001
1002     /* Calculate masses for each ring and put it on the dummy masses */
1003     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1004     {
1005         mM[j] = xcom[j] = ycom[j] = 0;
1006     }
1007     for (i = 0; i < atNR; i++)
1008     {
1009         if (i != atCB)
1010         {
1011             for (j = 0; j < NMASS; j++)
1012             {
1013                 mM[j]   += mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1014                 xcom[j] += xi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1015                 ycom[j] += yi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1016             }
1017         }
1018     }
1019     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1020     {
1021         xcom[j] /= mM[j];
1022         ycom[j] /= mM[j];
1023     }
1024
1025     /* get dummy mass type */
1026     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1027     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with CB */
1028     i0 = ats[atCB];
1029     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1030     {
1031         atM[j] = i0+*nadd+j;
1032     }
1033     if (debug)
1034     {
1035         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, (*o2n)[i0]+1);
1036     }
1037     *nadd += NMASS;
1038     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1039     {
1040         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1041     }
1042     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1043     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1044     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1045     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1046     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1047     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1048     {
1049         (*newatomname)[at->nr+*nadd-1-j] = NULL;
1050     }
1051
1052     /* Dummy masses will be placed at the center-of-mass in each ring. */
1053
1054     /* calc initial position for dummy masses in real (non-local) coordinates.
1055      * Cheat by using the routine to calculate virtual site parameters. It is
1056      * much easier when we have the coordinates expressed in terms of
1057      * CB, CG, CD2.
1058      */
1059     rvec_sub(x[ats[atCB]], x[ats[atCG]], r_ij);
1060     rvec_sub(x[ats[atCD2]], x[ats[atCG]], r_ik);
1061     calc_vsite3_param(xcom[0], ycom[0], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1062                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1063     svmul(a, r_ij, t1);
1064     svmul(b, r_ik, t2);
1065     rvec_add(t1, t2, t1);
1066     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[0]]);
1067
1068     calc_vsite3_param(xcom[1], ycom[1], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1069                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1070     svmul(a, r_ij, t1);
1071     svmul(b, r_ik, t2);
1072     rvec_add(t1, t2, t1);
1073     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[1]]);
1074
1075     /* set parameters for the masses */
1076     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1077     {
1078         sprintf(name, "MW%d", j+1);
1079         (*newatomname)  [atM[j]]         = put_symtab(symtab, name);
1080         (*newatom)      [atM[j]].m       = (*newatom)[atM[j]].mB    = mM[j];
1081         (*newatom)      [atM[j]].q       = (*newatom)[atM[j]].qB    = 0.0;
1082         (*newatom)      [atM[j]].type    = (*newatom)[atM[j]].typeB = tpM;
1083         (*newatom)      [atM[j]].ptype   = eptAtom;
1084         (*newatom)      [atM[j]].resind  = at->atom[i0].resind;
1085         (*newatom)      [atM[j]].elem[0] = 'M';
1086         (*newatom)      [atM[j]].elem[1] = '\0';
1087         (*newvsite_type)[atM[j]]         = NOTSET;
1088         (*newcgnr)      [atM[j]]         = (*cgnr)[i0];
1089     }
1090     /* renumber cgnr: */
1091     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1092     {
1093         (*cgnr)[i]++;
1094     }
1095
1096     /* constraints between CB, M1 and M2 */
1097     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
1098     dCBM1 = sqrt( sqr(xcom[0]-xi[atCB]) + sqr(ycom[0]-yi[atCB]) );
1099     dM1M2 = sqrt( sqr(xcom[0]-xcom[1]) + sqr(ycom[0]-ycom[1]) );
1100     dCBM2 = sqrt( sqr(xcom[1]-xi[atCB]) + sqr(ycom[1]-yi[atCB]) );
1101     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[0], dCBM1);
1102     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[1], dCBM2);
1103     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], dM1M2);
1104
1105     /* rest will be vsite3 */
1106     nvsite = 0;
1107     for (i = 0; i < atNR; i++)
1108     {
1109         if (i != atCB)
1110         {
1111             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1112             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1113             nvsite++;
1114         }
1115     }
1116
1117     /* now define all vsites from M1, M2, CB, ie:
1118        r_d = r_M1 + a r_M1_M2 + b r_M1_CB */
1119     for (i = 0; i < atNR; i++)
1120     {
1121         if ( (*vsite_type)[ats[i]] == F_VSITE3)
1122         {
1123             calc_vsite3_param(xi[i], yi[i], xcom[0], ycom[0], xcom[1], ycom[1], xi[atCB], yi[atCB], &a, &b);
1124             add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1125                              ats[i], add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], ats[atCB], a, b);
1126         }
1127     }
1128     return nvsite;
1129 #undef NMASS
1130 }
1131
1132
1133 static int gen_vsites_tyr(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
1134                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
1135                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
1136                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
1137                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1138                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
1139                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1140 {
1141     int  nvsite, i, i0, j, atM, tpM;
1142     real dCGCE, dCEOH, dCGM, tmp1, a, b;
1143     real bond_cc, bond_ch, bond_co, bond_oh, angle_coh;
1144     real xcom, mtot;
1145     real vmass, vdist, mM;
1146     rvec r1;
1147     char name[10];
1148
1149     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1150     enum {
1151         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
1152         atCZ, atOH, atHH, atNR
1153     };
1154     real xi[atNR], yi[atNR];
1155     /* CG, CE1, CE2 (as in general 6-ring) and OH and HH stay,
1156        rest gets virtualized.
1157        Now we have two linked triangles with one improper keeping them flat */
1158     if (atNR != nrfound)
1159     {
1160         gmx_incons("Number of atom types in gen_vsites_tyr");
1161     }
1162
1163     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length
1164      * for the ring part (angle is always 120 degrees).
1165      */
1166     bond_cc   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "CE1");
1167     bond_ch   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "HD1");
1168     bond_co   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH");
1169     bond_oh   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "OH", "HH");
1170     angle_coh = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH", "HH");
1171
1172     xi[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
1173     yi[atCG]  = 0;
1174     xi[atCD1] = -bond_cc;
1175     yi[atCD1] = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
1176     xi[atHD1] = xi[atCD1]+bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
1177     yi[atHD1] = yi[atCD1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
1178     xi[atCE1] = 0;
1179     yi[atCE1] = yi[atCD1];
1180     xi[atHE1] = xi[atCE1]-bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
1181     yi[atHE1] = yi[atCE1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
1182     xi[atCD2] = xi[atCD1];
1183     yi[atCD2] = -yi[atCD1];
1184     xi[atHD2] = xi[atHD1];
1185     yi[atHD2] = -yi[atHD1];
1186     xi[atCE2] = xi[atCE1];
1187     yi[atCE2] = -yi[atCE1];
1188     xi[atHE2] = xi[atHE1];
1189     yi[atHE2] = -yi[atHE1];
1190     xi[atCZ]  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING);
1191     yi[atCZ]  = 0;
1192     xi[atOH]  = xi[atCZ]+bond_co;
1193     yi[atOH]  = 0;
1194
1195     xcom = mtot = 0;
1196     for (i = 0; i < atOH; i++)
1197     {
1198         xcom += xi[i]*at->atom[ats[i]].m;
1199         mtot += at->atom[ats[i]].m;
1200     }
1201     xcom /= mtot;
1202
1203     /* first do 6 ring as default,
1204        except CZ (we'll do that different) and HZ (we don't have that): */
1205     nvsite = gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, FALSE);
1206
1207     /* then construct CZ from the 2nd triangle */
1208     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
1209     a = b = 0.5 * bond_co / ( bond_co - bond_cc*cos(ANGLE_6RING) );
1210     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1211                      ats[atCZ], ats[atOH], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
1212     at->atom[ats[atCZ]].m = at->atom[ats[atCZ]].mB = 0;
1213
1214     /* constraints between CE1, CE2 and OH */
1215     dCGCE = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
1216     dCEOH = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_co, ANGLE_6RING) );
1217     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atOH], dCEOH);
1218     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE2], ats[atOH], dCEOH);
1219
1220     /* We also want to constrain the angle C-O-H, but since CZ is constructed
1221      * we need to introduce a constraint to CG.
1222      * CG is much further away, so that will lead to instabilities in LINCS
1223      * when we constrain both CG-HH and OH-HH distances. Instead of requiring
1224      * the use of lincs_order=8 we introduce a dummy mass three times further
1225      * away from OH than HH. The mass is accordingly a third, with the remaining
1226      * 2/3 moved to OH. This shouldnt cause any problems since the forces will
1227      * apply to the HH constructed atom and not directly on the virtual mass.
1228      */
1229
1230     vdist                   = 2.0*bond_oh;
1231     mM                      = at->atom[ats[atHH]].m/2.0;
1232     at->atom[ats[atOH]].m  += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1233     at->atom[ats[atOH]].mB += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1234     at->atom[ats[atHH]].m   = at->atom[ats[atHH]].mB = 0;
1235
1236     /* get dummy mass type */
1237     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1238     /* make space for 1 mass: shift HH only */
1239     i0  = ats[atHH];
1240     atM = i0+*nadd;
1241     if (debug)
1242     {
1243         fprintf(stderr, "Inserting 1 dummy mass at %d\n", (*o2n)[i0]+1);
1244     }
1245     (*nadd)++;
1246     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1247     {
1248         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1249     }
1250     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1251     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1252     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1253     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1254     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1255     (*newatomname)[at->nr+*nadd-1] = NULL;
1256
1257     /* Calc the dummy mass initial position */
1258     rvec_sub(x[ats[atHH]], x[ats[atOH]], r1);
1259     svmul(2.0, r1, r1);
1260     rvec_add(r1, x[ats[atHH]], (*newx)[atM]);
1261
1262     strcpy(name, "MW1");
1263     (*newatomname)  [atM]         = put_symtab(symtab, name);
1264     (*newatom)      [atM].m       = (*newatom)[atM].mB    = mM;
1265     (*newatom)      [atM].q       = (*newatom)[atM].qB    = 0.0;
1266     (*newatom)      [atM].type    = (*newatom)[atM].typeB = tpM;
1267     (*newatom)      [atM].ptype   = eptAtom;
1268     (*newatom)      [atM].resind  = at->atom[i0].resind;
1269     (*newatom)      [atM].elem[0] = 'M';
1270     (*newatom)      [atM].elem[1] = '\0';
1271     (*newvsite_type)[atM]         = NOTSET;
1272     (*newcgnr)      [atM]         = (*cgnr)[i0];
1273     /* renumber cgnr: */
1274     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1275     {
1276         (*cgnr)[i]++;
1277     }
1278
1279     (*vsite_type)[ats[atHH]] = F_VSITE2;
1280     nvsite++;
1281     /* assume we also want the COH angle constrained: */
1282     tmp1 = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING) + dCGCE*sin(ANGLE_6RING*0.5) + bond_co;
1283     dCGM = sqrt( cosrule(tmp1, vdist, angle_coh) );
1284     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], add_shift+atM, dCGM);
1285     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atOH], add_shift+atM, vdist);
1286
1287     add_vsite2_param(&plist[F_VSITE2],
1288                      ats[atHH], ats[atOH], add_shift+atM, 1.0/2.0);
1289     return nvsite;
1290 }
1291
1292 static int gen_vsites_his(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1293                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1294 {
1295     int  nvsite, i;
1296     real a, b, alpha, dCGCE1, dCGNE2;
1297     real sinalpha, cosalpha;
1298     real xcom, ycom, mtot;
1299     real mG, mrest, mCE1, mNE2;
1300     real b_CG_ND1, b_ND1_CE1, b_CE1_NE2, b_CG_CD2, b_CD2_NE2;
1301     real b_ND1_HD1, b_NE2_HE2, b_CE1_HE1, b_CD2_HD2;
1302     real a_CG_ND1_CE1, a_CG_CD2_NE2, a_ND1_CE1_NE2, a_CE1_NE2_CD2;
1303     real a_NE2_CE1_HE1, a_NE2_CD2_HD2, a_CE1_ND1_HD1, a_CE1_NE2_HE2;
1304     char resname[10];
1305
1306     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1307     enum {
1308         atCG, atND1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atNE2, atHE2, atNR
1309     };
1310     real x[atNR], y[atNR];
1311
1312     /* CG, CE1 and NE2 stay, each gets part of the total mass,
1313        rest gets virtualized */
1314     /* check number of atoms, 3 hydrogens may be missing: */
1315     /* assert( nrfound >= atNR-3 || nrfound <= atNR );
1316      * Don't understand the above logic. Shouldn't it be && rather than || ???
1317      */
1318     if ((nrfound < atNR-3) || (nrfound > atNR))
1319     {
1320         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1321     }
1322
1323     /* avoid warnings about uninitialized variables */
1324     b_ND1_HD1 = b_NE2_HE2 = b_CE1_HE1 = b_CD2_HD2 = a_NE2_CE1_HE1 =
1325                         a_NE2_CD2_HD2 = a_CE1_ND1_HD1 = a_CE1_NE2_HE2 = 0;
1326
1327     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1328     {
1329         if (ats[atHE2] != NOTSET)
1330         {
1331             sprintf(resname, "HISH");
1332         }
1333         else
1334         {
1335             sprintf(resname, "HISA");
1336         }
1337     }
1338     else
1339     {
1340         sprintf(resname, "HISB");
1341     }
1342
1343     /* Get geometry from database */
1344     b_CG_ND1      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1");
1345     b_ND1_CE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1");
1346     b_CE1_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2");
1347     b_CG_CD2      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2");
1348     b_CD2_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "NE2");
1349     a_CG_ND1_CE1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1", "CE1");
1350     a_CG_CD2_NE2  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2", "NE2");
1351     a_ND1_CE1_NE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1", "NE2");
1352     a_CE1_NE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "CD2");
1353
1354     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1355     {
1356         b_ND1_HD1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "HD1");
1357         a_CE1_ND1_HD1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "ND1", "HD1");
1358     }
1359     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1360     {
1361         b_NE2_HE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "HE2");
1362         a_CE1_NE2_HE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "HE2");
1363     }
1364     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1365     {
1366         b_CD2_HD2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "HD2");
1367         a_NE2_CD2_HD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CD2", "HD2");
1368     }
1369     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1370     {
1371         b_CE1_HE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "HE1");
1372         a_NE2_CE1_HE1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CE1", "HE1");
1373     }
1374
1375     /* constraints between CG, CE1 and NE1 */
1376     dCGCE1   = sqrt( cosrule(b_CG_ND1, b_ND1_CE1, a_CG_ND1_CE1) );
1377     dCGNE2   = sqrt( cosrule(b_CG_CD2, b_CD2_NE2, a_CG_CD2_NE2) );
1378
1379     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE1);
1380     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atNE2], dCGNE2);
1381     /* we already have a constraint CE1-NE2, so we don't add it again */
1382
1383     /* calculate the positions in a local frame of reference.
1384      * The x-axis is the line from CG that makes a right angle
1385      * with the bond CE1-NE2, and the y-axis the bond CE1-NE2.
1386      */
1387     /* First calculate the x-axis intersection with y-axis (=yCE1).
1388      * Get cos(angle CG-CE1-NE2) :
1389      */
1390     cosalpha = acosrule(dCGNE2, dCGCE1, b_CE1_NE2);
1391     x[atCE1] = 0;
1392     y[atCE1] = cosalpha*dCGCE1;
1393     x[atNE2] = 0;
1394     y[atNE2] = y[atCE1]-b_CE1_NE2;
1395     sinalpha = sqrt(1-cosalpha*cosalpha);
1396     x[atCG]  = -sinalpha*dCGCE1;
1397     y[atCG]  = 0;
1398     x[atHE1] = x[atHE2] = x[atHD1] = x[atHD2] = 0;
1399     y[atHE1] = y[atHE2] = y[atHD1] = y[atHD2] = 0;
1400
1401     /* calculate ND1 and CD2 positions from CE1 and NE2 */
1402
1403     x[atND1] = -b_ND1_CE1*sin(a_ND1_CE1_NE2);
1404     y[atND1] = y[atCE1]-b_ND1_CE1*cos(a_ND1_CE1_NE2);
1405
1406     x[atCD2] = -b_CD2_NE2*sin(a_CE1_NE2_CD2);
1407     y[atCD2] = y[atNE2]+b_CD2_NE2*cos(a_CE1_NE2_CD2);
1408
1409     /* And finally the hydrogen positions */
1410     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1411     {
1412         x[atHE1] = x[atCE1] + b_CE1_HE1*sin(a_NE2_CE1_HE1);
1413         y[atHE1] = y[atCE1] - b_CE1_HE1*cos(a_NE2_CE1_HE1);
1414     }
1415     /* HD2 - first get (ccw) angle from (positive) y-axis */
1416     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1417     {
1418         alpha    = a_CE1_NE2_CD2 + M_PI - a_NE2_CD2_HD2;
1419         x[atHD2] = x[atCD2] - b_CD2_HD2*sin(alpha);
1420         y[atHD2] = y[atCD2] + b_CD2_HD2*cos(alpha);
1421     }
1422     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1423     {
1424         /* HD1 - first get (cw) angle from (positive) y-axis */
1425         alpha    = a_ND1_CE1_NE2 + M_PI - a_CE1_ND1_HD1;
1426         x[atHD1] = x[atND1] - b_ND1_HD1*sin(alpha);
1427         y[atHD1] = y[atND1] - b_ND1_HD1*cos(alpha);
1428     }
1429     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1430     {
1431         x[atHE2] = x[atNE2] + b_NE2_HE2*sin(a_CE1_NE2_HE2);
1432         y[atHE2] = y[atNE2] + b_NE2_HE2*cos(a_CE1_NE2_HE2);
1433     }
1434     /* Have all coordinates now */
1435
1436     /* calc center-of-mass; keep atoms CG, CE1, NE2 and
1437      * set the rest to vsite3
1438      */
1439     mtot   = xcom = ycom = 0;
1440     nvsite = 0;
1441     for (i = 0; i < atNR; i++)
1442     {
1443         if (ats[i] != NOTSET)
1444         {
1445             mtot += at->atom[ats[i]].m;
1446             xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
1447             ycom += y[i]*at->atom[ats[i]].m;
1448             if (i != atCG && i != atCE1 && i != atNE2)
1449             {
1450                 at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1451                 (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1452                 nvsite++;
1453             }
1454         }
1455     }
1456     if (nvsite+3 != nrfound)
1457     {
1458         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1459     }
1460
1461     xcom /= mtot;
1462     ycom /= mtot;
1463
1464     /* distribute mass so that com stays the same */
1465     mG    = xcom*mtot/x[atCG];
1466     mrest = mtot-mG;
1467     mCE1  = (ycom-y[atNE2])*mrest/(y[atCE1]-y[atNE2]);
1468     mNE2  = mrest-mCE1;
1469
1470     at->atom[ats[atCG]].m  = at->atom[ats[atCG]].mB = mG;
1471     at->atom[ats[atCE1]].m = at->atom[ats[atCE1]].mB = mCE1;
1472     at->atom[ats[atNE2]].m = at->atom[ats[atNE2]].mB = mNE2;
1473
1474     /* HE1 */
1475     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1476     {
1477         calc_vsite3_param(x[atHE1], y[atHE1], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1478                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1479         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1480                          ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1481     }
1482     /* HE2 */
1483     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1484     {
1485         calc_vsite3_param(x[atHE2], y[atHE2], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1486                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1487         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1488                          ats[atHE2], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1489     }
1490
1491     /* ND1 */
1492     calc_vsite3_param(x[atND1], y[atND1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1493                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1494     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1495                      ats[atND1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1496
1497     /* CD2 */
1498     calc_vsite3_param(x[atCD2], y[atCD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1499                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1500     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1501                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1502
1503     /* HD1 */
1504     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1505     {
1506         calc_vsite3_param(x[atHD1], y[atHD1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1507                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1508         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1509                          ats[atHD1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1510     }
1511     /* HD2 */
1512     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1513     {
1514         calc_vsite3_param(x[atHD2], y[atHD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1515                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1516         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1517                          ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1518     }
1519     return nvsite;
1520 }
1521
1522 static gmx_bool is_vsite(int vsite_type)
1523 {
1524     if (vsite_type == NOTSET)
1525     {
1526         return FALSE;
1527     }
1528     switch (abs(vsite_type) )
1529     {
1530         case F_VSITE3:
1531         case F_VSITE3FD:
1532         case F_VSITE3OUT:
1533         case F_VSITE3FAD:
1534         case F_VSITE4FD:
1535         case F_VSITE4FDN:
1536             return TRUE;
1537         default:
1538             return FALSE;
1539     }
1540 }
1541
1542 static char atomnamesuffix[] = "1234";
1543
1544 void do_vsites(int nrtp, t_restp rtp[], gpp_atomtype_t atype,
1545                t_atoms *at, t_symtab *symtab, rvec *x[],
1546                t_params plist[], int *vsite_type[], int *cgnr[],
1547                real mHmult, gmx_bool bVsiteAromatics,
1548                const char *ffdir)
1549 {
1550 #define MAXATOMSPERRESIDUE 16
1551     int               i, j, k, m, i0, ni0, whatres, resind, add_shift, ftype, nvsite, nadd;
1552     int               ai, aj, ak, al;
1553     int               nrfound = 0, needed, nrbonds, nrHatoms, Heavy, nrheavies, tpM, tpHeavy;
1554     int               Hatoms[4], heavies[4], bb;
1555     gmx_bool          bWARNING, bAddVsiteParam, bFirstWater;
1556     matrix            tmpmat;
1557     gmx_bool         *bResProcessed;
1558     real              mHtot, mtot, fact, fact2;
1559     rvec              rpar, rperp, temp;
1560     char              name[10], tpname[32], nexttpname[32], *ch;
1561     rvec             *newx;
1562     int              *o2n, *newvsite_type, *newcgnr, ats[MAXATOMSPERRESIDUE];
1563     t_atom           *newatom;
1564     t_params         *params;
1565     char           ***newatomname;
1566     char             *resnm = NULL;
1567     int               ndb, f;
1568     char            **db;
1569     int               nvsiteconf, nvsitetop, cmplength;
1570     gmx_bool          isN, planarN, bFound;
1571     gmx_residuetype_t rt;
1572
1573     t_vsiteconf      *vsiteconflist;
1574     /* pointer to a list of CH3/NH3/NH2 configuration entries.
1575      * See comments in read_vsite_database. It isnt beautiful,
1576      * but it had to be fixed, and I dont even want to try to
1577      * maintain this part of the code...
1578      */
1579     t_vsitetop *vsitetop;
1580     /* Pointer to a list of geometry (bond/angle) entries for
1581      * residues like PHE, TRP, TYR, HIS, etc., where we need
1582      * to know the geometry to construct vsite aromatics.
1583      * Note that equilibrium geometry isnt necessarily the same
1584      * as the individual bond and angle values given in the
1585      * force field (rings can be strained).
1586      */
1587
1588     /* if bVsiteAromatics=TRUE do_vsites will specifically convert atoms in
1589        PHE, TRP, TYR and HIS to a construction of virtual sites */
1590     enum                    {
1591         resPHE, resTRP, resTYR, resHIS, resNR
1592     };
1593     const char *resnms[resNR]   = {   "PHE",  "TRP",  "TYR",  "HIS" };
1594     /* Amber03 alternative names for termini */
1595     const char *resnmsN[resNR]  = {  "NPHE", "NTRP", "NTYR", "NHIS" };
1596     const char *resnmsC[resNR]  = {  "CPHE", "CTRP", "CTYR", "CHIS" };
1597     /* HIS can be known as HISH, HIS1, HISA, HID, HIE, HIP, etc. too */
1598     gmx_bool    bPartial[resNR]  = {  FALSE,  FALSE,  FALSE,   TRUE  };
1599     /* the atnms for every residue MUST correspond to the enums in the
1600        gen_vsites_* (one for each residue) routines! */
1601     /* also the atom names in atnms MUST be in the same order as in the .rtp! */
1602     const char *atnms[resNR][MAXATOMSPERRESIDUE+1] = {
1603         { "CG", /* PHE */
1604           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1605           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1606           "CZ", "HZ", NULL },
1607         { "CB", /* TRP */
1608           "CG",
1609           "CD1", "HD1", "CD2",
1610           "NE1", "HE1", "CE2", "CE3", "HE3",
1611           "CZ2", "HZ2", "CZ3", "HZ3",
1612           "CH2", "HH2", NULL },
1613         { "CG", /* TYR */
1614           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1615           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1616           "CZ", "OH", "HH", NULL },
1617         { "CG", /* HIS */
1618           "ND1", "HD1", "CD2", "HD2",
1619           "CE1", "HE1", "NE2", "HE2", NULL }
1620     };
1621
1622     if (debug)
1623     {
1624         printf("Searching for atoms to make virtual sites ...\n");
1625         fprintf(debug, "# # # VSITES # # #\n");
1626     }
1627
1628     ndb           = fflib_search_file_end(ffdir, ".vsd", FALSE, &db);
1629     nvsiteconf    = 0;
1630     vsiteconflist = NULL;
1631     nvsitetop     = 0;
1632     vsitetop      = NULL;
1633     for (f = 0; f < ndb; f++)
1634     {
1635         read_vsite_database(db[f], &vsiteconflist, &nvsiteconf, &vsitetop, &nvsitetop);
1636         sfree(db[f]);
1637     }
1638     sfree(db);
1639
1640     bFirstWater = TRUE;
1641     nvsite      = 0;
1642     nadd        = 0;
1643     /* we need a marker for which atoms should *not* be renumbered afterwards */
1644     add_shift = 10*at->nr;
1645     /* make arrays where masses can be inserted into */
1646     snew(newx, at->nr);
1647     snew(newatom, at->nr);
1648     snew(newatomname, at->nr);
1649     snew(newvsite_type, at->nr);
1650     snew(newcgnr, at->nr);
1651     /* make index array to tell where the atoms go to when masses are inserted */
1652     snew(o2n, at->nr);
1653     for (i = 0; i < at->nr; i++)
1654     {
1655         o2n[i] = i;
1656     }
1657     /* make index to tell which residues were already processed */
1658     snew(bResProcessed, at->nres);
1659
1660     gmx_residuetype_init(&rt);
1661
1662     /* generate vsite constructions */
1663     /* loop over all atoms */
1664     resind = -1;
1665     for (i = 0; (i < at->nr); i++)
1666     {
1667         if (at->atom[i].resind != resind)
1668         {
1669             resind = at->atom[i].resind;
1670             resnm  = *(at->resinfo[resind].name);
1671         }
1672         /* first check for aromatics to virtualize */
1673         /* don't waste our effort on DNA, water etc. */
1674         /* Only do the vsite aromatic stuff when we reach the
1675          * CA atom, since there might be an X2/X3 group on the
1676          * N-terminus that must be treated first.
1677          */
1678         if (bVsiteAromatics &&
1679             !strcmp(*(at->atomname[i]), "CA") &&
1680             !bResProcessed[resind] &&
1681             gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[resind].name)) )
1682         {
1683             /* mark this residue */
1684             bResProcessed[resind] = TRUE;
1685             /* find out if this residue needs converting */
1686             whatres = NOTSET;
1687             for (j = 0; j < resNR && whatres == NOTSET; j++)
1688             {
1689
1690                 cmplength = bPartial[j] ? strlen(resnm)-1 : strlen(resnm);
1691
1692                 bFound = ((gmx_strncasecmp(resnm, resnms[j], cmplength) == 0) ||
1693                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsN[j], cmplength) == 0) ||
1694                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsC[j], cmplength) == 0));
1695
1696                 if (bFound)
1697                 {
1698                     whatres = j;
1699                     /* get atoms we will be needing for the conversion */
1700                     nrfound = 0;
1701                     for (k = 0; atnms[j][k]; k++)
1702                     {
1703                         ats[k] = NOTSET;
1704                         for (m = i; m < at->nr && at->atom[m].resind == resind && ats[k] == NOTSET; m++)
1705                         {
1706                             if (gmx_strcasecmp(*(at->atomname[m]), atnms[j][k]) == 0)
1707                             {
1708                                 ats[k] = m;
1709                                 nrfound++;
1710                             }
1711                         }
1712                     }
1713
1714                     /* now k is number of atom names in atnms[j] */
1715                     if (j == resHIS)
1716                     {
1717                         needed = k-3;
1718                     }
1719                     else
1720                     {
1721                         needed = k;
1722                     }
1723                     if (nrfound < needed)
1724                     {
1725                         gmx_fatal(FARGS, "not enough atoms found (%d, need %d) in "
1726                                   "residue %s %d while\n             "
1727                                   "generating aromatics virtual site construction",
1728                                   nrfound, needed, resnm, at->resinfo[resind].nr);
1729                     }
1730                     /* Advance overall atom counter */
1731                     i++;
1732                 }
1733             }
1734             /* the enums for every residue MUST correspond to atnms[residue] */
1735             switch (whatres)
1736             {
1737                 case resPHE:
1738                     if (debug)
1739                     {
1740                         fprintf(stderr, "PHE at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1741                     }
1742                     nvsite += gen_vsites_phe(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1743                     break;
1744                 case resTRP:
1745                     if (debug)
1746                     {
1747                         fprintf(stderr, "TRP at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1748                     }
1749                     nvsite += gen_vsites_trp(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1750                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1751                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1752                     break;
1753                 case resTYR:
1754                     if (debug)
1755                     {
1756                         fprintf(stderr, "TYR at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1757                     }
1758                     nvsite += gen_vsites_tyr(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1759                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1760                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1761                     break;
1762                 case resHIS:
1763                     if (debug)
1764                     {
1765                         fprintf(stderr, "HIS at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1766                     }
1767                     nvsite += gen_vsites_his(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1768                     break;
1769                 case NOTSET:
1770                     /* this means this residue won't be processed */
1771                     break;
1772                 default:
1773                     gmx_fatal(FARGS, "DEATH HORROR in do_vsites (%s:%d)",
1774                               __FILE__, __LINE__);
1775             } /* switch whatres */
1776               /* skip back to beginning of residue */
1777             while (i > 0 && at->atom[i-1].resind == resind)
1778             {
1779                 i--;
1780             }
1781         } /* if bVsiteAromatics & is protein */
1782
1783         /* now process the rest of the hydrogens */
1784         /* only process hydrogen atoms which are not already set */
1785         if ( ((*vsite_type)[i] == NOTSET) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])))
1786         {
1787             /* find heavy atom, count #bonds from it and #H atoms bound to it
1788                and return H atom numbers (Hatoms) and heavy atom numbers (heavies) */
1789             count_bonds(i, &plist[F_BONDS], at->atomname,
1790                         &nrbonds, &nrHatoms, Hatoms, &Heavy, &nrheavies, heavies);
1791             /* get Heavy atom type */
1792             tpHeavy = get_atype(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1793             strcpy(tpname, get_atomtype_name(tpHeavy, atype));
1794
1795             bWARNING       = FALSE;
1796             bAddVsiteParam = TRUE;
1797             /* nested if's which check nrHatoms, nrbonds and atomname */
1798             if (nrHatoms == 1)
1799             {
1800                 switch (nrbonds)
1801                 {
1802                     case 2: /* -O-H */
1803                         (*vsite_type)[i] = F_BONDS;
1804                         break;
1805                     case 3: /* =CH-, -NH- or =NH+- */
1806                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE3FD;
1807                         break;
1808                     case 4: /* --CH- (tert) */
1809                         /* The old type 4FD had stability issues, so
1810                          * all new constructs should use 4FDN
1811                          */
1812                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE4FDN;
1813
1814                         /* Check parity of heavy atoms from coordinates */
1815                         ai = Heavy;
1816                         aj = heavies[0];
1817                         ak = heavies[1];
1818                         al = heavies[2];
1819                         rvec_sub((*x)[aj], (*x)[ai], tmpmat[0]);
1820                         rvec_sub((*x)[ak], (*x)[ai], tmpmat[1]);
1821                         rvec_sub((*x)[al], (*x)[ai], tmpmat[2]);
1822
1823                         if (det(tmpmat) > 0)
1824                         {
1825                             /* swap parity */
1826                             heavies[1] = aj;
1827                             heavies[0] = ak;
1828                         }
1829
1830                         break;
1831                     default: /* nrbonds != 2, 3 or 4 */
1832                         bWARNING = TRUE;
1833                 }
1834
1835             }
1836             else if ( /*(nrHatoms == 2) && (nrbonds == 2) && REMOVED this test
1837                          DvdS 19-01-04 */
1838                 (gmx_strncasecmp(*at->atomname[Heavy], "OW", 2) == 0) )
1839             {
1840                 bAddVsiteParam = FALSE; /* this is water: skip these hydrogens */
1841                 if (bFirstWater)
1842                 {
1843                     bFirstWater = FALSE;
1844                     if (debug)
1845                     {
1846                         fprintf(debug,
1847                                 "Not converting hydrogens in water to virtual sites\n");
1848                     }
1849                 }
1850             }
1851             else if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 4) )
1852             {
1853                 /* -CH2- , -NH2+- */
1854                 (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3OUT;
1855                 (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3OUT;
1856             }
1857             else
1858             {
1859                 /* 2 or 3 hydrogen atom, with 3 or 4 bonds in total to the heavy atom.
1860                  * If it is a nitrogen, first check if it is planar.
1861                  */
1862                 isN = planarN = FALSE;
1863                 if ((nrHatoms == 2) && ((*at->atomname[Heavy])[0] == 'N'))
1864                 {
1865                     isN = TRUE;
1866                     j   = nitrogen_is_planar(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname);
1867                     if (j < 0)
1868                     {
1869                         gmx_fatal(FARGS, "No vsite database NH2 entry for type %s\n", tpname);
1870                     }
1871                     planarN = (j == 1);
1872                 }
1873                 if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) && ( !isN || planarN ) )
1874                 {
1875                     /* =CH2 or, if it is a nitrogen NH2, it is a planar one */
1876                     (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3FAD;
1877                     (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3FAD;
1878                 }
1879                 else if ( ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) &&
1880                             ( isN && !planarN ) ) ||
1881                           ( (nrHatoms == 3) && (nrbonds == 4) ) )
1882                 {
1883                     /* CH3, NH3 or non-planar NH2 group */
1884                     int      Hat_vsite_type[3] = { F_VSITE3, F_VSITE3OUT, F_VSITE3OUT };
1885                     gmx_bool Hat_SwapParity[3] = { FALSE,    TRUE,        FALSE };
1886
1887                     if (debug)
1888                     {
1889                         fprintf(stderr, "-XH3 or nonplanar NH2 group at %d\n", i+1);
1890                     }
1891                     bAddVsiteParam = FALSE; /* we'll do this ourselves! */
1892                     /* -NH2 (umbrella), -NH3+ or -CH3 */
1893                     (*vsite_type)[Heavy]       = F_VSITE3;
1894                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1895                     {
1896                         (*vsite_type)[Hatoms[j]] = Hat_vsite_type[j];
1897                     }
1898                     /* get dummy mass type from first char of heavy atom type (N or C) */
1899
1900                     strcpy(nexttpname, get_atomtype_name(get_atype(heavies[0], at, nrtp, rtp, rt), atype));
1901                     ch = get_dummymass_name(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname, nexttpname);
1902
1903                     if (ch == NULL)
1904                     {
1905                         if (ndb > 0)
1906                         {
1907                             gmx_fatal(FARGS, "Can't find dummy mass for type %s bonded to type %s in the virtual site database (.vsd files). Add it to the database!\n", tpname, nexttpname);
1908                         }
1909                         else
1910                         {
1911                             gmx_fatal(FARGS, "A dummy mass for type %s bonded to type %s is required, but no virtual site database (.vsd) files where found.\n", tpname, nexttpname);
1912                         }
1913                     }
1914                     else
1915                     {
1916                         strcpy(name, ch);
1917                     }
1918
1919                     tpM = vsite_nm2type(name, atype);
1920                     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with 'Heavy' */
1921 #define NMASS 2
1922                     i0  = Heavy;
1923                     ni0 = i0+nadd;
1924                     if (debug)
1925                     {
1926                         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, o2n[i0]+1);
1927                     }
1928                     nadd += NMASS;
1929                     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1930                     {
1931                         o2n[j] = j+nadd;
1932                     }
1933
1934                     srenew(newx, at->nr+nadd);
1935                     srenew(newatom, at->nr+nadd);
1936                     srenew(newatomname, at->nr+nadd);
1937                     srenew(newvsite_type, at->nr+nadd);
1938                     srenew(newcgnr, at->nr+nadd);
1939
1940                     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1941                     {
1942                         newatomname[at->nr+nadd-1-j] = NULL;
1943                     }
1944
1945                     /* calculate starting position for the masses */
1946                     mHtot = 0;
1947                     /* get atom masses, and set Heavy and Hatoms mass to zero */
1948                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1949                     {
1950                         mHtot                += get_amass(Hatoms[j], at, nrtp, rtp, rt);
1951                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
1952                     }
1953                     mtot              = mHtot + get_amass(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1954                     at->atom[Heavy].m = at->atom[Heavy].mB = 0;
1955                     if (mHmult != 1.0)
1956                     {
1957                         mHtot *= mHmult;
1958                     }
1959                     fact2 = mHtot/mtot;
1960                     fact  = sqrt(fact2);
1961                     /* generate vectors parallel and perpendicular to rotational axis:
1962                      * rpar  = Heavy -> Hcom
1963                      * rperp = Hcom  -> H1   */
1964                     clear_rvec(rpar);
1965                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1966                     {
1967                         rvec_inc(rpar, (*x)[Hatoms[j]]);
1968                     }
1969                     svmul(1.0/nrHatoms, rpar, rpar); /* rpar = ( H1+H2+H3 ) / 3 */
1970                     rvec_dec(rpar, (*x)[Heavy]);     /*        - Heavy          */
1971                     rvec_sub((*x)[Hatoms[0]], (*x)[Heavy], rperp);
1972                     rvec_dec(rperp, rpar);           /* rperp = H1 - Heavy - rpar */
1973                     /* calc mass positions */
1974                     svmul(fact2, rpar, temp);
1975                     for (j = 0; (j < NMASS); j++) /* xM = xN + fact2 * rpar +/- fact * rperp */
1976                     {
1977                         rvec_add((*x)[Heavy], temp, newx[ni0+j]);
1978                     }
1979                     svmul(fact, rperp, temp);
1980                     rvec_inc(newx[ni0  ], temp);
1981                     rvec_dec(newx[ni0+1], temp);
1982                     /* set atom parameters for the masses */
1983                     for (j = 0; (j < NMASS); j++)
1984                     {
1985                         /* make name: "M??#" or "M?#" (? is atomname, # is number) */
1986                         name[0] = 'M';
1987                         for (k = 0; (*at->atomname[Heavy])[k] && ( k < NMASS ); k++)
1988                         {
1989                             name[k+1] = (*at->atomname[Heavy])[k];
1990                         }
1991                         name[k+1]              = atomnamesuffix[j];
1992                         name[k+2]              = '\0';
1993                         newatomname[ni0+j]     = put_symtab(symtab, name);
1994                         newatom[ni0+j].m       = newatom[ni0+j].mB    = mtot/NMASS;
1995                         newatom[ni0+j].q       = newatom[ni0+j].qB    = 0.0;
1996                         newatom[ni0+j].type    = newatom[ni0+j].typeB = tpM;
1997                         newatom[ni0+j].ptype   = eptAtom;
1998                         newatom[ni0+j].resind  = at->atom[i0].resind;
1999                         newatom[ni0+j].elem[0] = 'M';
2000                         newatom[ni0+j].elem[1] = '\0';
2001                         newvsite_type[ni0+j]   = NOTSET;
2002                         newcgnr[ni0+j]         = (*cgnr)[i0];
2003                     }
2004                     /* add constraints between dummy masses and to heavies[0] */
2005                     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
2006                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0,  NOTSET);
2007                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0+1, NOTSET);
2008                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+ni0, add_shift+ni0+1, NOTSET);
2009
2010                     /* generate Heavy, H1, H2 and H3 from M1, M2 and heavies[0] */
2011                     /* note that vsite_type cannot be NOTSET, because we just set it */
2012                     add_vsite3_atoms  (&plist[(*vsite_type)[Heavy]],
2013                                        Heavy,     heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
2014                                        FALSE);
2015                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
2016                     {
2017                         add_vsite3_atoms(&plist[(*vsite_type)[Hatoms[j]]],
2018                                          Hatoms[j], heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
2019                                          Hat_SwapParity[j]);
2020                     }
2021 #undef NMASS
2022                 }
2023                 else
2024                 {
2025                     bWARNING = TRUE;
2026                 }
2027
2028             }
2029             if (bWARNING)
2030             {
2031                 fprintf(stderr,
2032                         "Warning: cannot convert atom %d %s (bound to a heavy atom "
2033                         "%s with \n"
2034                         "         %d bonds and %d bound hydrogens atoms) to virtual site\n",
2035                         i+1, *(at->atomname[i]), tpname, nrbonds, nrHatoms);
2036             }
2037             if (bAddVsiteParam)
2038             {
2039                 /* add vsite parameters to topology,
2040                    also get rid of negative vsite_types */
2041                 add_vsites(plist, (*vsite_type), Heavy, nrHatoms, Hatoms,
2042                            nrheavies, heavies);
2043                 /* transfer mass of virtual site to Heavy atom */
2044                 for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
2045                 {
2046                     if (is_vsite((*vsite_type)[Hatoms[j]]))
2047                     {
2048                         at->atom[Heavy].m    += at->atom[Hatoms[j]].m;
2049                         at->atom[Heavy].mB    = at->atom[Heavy].m;
2050                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
2051                     }
2052                 }
2053             }
2054             nvsite += nrHatoms;
2055             if (debug)
2056             {
2057                 fprintf(debug, "atom %d: ", o2n[i]+1);
2058                 print_bonds(debug, o2n, nrHatoms, Hatoms, Heavy, nrheavies, heavies);
2059             }
2060         } /* if vsite NOTSET & is hydrogen */
2061
2062     }     /* for i < at->nr */
2063
2064     gmx_residuetype_destroy(rt);
2065
2066     if (debug)
2067     {
2068         fprintf(debug, "Before inserting new atoms:\n");
2069         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2070         {
2071             fprintf(debug, "%4d %4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1, o2n[i]+1,
2072                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2073                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2074                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2075                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2076                     (*cgnr)[i],
2077                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2078                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2079         }
2080         fprintf(debug, "new atoms to be inserted:\n");
2081         for (i = 0; i < at->nr+nadd; i++)
2082         {
2083             if (newatomname[i])
2084             {
2085                 fprintf(debug, "%4d %4s %4d %6d %-10s\n", i+1,
2086                         newatomname[i] ? *(newatomname[i]) : "(NULL)",
2087                         newatom[i].resind, newcgnr[i],
2088                         (newvsite_type[i] == NOTSET) ?
2089                         "NOTSET" : interaction_function[newvsite_type[i]].name);
2090             }
2091         }
2092     }
2093
2094     /* add all original atoms to the new arrays, using o2n index array */
2095     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2096     {
2097         newatomname  [o2n[i]] = at->atomname [i];
2098         newatom      [o2n[i]] = at->atom     [i];
2099         newvsite_type[o2n[i]] = (*vsite_type)[i];
2100         newcgnr      [o2n[i]] = (*cgnr)      [i];
2101         copy_rvec((*x)[i], newx[o2n[i]]);
2102     }
2103     /* throw away old atoms */
2104     sfree(at->atom);
2105     sfree(at->atomname);
2106     sfree(*vsite_type);
2107     sfree(*cgnr);
2108     sfree(*x);
2109     /* put in the new ones */
2110     at->nr      += nadd;
2111     at->atom     = newatom;
2112     at->atomname = newatomname;
2113     *vsite_type  = newvsite_type;
2114     *cgnr        = newcgnr;
2115     *x           = newx;
2116     if (at->nr > add_shift)
2117     {
2118         gmx_fatal(FARGS, "Added impossible amount of dummy masses "
2119                   "(%d on a total of %d atoms)\n", nadd, at->nr-nadd);
2120     }
2121
2122     if (debug)
2123     {
2124         fprintf(debug, "After inserting new atoms:\n");
2125         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2126         {
2127             fprintf(debug, "%4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1,
2128                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2129                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2130                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2131                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2132                     (*cgnr)[i],
2133                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2134                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2135         }
2136     }
2137
2138     /* now renumber all the interactions because of the added atoms */
2139     for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
2140     {
2141         params = &(plist[ftype]);
2142         if (debug)
2143         {
2144             fprintf(debug, "Renumbering %d %s\n", params->nr,
2145                     interaction_function[ftype].longname);
2146         }
2147         for (i = 0; i < params->nr; i++)
2148         {
2149             for (j = 0; j < NRAL(ftype); j++)
2150             {
2151                 if (params->param[i].a[j] >= add_shift)
2152                 {
2153                     if (debug)
2154                     {
2155                         fprintf(debug, " [%u -> %u]", params->param[i].a[j],
2156                                 params->param[i].a[j]-add_shift);
2157                     }
2158                     params->param[i].a[j] = params->param[i].a[j]-add_shift;
2159                 }
2160                 else
2161                 {
2162                     if (debug)
2163                     {
2164                         fprintf(debug, " [%u -> %d]", params->param[i].a[j],
2165                                 o2n[params->param[i].a[j]]);
2166                     }
2167                     params->param[i].a[j] = o2n[params->param[i].a[j]];
2168                 }
2169             }
2170             if (debug)
2171             {
2172                 fprintf(debug, "\n");
2173             }
2174         }
2175     }
2176     /* now check if atoms in the added constraints are in increasing order */
2177     params = &(plist[F_CONSTRNC]);
2178     for (i = 0; i < params->nr; i++)
2179     {
2180         if (params->param[i].AI > params->param[i].AJ)
2181         {
2182             j                   = params->param[i].AJ;
2183             params->param[i].AJ = params->param[i].AI;
2184             params->param[i].AI = j;
2185         }
2186     }
2187
2188     /* clean up */
2189     sfree(o2n);
2190
2191     /* tell the user what we did */
2192     fprintf(stderr, "Marked %d virtual sites\n", nvsite);
2193     fprintf(stderr, "Added %d dummy masses\n", nadd);
2194     fprintf(stderr, "Added %d new constraints\n", plist[F_CONSTRNC].nr);
2195 }
2196
2197 void do_h_mass(t_params *psb, int vsite_type[], t_atoms *at, real mHmult,
2198                gmx_bool bDeuterate)
2199 {
2200     int i, j, a;
2201
2202     /* loop over all atoms */
2203     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2204     {
2205         /* adjust masses if i is hydrogen and not a virtual site */
2206         if (!is_vsite(vsite_type[i]) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])) )
2207         {
2208             /* find bonded heavy atom */
2209             a = NOTSET;
2210             for (j = 0; (j < psb->nr) && (a == NOTSET); j++)
2211             {
2212                 /* if other atom is not a virtual site, it is the one we want */
2213                 if ( (psb->param[j].AI == i) &&
2214                      !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].AJ]) )
2215                 {
2216                     a = psb->param[j].AJ;
2217                 }
2218                 else if ( (psb->param[j].AJ == i) &&
2219                           !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].AI]) )
2220                 {
2221                     a = psb->param[j].AI;
2222                 }
2223             }
2224             if (a == NOTSET)
2225             {
2226                 gmx_fatal(FARGS, "Unbound hydrogen atom (%d) found while adjusting mass",
2227                           i+1);
2228             }
2229
2230             /* adjust mass of i (hydrogen) with mHmult
2231                and correct mass of a (bonded atom) with same amount */
2232             if (!bDeuterate)
2233             {
2234                 at->atom[a].m  -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2235                 at->atom[a].mB -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2236             }
2237             at->atom[i].m  *= mHmult;
2238             at->atom[i].mB *= mHmult;
2239         }
2240     }
2241 }