src/gromacs/gmxpreprocess/gen_vsite.cpp

   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) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "gen_vsite.h"
  40
  41 #include <stdio.h>
  42 #include <stdlib.h>
  43 #include <string.h>
  44
  45 #include <cmath>
  46
  47 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  48 #include "gromacs/gmxpreprocess/add_par.h"
  49 #include "gromacs/gmxpreprocess/fflibutil.h"
  50 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_atomtype.h"
  51 #include "gromacs/gmxpreprocess/notset.h"
  52 #include "gromacs/gmxpreprocess/resall.h"
  53 #include "gromacs/gmxpreprocess/toputil.h"
  54 #include "gromacs/math/functions.h"
  55 #include "gromacs/math/units.h"
  56 #include "gromacs/math/vec.h"
  57 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  58 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  59 #include "gromacs/topology/residuetypes.h"
  60 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  61 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  62 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  63 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  64 #include "gromacs/utility/futil.h"
  65 #include "gromacs/utility/real.h"
  66 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  67
  68 #define MAXNAME 32
  69 #define OPENDIR     '[' /* starting sign for directive          */
  70 #define CLOSEDIR    ']' /* ending sign for directive            */
  71
  72 typedef struct {
  73     char       atomtype[MAXNAME];  /* Type for the XH3/XH2 atom */
  74     bool       isplanar;           /* If true, the atomtype above and the three connected
  75                                     * ones are in a planar geometry. The two next entries
  76                                     * are undefined in that case
  77                                     */
  78     int    nhydrogens;             /* number of connected hydrogens */
  79     char   nextheavytype[MAXNAME]; /* Type for the heavy atom bonded to XH2/XH3 */
  80     char   dummymass[MAXNAME];     /* The type of MNH* or MCH3* dummy mass to use */
  81 } t_vsiteconf;
  82
  83
  84 /* Structure to represent average bond and angles values in vsite aromatic
  85  * residues. Note that these are NOT necessarily the bonds and angles from the
  86  * forcefield; many forcefields (like Amber, OPLS) have some inherent strain in
  87  * 5-rings (i.e. the sum of angles is !=540, but impropers keep it planar)
  88  */
  89 typedef struct {
  90     char resname[MAXNAME];
  91     int  nbonds;
  92     int  nangles;
  93     struct vsitetop_bond {
  94         char   atom1[MAXNAME];
  95         char   atom2[MAXNAME];
  96         float  value;
  97     } *bond; /* list of bonds */
  98     struct vsitetop_angle {
  99         char   atom1[MAXNAME];
 100         char   atom2[MAXNAME];
 101         char   atom3[MAXNAME];
 102         float  value;
 103     } *angle; /* list of angles */
 104 } t_vsitetop;
 105
 106
 107 enum {
 108     DDB_CH3, DDB_NH3, DDB_NH2, DDB_PHE, DDB_TYR,
 109     DDB_TRP, DDB_HISA, DDB_HISB, DDB_HISH, DDB_DIR_NR
 110 };
 111
 112 typedef char t_dirname[STRLEN];
 113
 114 static const t_dirname ddb_dirnames[DDB_DIR_NR] = {
 115     "CH3",
 116     "NH3",
 117     "NH2",
 118     "PHE",
 119     "TYR",
 120     "TRP",
 121     "HISA",
 122     "HISB",
 123     "HISH"
 124 };
 125
 126 static int ddb_name2dir(char *name)
 127 {
 128     /* Translate a directive name to the number of the directive.
 129      * HID/HIE/HIP names are translated to the ones we use in Gromacs.
 130      */
 131
 132     int i, index;
 133
 134     index = -1;
 135
 136     for (i = 0; i < DDB_DIR_NR && index < 0; i++)
 137     {
 138         if (!gmx_strcasecmp(name, ddb_dirnames[i]))
 139         {
 140             index = i;
 141         }
 142     }
 143
 144     return index;
 145 }
 146
 147
 148 static void read_vsite_database(const char *ddbname,
 149                                 t_vsiteconf **pvsiteconflist, int *nvsiteconf,
 150                                 t_vsitetop **pvsitetoplist, int *nvsitetop)
 151 {
 152     /* This routine is a quick hack to fix the problem with hardcoded atomtypes
 153      * and aromatic vsite parameters by reading them from a ff???.vsd file.
 154      *
 155      * The file can contain sections [ NH3 ], [ CH3 ], [ NH2 ], and ring residue names.
 156      * For the NH3 and CH3 section each line has three fields. The first is the atomtype
 157      * (nb: not bonded type) of the N/C atom to be replaced, the second field is
 158      * the type of the next heavy atom it is bonded to, and the third field the type
 159      * of dummy mass that will be used for this group.
 160      *
 161      * If the NH2 group planar (sp2 N) a different vsite construct is used, so in this
 162      * case the second field should just be the word planar.
 163      */
 164
 165     FILE        *ddb;
 166     char         dirstr[STRLEN];
 167     char         pline[STRLEN];
 168     int          i, n, k, nvsite, ntop, curdir;
 169     t_vsiteconf *vsiteconflist;
 170     t_vsitetop  *vsitetoplist;
 171     char        *ch;
 172     char         s1[MAXNAME], s2[MAXNAME], s3[MAXNAME], s4[MAXNAME];
 173
 174     ddb = libopen(ddbname);
 175
 176     nvsite        = *nvsiteconf;
 177     vsiteconflist = *pvsiteconflist;
 178     ntop          = *nvsitetop;
 179     vsitetoplist  = *pvsitetoplist;
 180
 181     curdir = -1;
 182
 183     snew(vsiteconflist, 1);
 184     snew(vsitetoplist, 1);
 185
 186     while (fgets2(pline, STRLEN-2, ddb) != nullptr)
 187     {
 188         strip_comment(pline);
 189         trim(pline);
 190         if (strlen(pline) > 0)
 191         {
 192             if (pline[0] == OPENDIR)
 193             {
 194                 strncpy(dirstr, pline+1, STRLEN-2);
 195                 if ((ch = strchr (dirstr, CLOSEDIR)) != nullptr)
 196                 {
 197                     (*ch) = 0;
 198                 }
 199                 trim (dirstr);
 200
 201                 if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HID") ||
 202                     !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISD"))
 203                 {
 204                     sprintf(dirstr, "HISA");
 205                 }
 206                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIE") ||
 207                          !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISE"))
 208                 {
 209                     sprintf(dirstr, "HISB");
 210                 }
 211                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIP"))
 212                 {
 213                     sprintf(dirstr, "HISH");
 214                 }
 215
 216                 curdir = ddb_name2dir(dirstr);
 217                 if (curdir < 0)
 218                 {
 219                     gmx_fatal(FARGS, "Invalid directive %s in vsite database %s",
 220                               dirstr, ddbname);
 221                 }
 222             }
 223             else
 224             {
 225                 switch (curdir)
 226                 {
 227                     case -1:
 228                         gmx_fatal(FARGS, "First entry in vsite database must be a directive.\n");
 229                     case DDB_CH3:
 230                     case DDB_NH3:
 231                     case DDB_NH2:
 232                         n = sscanf(pline, "%s%s%s", s1, s2, s3);
 233                         if (n < 3 && !gmx_strcasecmp(s2, "planar"))
 234                         {
 235                             srenew(vsiteconflist, nvsite+1);
 236                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 237                             vsiteconflist[nvsite].isplanar         = TRUE;
 238                             vsiteconflist[nvsite].nextheavytype[0] = 0;
 239                             vsiteconflist[nvsite].dummymass[0]     = 0;
 240                             vsiteconflist[nvsite].nhydrogens       = 2;
 241                             nvsite++;
 242                         }
 243                         else if (n == 3)
 244                         {
 245                             srenew(vsiteconflist, (nvsite+1));
 246                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 247                             vsiteconflist[nvsite].isplanar = FALSE;
 248                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].nextheavytype, s2, MAXNAME-1);
 249                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].dummymass, s3, MAXNAME-1);
 250                             if (curdir == DDB_NH2)
 251                             {
 252                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 2;
 253                             }
 254                             else
 255                             {
 256                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 3;
 257                             }
 258                             nvsite++;
 259                         }
 260                         else
 261                         {
 262                             gmx_fatal(FARGS, "Not enough directives in vsite database line: %s\n", pline);
 263                         }
 264                         break;
 265                     case DDB_PHE:
 266                     case DDB_TYR:
 267                     case DDB_TRP:
 268                     case DDB_HISA:
 269                     case DDB_HISB:
 270                     case DDB_HISH:
 271                         i = 0;
 272                         while ((i < ntop) && gmx_strcasecmp(dirstr, vsitetoplist[i].resname))
 273                         {
 274                             i++;
 275                         }
 276                         /* Allocate a new topology entry if this is a new residue */
 277                         if (i == ntop)
 278                         {
 279                             srenew(vsitetoplist, ntop+1);
 280                             ntop++; /* i still points to current vsite topology entry */
 281                             strncpy(vsitetoplist[i].resname, dirstr, MAXNAME-1);
 282                             vsitetoplist[i].nbonds = vsitetoplist[i].nangles = 0;
 283                             snew(vsitetoplist[i].bond, 1);
 284                             snew(vsitetoplist[i].angle, 1);
 285                         }
 286                         n = sscanf(pline, "%s%s%s%s", s1, s2, s3, s4);
 287                         if (n == 3)
 288                         {
 289                             /* bond */
 290                             k = vsitetoplist[i].nbonds++;
 291                             srenew(vsitetoplist[i].bond, k+1);
 292                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 293                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 294                             vsitetoplist[i].bond[k].value = strtod(s3, nullptr);
 295                         }
 296                         else if (n == 4)
 297                         {
 298                             /* angle */
 299                             k = vsitetoplist[i].nangles++;
 300                             srenew(vsitetoplist[i].angle, k+1);
 301                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 302                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 303                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom3, s3, MAXNAME-1);
 304                             vsitetoplist[i].angle[k].value = strtod(s4, nullptr);
 305                         }
 306                         else
 307                         {
 308                             gmx_fatal(FARGS, "Need 3 or 4 values to specify bond/angle values in %s: %s\n", ddbname, pline);
 309                         }
 310                         break;
 311                     default:
 312                         gmx_fatal(FARGS, "Didnt find a case for directive %s in read_vsite_database\n", dirstr);
 313                 }
 314             }
 315         }
 316     }
 317
 318     *pvsiteconflist = vsiteconflist;
 319     *pvsitetoplist  = vsitetoplist;
 320     *nvsiteconf     = nvsite;
 321     *nvsitetop      = ntop;
 322
 323     gmx_ffclose(ddb);
 324 }
 325
 326 static int nitrogen_is_planar(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atomtype[])
 327 {
 328     /* Return 1 if atomtype exists in database list and is planar, 0 if not,
 329      * and -1 if not found.
 330      */
 331     int      i, res;
 332     bool     found = FALSE;
 333     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 334     {
 335         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atomtype) && (vsiteconflist[i].nhydrogens == 2));
 336     }
 337     if (found)
 338     {
 339         res = (vsiteconflist[i-1].isplanar == TRUE);
 340     }
 341     else
 342     {
 343         res = -1;
 344     }
 345
 346     return res;
 347 }
 348
 349 static char *get_dummymass_name(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atom[], char nextheavy[])
 350 {
 351     /* Return the dummy mass name if found, or NULL if not set in ddb database */
 352     int      i;
 353     bool     found = FALSE;
 354     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 355     {
 356         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atom) &&
 357                  !gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].nextheavytype, nextheavy));
 358     }
 359     if (found)
 360     {
 361         return vsiteconflist[i-1].dummymass;
 362     }
 363     else
 364     {
 365         return nullptr;
 366     }
 367 }
 368
 369
 370
 371 static real get_ddb_bond(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 372                          const char res[],
 373                          const char atom1[], const char atom2[])
 374 {
 375     int i, j;
 376
 377     i = 0;
 378     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 379     {
 380         i++;
 381     }
 382     if (i == nvsitetop)
 383     {
 384         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 385     }
 386     j = 0;
 387     while (j < vsitetop[i].nbonds &&
 388            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom1) != 0 || strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom2) != 0) &&
 389            ( strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom1) != 0 || strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom2) != 0))
 390     {
 391         j++;
 392     }
 393     if (j == vsitetop[i].nbonds)
 394     {
 395         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find bond %s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, res);
 396     }
 397
 398     return vsitetop[i].bond[j].value;
 399 }
 400
 401
 402 static real get_ddb_angle(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 403                           const char res[], const char atom1[],
 404                           const char atom2[], const char atom3[])
 405 {
 406     int i, j;
 407
 408     i = 0;
 409     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 410     {
 411         i++;
 412     }
 413     if (i == nvsitetop)
 414     {
 415         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 416     }
 417     j = 0;
 418     while (j < vsitetop[i].nangles &&
 419            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom1) != 0 ||
 420              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) != 0 ||
 421              strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom3) != 0) &&
 422            ( strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom1) != 0 ||
 423              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) != 0 ||
 424              strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom3) != 0))
 425     {
 426         j++;
 427     }
 428     if (j == vsitetop[i].nangles)
 429     {
 430         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find angle %s-%s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, atom3, res);
 431     }
 432
 433     return vsitetop[i].angle[j].value;
 434 }
 435
 436
 437 static void count_bonds(int atom, t_params *psb, char ***atomname,
 438                         int *nrbonds, int *nrHatoms, int Hatoms[], int *Heavy,
 439                         int *nrheavies, int heavies[])
 440 {
 441     int i, heavy, other, nrb, nrH, nrhv;
 442
 443     /* find heavy atom bound to this hydrogen */
 444     heavy = NOTSET;
 445     for (i = 0; (i < psb->nr) && (heavy == NOTSET); i++)
 446     {
 447         if (psb->param[i].ai() == atom)
 448         {
 449             heavy = psb->param[i].aj();
 450         }
 451         else if (psb->param[i].aj() == atom)
 452         {
 453             heavy = psb->param[i].ai();
 454         }
 455     }
 456     if (heavy == NOTSET)
 457     {
 458         gmx_fatal(FARGS, "unbound hydrogen atom %d", atom+1);
 459     }
 460     /* find all atoms bound to heavy atom */
 461     other = NOTSET;
 462     nrb   = 0;
 463     nrH   = 0;
 464     nrhv  = 0;
 465     for (i = 0; i < psb->nr; i++)
 466     {
 467         if (psb->param[i].ai() == heavy)
 468         {
 469             other = psb->param[i].aj();
 470         }
 471         else if (psb->param[i].aj() == heavy)
 472         {
 473             other = psb->param[i].ai();
 474         }
 475         if (other != NOTSET)
 476         {
 477             nrb++;
 478             if (is_hydrogen(*(atomname[other])))
 479             {
 480                 Hatoms[nrH] = other;
 481                 nrH++;
 482             }
 483             else
 484             {
 485                 heavies[nrhv] = other;
 486                 nrhv++;
 487             }
 488             other = NOTSET;
 489         }
 490     }
 491     *Heavy     = heavy;
 492     *nrbonds   = nrb;
 493     *nrHatoms  = nrH;
 494     *nrheavies = nrhv;
 495 }
 496
 497 static void print_bonds(FILE *fp, int o2n[],
 498                         int nrHatoms, const int Hatoms[], int Heavy,
 499                         int nrheavies, const int heavies[])
 500 {
 501     int i;
 502
 503     fprintf(fp, "Found: %d Hatoms: ", nrHatoms);
 504     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 505     {
 506         fprintf(fp, " %d", o2n[Hatoms[i]]+1);
 507     }
 508     fprintf(fp, "; %d Heavy atoms: %d", nrheavies+1, o2n[Heavy]+1);
 509     for (i = 0; i < nrheavies; i++)
 510     {
 511         fprintf(fp, " %d", o2n[heavies[i]]+1);
 512     }
 513     fprintf(fp, "\n");
 514 }
 515
 516 static int get_atype(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 517                      gmx_residuetype_t *rt)
 518 {
 519     int      type;
 520     bool     bNterm;
 521     int      j;
 522     t_restp *rtpp;
 523
 524     if (at->atom[atom].m)
 525     {
 526         type = at->atom[atom].type;
 527     }
 528     else
 529     {
 530         /* get type from rtp */
 531         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 532         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 533             (at->atom[atom].resind == 0);
 534         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 535         type = rtpp->atom[j].type;
 536     }
 537     return type;
 538 }
 539
 540 static int vsite_nm2type(const char *name, gpp_atomtype_t atype)
 541 {
 542     int tp;
 543
 544     tp = get_atomtype_type(name, atype);
 545     if (tp == NOTSET)
 546     {
 547         gmx_fatal(FARGS, "Dummy mass type (%s) not found in atom type database",
 548                   name);
 549     }
 550
 551     return tp;
 552 }
 553
 554 static real get_amass(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 555                       gmx_residuetype_t *rt)
 556 {
 557     real     mass;
 558     bool     bNterm;
 559     int      j;
 560     t_restp *rtpp;
 561
 562     if (at->atom[atom].m)
 563     {
 564         mass = at->atom[atom].m;
 565     }
 566     else
 567     {
 568         /* get mass from rtp */
 569         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 570         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 571             (at->atom[atom].resind == 0);
 572         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 573         mass = rtpp->atom[j].m;
 574     }
 575     return mass;
 576 }
 577
 578 static void my_add_param(t_params *plist, int ai, int aj, real b)
 579 {
 580     static real c[MAXFORCEPARAM] =
 581     { NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET };
 582
 583     c[0] = b;
 584     add_param(plist, ai, aj, c, nullptr);
 585 }
 586
 587 static void add_vsites(t_params plist[], int vsite_type[],
 588                        int Heavy, int nrHatoms, int Hatoms[],
 589                        int nrheavies, int heavies[])
 590 {
 591     int      i, j, ftype, other, moreheavy;
 592     bool     bSwapParity;
 593
 594     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 595     {
 596         ftype = vsite_type[Hatoms[i]];
 597         /* Errors in setting the vsite_type should really be caugth earlier,
 598          * because here it's not possible to print any useful error message.
 599          * But it's still better to print a message than to segfault.
 600          */
 601         if (ftype == NOTSET)
 602         {
 603             gmx_incons("Undetected error in setting up virtual sites");
 604         }
 605         bSwapParity           = (ftype < 0);
 606         vsite_type[Hatoms[i]] = ftype = abs(ftype);
 607         if (ftype == F_BONDS)
 608         {
 609             if ( (nrheavies != 1) && (nrHatoms != 1) )
 610             {
 611                 gmx_fatal(FARGS, "cannot make constraint in add_vsites for %d heavy "
 612                           "atoms and %d hydrogen atoms", nrheavies, nrHatoms);
 613             }
 614             my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), Hatoms[i], heavies[0], NOTSET);
 615         }
 616         else
 617         {
 618             switch (ftype)
 619             {
 620                 case F_VSITE3:
 621                 case F_VSITE3FD:
 622                 case F_VSITE3OUT:
 623                     if (nrheavies < 2)
 624                     {
 625                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 3)",
 626                                   nrheavies+1,
 627                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 628                     }
 629                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], heavies[1],
 630                                      bSwapParity);
 631                     break;
 632                 case F_VSITE3FAD:
 633                 {
 634                     if (nrheavies > 1)
 635                     {
 636                         moreheavy = heavies[1];
 637                     }
 638                     else
 639                     {
 640                         /* find more heavy atoms */
 641                         other = moreheavy = NOTSET;
 642                         for (j = 0; (j < plist[F_BONDS].nr) && (moreheavy == NOTSET); j++)
 643                         {
 644                             if (plist[F_BONDS].param[j].ai() == heavies[0])
 645                             {
 646                                 other = plist[F_BONDS].param[j].aj();
 647                             }
 648                             else if (plist[F_BONDS].param[j].aj() == heavies[0])
 649                             {
 650                                 other = plist[F_BONDS].param[j].ai();
 651                             }
 652                             if ( (other != NOTSET) && (other != Heavy) )
 653                             {
 654                                 moreheavy = other;
 655                             }
 656                         }
 657                         if (moreheavy == NOTSET)
 658                         {
 659                             gmx_fatal(FARGS, "Unbound molecule part %d-%d", Heavy+1, Hatoms[0]+1);
 660                         }
 661                     }
 662                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], moreheavy,
 663                                      bSwapParity);
 664                     break;
 665                 }
 666                 case F_VSITE4FD:
 667                 case F_VSITE4FDN:
 668                     if (nrheavies < 3)
 669                     {
 670                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 4)",
 671                                   nrheavies+1,
 672                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 673                     }
 674                     add_vsite4_atoms(&plist[ftype],
 675                                      Hatoms[0], Heavy, heavies[0], heavies[1], heavies[2]);
 676                     break;
 677
 678                 default:
 679                     gmx_fatal(FARGS, "can't use add_vsites for interaction function %s",
 680                               interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 681             } /* switch ftype */
 682         }     /* else */
 683     }         /* for i */
 684 }
 685
 686 #define ANGLE_6RING (DEG2RAD*120)
 687
 688 /* cosine rule: a^2 = b^2 + c^2 - 2 b c cos(alpha) */
 689 /* get a^2 when a, b and alpha are given: */
 690 #define cosrule(b, c, alpha) ( gmx::square(b) + gmx::square(c) - 2*(b)*(c)*std::cos(alpha) )
 691 /* get cos(alpha) when a, b and c are given: */
 692 #define acosrule(a, b, c) ( (gmx::square(b)+gmx::square(c)-gmx::square(a))/(2*(b)*(c)) )
 693
 694 static int gen_vsites_6ring(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 695                             int nrfound, int *ats, real bond_cc, real bond_ch,
 696                             real xcom, bool bDoZ)
 697 {
 698     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 699     enum {
 700         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 701         atCZ, atHZ, atNR
 702     };
 703
 704     int  i, nvsite;
 705     real a, b, dCGCE, tmp1, tmp2, mtot, mG, mrest;
 706     real xCG;
 707     /* CG, CE1 and CE2 stay and each get a part of the total mass,
 708      * so the c-o-m stays the same.
 709      */
 710
 711     if (bDoZ)
 712     {
 713         if (atNR != nrfound)
 714         {
 715             gmx_incons("Generating vsites on 6-rings");
 716         }
 717     }
 718
 719     /* constraints between CG, CE1 and CE2: */
 720     dCGCE = std::sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
 721     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE);
 722     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE2], dCGCE);
 723     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atCE2], dCGCE);
 724
 725     /* rest will be vsite3 */
 726     mtot   = 0;
 727     nvsite = 0;
 728     for (i = 0; i <  (bDoZ ? atNR : atHZ); i++)
 729     {
 730         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 731         if (i != atCG && i != atCE1 && i != atCE2 && (bDoZ || (i != atHZ && i != atCZ) ) )
 732         {
 733             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
 734             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
 735             nvsite++;
 736         }
 737     }
 738     /* Distribute mass so center-of-mass stays the same.
 739      * The center-of-mass in the call is defined with x=0 at
 740      * the CE1-CE2 bond and y=0 at the line from CG to the middle of CE1-CE2 bond.
 741      */
 742     xCG  = -bond_cc+bond_cc*std::cos(ANGLE_6RING);
 743
 744     mG                             = at->atom[ats[atCG]].m = at->atom[ats[atCG]].mB = xcom*mtot/xCG;
 745     mrest                          = mtot-mG;
 746     at->atom[ats[atCE1]].m         = at->atom[ats[atCE1]].mB =
 747             at->atom[ats[atCE2]].m = at->atom[ats[atCE2]].mB = mrest / 2;
 748
 749     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
 750     tmp1  = dCGCE*std::sin(ANGLE_6RING*0.5);
 751     tmp2  = bond_cc*std::cos(0.5*ANGLE_6RING) + tmp1;
 752     tmp1 *= 2;
 753     a     = b = -bond_ch / tmp1;
 754     /* HE1 and HE2: */
 755     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 756                      ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 757     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 758                      ats[atHE2], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 759     /* CD1, CD2 and CZ: */
 760     a = b = tmp2 / tmp1;
 761     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 762                      ats[atCD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 763     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 764                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 765     if (bDoZ)
 766     {
 767         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 768                          ats[atCZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 769     }
 770     /* HD1, HD2 and HZ: */
 771     a = b = ( bond_ch + tmp2 ) / tmp1;
 772     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 773                      ats[atHD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 774     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 775                      ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 776     if (bDoZ)
 777     {
 778         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 779                          ats[atHZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 780     }
 781
 782     return nvsite;
 783 }
 784
 785 static int gen_vsites_phe(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 786                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 787 {
 788     real bond_cc, bond_ch;
 789     real xcom, mtot;
 790     int  i;
 791     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 792     enum {
 793         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 794         atCZ, atHZ, atNR
 795     };
 796     real x[atNR];
 797     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length.
 798      * (angle is always 120 degrees).
 799      */
 800     bond_cc = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "CE1");
 801     bond_ch = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "HD1");
 802
 803     x[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*std::cos(ANGLE_6RING);
 804     x[atCD1] = -bond_cc;
 805     x[atHD1] = x[atCD1]+bond_ch*std::cos(ANGLE_6RING);
 806     x[atCE1] = 0;
 807     x[atHE1] = x[atCE1]-bond_ch*std::cos(ANGLE_6RING);
 808     x[atCD2] = x[atCD1];
 809     x[atHD2] = x[atHD1];
 810     x[atCE2] = x[atCE1];
 811     x[atHE2] = x[atHE1];
 812     x[atCZ]  = bond_cc*std::cos(0.5*ANGLE_6RING);
 813     x[atHZ]  = x[atCZ]+bond_ch;
 814
 815     xcom = mtot = 0;
 816     for (i = 0; i < atNR; i++)
 817     {
 818         xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
 819         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 820     }
 821     xcom /= mtot;
 822
 823     return gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, TRUE);
 824 }
 825
 826 static void calc_vsite3_param(real xd, real yd, real xi, real yi, real xj, real yj,
 827                               real xk, real yk, real *a, real *b)
 828 {
 829     /* determine parameters by solving the equation system, since we know the
 830      * virtual site coordinates here.
 831      */
 832     real dx_ij, dx_ik, dy_ij, dy_ik;
 833
 834     dx_ij = xj-xi;
 835     dy_ij = yj-yi;
 836     dx_ik = xk-xi;
 837     dy_ik = yk-yi;
 838
 839     *a = ( (xd-xi)*dy_ik - dx_ik*(yd-yi) ) / (dx_ij*dy_ik - dx_ik*dy_ij);
 840     *b = ( yd - yi - (*a)*dy_ij ) / dy_ik;
 841 }
 842
 843
 844 static int gen_vsites_trp(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
 845                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
 846                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
 847                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
 848                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 849                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
 850                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 851 {
 852 #define NMASS 2
 853     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 854     enum {
 855         atCB,  atCG,  atCD1, atHD1, atCD2, atNE1, atHE1, atCE2, atCE3, atHE3,
 856         atCZ2, atHZ2, atCZ3, atHZ3, atCH2, atHH2, atNR
 857     };
 858     /* weights for determining the COM's of both rings (M1 and M2): */
 859     real mw[NMASS][atNR] = {
 860         {   0,     1,     1,     1,   0.5,     1,     1,   0.5,     0,     0,
 861             0,     0,     0,     0,     0,     0 },
 862         {   0,     0,     0,     0,   0.5,     0,     0,   0.5,     1,     1,
 863             1,     1,     1,     1,     1,     1 }
 864     };
 865
 866     real xi[atNR], yi[atNR];
 867     real xcom[NMASS], ycom[NMASS], alpha;
 868     real b_CD2_CE2, b_NE1_CE2, b_CG_CD2, b_CH2_HH2, b_CE2_CZ2;
 869     real b_NE1_HE1, b_CD2_CE3, b_CE3_CZ3, b_CB_CG;
 870     real b_CZ2_CH2, b_CZ2_HZ2, b_CD1_HD1, b_CE3_HE3;
 871     real b_CG_CD1, b_CZ3_HZ3;
 872     real a_NE1_CE2_CD2, a_CE2_CD2_CG, a_CB_CG_CD2, a_CE2_CD2_CE3;
 873     real a_CD2_CG_CD1, a_CE2_CZ2_HZ2, a_CZ2_CH2_HH2;
 874     real a_CD2_CE2_CZ2, a_CD2_CE3_CZ3, a_CE3_CZ3_HZ3, a_CG_CD1_HD1;
 875     real a_CE2_CZ2_CH2, a_HE1_NE1_CE2, a_CD2_CE3_HE3;
 876     int  atM[NMASS], tpM, i, i0, j, nvsite;
 877     real mM[NMASS], dCBM1, dCBM2, dM1M2;
 878     real a, b;
 879     rvec r_ij, r_ik, t1, t2;
 880     char name[10];
 881
 882     if (atNR != nrfound)
 883     {
 884         gmx_incons("atom types in gen_vsites_trp");
 885     }
 886     /* Get geometry from database */
 887     b_CD2_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2");
 888     b_NE1_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2");
 889     b_CG_CD1  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1");
 890     b_CG_CD2  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD2");
 891     b_CB_CG   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG");
 892     b_CE2_CZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2");
 893     b_CD2_CE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3");
 894     b_CE3_CZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3");
 895     b_CZ2_CH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2");
 896
 897     b_CD1_HD1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD1", "HD1");
 898     b_CZ2_HZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "HZ2");
 899     b_NE1_HE1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "HE1");
 900     b_CH2_HH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CH2", "HH2");
 901     b_CE3_HE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "HE3");
 902     b_CZ3_HZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ3", "HZ3");
 903
 904     a_NE1_CE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2", "CD2");
 905     a_CE2_CD2_CG  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CG");
 906     a_CB_CG_CD2   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD2");
 907     a_CD2_CG_CD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CG", "CD1");
 908     /*a_CB_CG_CD1   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD1"); unused */
 909
 910     a_CE2_CD2_CE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CE3");
 911     a_CD2_CE2_CZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2", "CZ2");
 912     a_CD2_CE3_CZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "CZ3");
 913     a_CE3_CZ3_HZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3", "HZ3");
 914     a_CZ2_CH2_HH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2", "HH2");
 915     a_CE2_CZ2_HZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "HZ2");
 916     a_CE2_CZ2_CH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "CH2");
 917     a_CG_CD1_HD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1", "HD1");
 918     a_HE1_NE1_CE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "HE1", "NE1", "CE2");
 919     a_CD2_CE3_HE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "HE3");
 920
 921     /* Calculate local coordinates.
 922      * y-axis (x=0) is the bond CD2-CE2.
 923      * x-axis (y=0) is perpendicular to the bond CD2-CE2 and
 924      * intersects the middle of the bond.
 925      */
 926     xi[atCD2] = 0;
 927     yi[atCD2] = -0.5*b_CD2_CE2;
 928
 929     xi[atCE2] = 0;
 930     yi[atCE2] = 0.5*b_CD2_CE2;
 931
 932     xi[atNE1] = -b_NE1_CE2*std::sin(a_NE1_CE2_CD2);
 933     yi[atNE1] = yi[atCE2]-b_NE1_CE2*std::cos(a_NE1_CE2_CD2);
 934
 935     xi[atCG] = -b_CG_CD2*std::sin(a_CE2_CD2_CG);
 936     yi[atCG] = yi[atCD2]+b_CG_CD2*std::cos(a_CE2_CD2_CG);
 937
 938     alpha    = a_CE2_CD2_CG + M_PI - a_CB_CG_CD2;
 939     xi[atCB] = xi[atCG]-b_CB_CG*std::sin(alpha);
 940     yi[atCB] = yi[atCG]+b_CB_CG*std::cos(alpha);
 941
 942     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - M_PI;
 943     xi[atCD1] = xi[atCG]-b_CG_CD1*std::sin(alpha);
 944     yi[atCD1] = yi[atCG]+b_CG_CD1*std::cos(alpha);
 945
 946     xi[atCE3] = b_CD2_CE3*std::sin(a_CE2_CD2_CE3);
 947     yi[atCE3] = yi[atCD2]+b_CD2_CE3*std::cos(a_CE2_CD2_CE3);
 948
 949     xi[atCZ2] = b_CE2_CZ2*std::sin(a_CD2_CE2_CZ2);
 950     yi[atCZ2] = yi[atCE2]-b_CE2_CZ2*std::cos(a_CD2_CE2_CZ2);
 951
 952     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - M_PI;
 953     xi[atCZ3] = xi[atCE3]+b_CE3_CZ3*std::sin(alpha);
 954     yi[atCZ3] = yi[atCE3]+b_CE3_CZ3*std::cos(alpha);
 955
 956     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - M_PI;
 957     xi[atCH2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_CH2*std::sin(alpha);
 958     yi[atCH2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_CH2*std::cos(alpha);
 959
 960     /* hydrogens */
 961     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - a_CG_CD1_HD1;
 962     xi[atHD1] = xi[atCD1]-b_CD1_HD1*std::sin(alpha);
 963     yi[atHD1] = yi[atCD1]+b_CD1_HD1*std::cos(alpha);
 964
 965     alpha     = a_NE1_CE2_CD2 + M_PI - a_HE1_NE1_CE2;
 966     xi[atHE1] = xi[atNE1]-b_NE1_HE1*std::sin(alpha);
 967     yi[atHE1] = yi[atNE1]-b_NE1_HE1*std::cos(alpha);
 968
 969     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + M_PI - a_CD2_CE3_HE3;
 970     xi[atHE3] = xi[atCE3]+b_CE3_HE3*std::sin(alpha);
 971     yi[atHE3] = yi[atCE3]+b_CE3_HE3*std::cos(alpha);
 972
 973     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + M_PI - a_CE2_CZ2_HZ2;
 974     xi[atHZ2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_HZ2*std::sin(alpha);
 975     yi[atHZ2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_HZ2*std::cos(alpha);
 976
 977     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - a_CZ2_CH2_HH2;
 978     xi[atHZ3] = xi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*std::sin(alpha);
 979     yi[atHZ3] = yi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*std::cos(alpha);
 980
 981     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - a_CE3_CZ3_HZ3;
 982     xi[atHH2] = xi[atCH2]+b_CH2_HH2*std::sin(alpha);
 983     yi[atHH2] = yi[atCH2]-b_CH2_HH2*std::cos(alpha);
 984
 985     /* Calculate masses for each ring and put it on the dummy masses */
 986     for (j = 0; j < NMASS; j++)
 987     {
 988         mM[j] = xcom[j] = ycom[j] = 0;
 989     }
 990     for (i = 0; i < atNR; i++)
 991     {
 992         if (i != atCB)
 993         {
 994             for (j = 0; j < NMASS; j++)
 995             {
 996                 mM[j]   += mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
 997                 xcom[j] += xi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
 998                 ycom[j] += yi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
 999             }
1000         }
1001     }
1002     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1003     {
1004         xcom[j] /= mM[j];
1005         ycom[j] /= mM[j];
1006     }
1007
1008     /* get dummy mass type */
1009     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1010     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with CB */
1011     i0 = ats[atCB];
1012     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1013     {
1014         atM[j] = i0+*nadd+j;
1015     }
1016     if (debug)
1017     {
1018         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, (*o2n)[i0]+1);
1019     }
1020     *nadd += NMASS;
1021     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1022     {
1023         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1024     }
1025     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1026     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1027     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1028     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1029     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1030     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1031     {
1032         (*newatomname)[at->nr+*nadd-1-j] = nullptr;
1033     }
1034
1035     /* Dummy masses will be placed at the center-of-mass in each ring. */
1036
1037     /* calc initial position for dummy masses in real (non-local) coordinates.
1038      * Cheat by using the routine to calculate virtual site parameters. It is
1039      * much easier when we have the coordinates expressed in terms of
1040      * CB, CG, CD2.
1041      */
1042     rvec_sub(x[ats[atCB]], x[ats[atCG]], r_ij);
1043     rvec_sub(x[ats[atCD2]], x[ats[atCG]], r_ik);
1044     calc_vsite3_param(xcom[0], ycom[0], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1045                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1046     svmul(a, r_ij, t1);
1047     svmul(b, r_ik, t2);
1048     rvec_add(t1, t2, t1);
1049     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[0]]);
1050
1051     calc_vsite3_param(xcom[1], ycom[1], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1052                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1053     svmul(a, r_ij, t1);
1054     svmul(b, r_ik, t2);
1055     rvec_add(t1, t2, t1);
1056     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[1]]);
1057
1058     /* set parameters for the masses */
1059     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1060     {
1061         sprintf(name, "MW%d", j+1);
1062         (*newatomname)  [atM[j]]         = put_symtab(symtab, name);
1063         (*newatom)      [atM[j]].m       = (*newatom)[atM[j]].mB    = mM[j];
1064         (*newatom)      [atM[j]].q       = (*newatom)[atM[j]].qB    = 0.0;
1065         (*newatom)      [atM[j]].type    = (*newatom)[atM[j]].typeB = tpM;
1066         (*newatom)      [atM[j]].ptype   = eptAtom;
1067         (*newatom)      [atM[j]].resind  = at->atom[i0].resind;
1068         (*newatom)      [atM[j]].elem[0] = 'M';
1069         (*newatom)      [atM[j]].elem[1] = '\0';
1070         (*newvsite_type)[atM[j]]         = NOTSET;
1071         (*newcgnr)      [atM[j]]         = (*cgnr)[i0];
1072     }
1073     /* renumber cgnr: */
1074     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1075     {
1076         (*cgnr)[i]++;
1077     }
1078
1079     /* constraints between CB, M1 and M2 */
1080     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
1081     dCBM1 = std::hypot( xcom[0]-xi[atCB], ycom[0]-yi[atCB] );
1082     dM1M2 = std::hypot( xcom[0]-xcom[1], ycom[0]-ycom[1] );
1083     dCBM2 = std::hypot( xcom[1]-xi[atCB], ycom[1]-yi[atCB] );
1084     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[0], dCBM1);
1085     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[1], dCBM2);
1086     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], dM1M2);
1087
1088     /* rest will be vsite3 */
1089     nvsite = 0;
1090     for (i = 0; i < atNR; i++)
1091     {
1092         if (i != atCB)
1093         {
1094             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1095             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1096             nvsite++;
1097         }
1098     }
1099
1100     /* now define all vsites from M1, M2, CB, ie:
1101        r_d = r_M1 + a r_M1_M2 + b r_M1_CB */
1102     for (i = 0; i < atNR; i++)
1103     {
1104         if ( (*vsite_type)[ats[i]] == F_VSITE3)
1105         {
1106             calc_vsite3_param(xi[i], yi[i], xcom[0], ycom[0], xcom[1], ycom[1], xi[atCB], yi[atCB], &a, &b);
1107             add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1108                              ats[i], add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], ats[atCB], a, b);
1109         }
1110     }
1111     return nvsite;
1112 #undef NMASS
1113 }
1114
1115
1116 static int gen_vsites_tyr(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
1117                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
1118                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
1119                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
1120                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1121                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
1122                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1123 {
1124     int  nvsite, i, i0, j, atM, tpM;
1125     real dCGCE, dCEOH, dCGM, tmp1, a, b;
1126     real bond_cc, bond_ch, bond_co, bond_oh, angle_coh;
1127     real xcom, mtot;
1128     real vdist, mM;
1129     rvec r1;
1130     char name[10];
1131
1132     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1133     enum {
1134         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
1135         atCZ, atOH, atHH, atNR
1136     };
1137     real xi[atNR];
1138     /* CG, CE1, CE2 (as in general 6-ring) and OH and HH stay,
1139        rest gets virtualized.
1140        Now we have two linked triangles with one improper keeping them flat */
1141     if (atNR != nrfound)
1142     {
1143         gmx_incons("Number of atom types in gen_vsites_tyr");
1144     }
1145
1146     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length
1147      * for the ring part (angle is always 120 degrees).
1148      */
1149     bond_cc   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "CE1");
1150     bond_ch   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "HD1");
1151     bond_co   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH");
1152     bond_oh   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "OH", "HH");
1153     angle_coh = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH", "HH");
1154
1155     xi[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*std::cos(ANGLE_6RING);
1156     xi[atCD1] = -bond_cc;
1157     xi[atHD1] = xi[atCD1]+bond_ch*std::cos(ANGLE_6RING);
1158     xi[atCE1] = 0;
1159     xi[atHE1] = xi[atCE1]-bond_ch*std::cos(ANGLE_6RING);
1160     xi[atCD2] = xi[atCD1];
1161     xi[atHD2] = xi[atHD1];
1162     xi[atCE2] = xi[atCE1];
1163     xi[atHE2] = xi[atHE1];
1164     xi[atCZ]  = bond_cc*std::cos(0.5*ANGLE_6RING);
1165     xi[atOH]  = xi[atCZ]+bond_co;
1166
1167     xcom = mtot = 0;
1168     for (i = 0; i < atOH; i++)
1169     {
1170         xcom += xi[i]*at->atom[ats[i]].m;
1171         mtot += at->atom[ats[i]].m;
1172     }
1173     xcom /= mtot;
1174
1175     /* first do 6 ring as default,
1176        except CZ (we'll do that different) and HZ (we don't have that): */
1177     nvsite = gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, FALSE);
1178
1179     /* then construct CZ from the 2nd triangle */
1180     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
1181     a = b = 0.5 * bond_co / ( bond_co - bond_cc*std::cos(ANGLE_6RING) );
1182     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1183                      ats[atCZ], ats[atOH], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
1184     at->atom[ats[atCZ]].m = at->atom[ats[atCZ]].mB = 0;
1185
1186     /* constraints between CE1, CE2 and OH */
1187     dCGCE = std::sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
1188     dCEOH = std::sqrt( cosrule(bond_cc, bond_co, ANGLE_6RING) );
1189     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atOH], dCEOH);
1190     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE2], ats[atOH], dCEOH);
1191
1192     /* We also want to constrain the angle C-O-H, but since CZ is constructed
1193      * we need to introduce a constraint to CG.
1194      * CG is much further away, so that will lead to instabilities in LINCS
1195      * when we constrain both CG-HH and OH-HH distances. Instead of requiring
1196      * the use of lincs_order=8 we introduce a dummy mass three times further
1197      * away from OH than HH. The mass is accordingly a third, with the remaining
1198      * 2/3 moved to OH. This shouldn't cause any problems since the forces will
1199      * apply to the HH constructed atom and not directly on the virtual mass.
1200      */
1201
1202     vdist                   = 2.0*bond_oh;
1203     mM                      = at->atom[ats[atHH]].m/2.0;
1204     at->atom[ats[atOH]].m  += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1205     at->atom[ats[atOH]].mB += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1206     at->atom[ats[atHH]].m   = at->atom[ats[atHH]].mB = 0;
1207
1208     /* get dummy mass type */
1209     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1210     /* make space for 1 mass: shift HH only */
1211     i0  = ats[atHH];
1212     atM = i0+*nadd;
1213     if (debug)
1214     {
1215         fprintf(stderr, "Inserting 1 dummy mass at %d\n", (*o2n)[i0]+1);
1216     }
1217     (*nadd)++;
1218     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1219     {
1220         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1221     }
1222     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1223     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1224     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1225     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1226     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1227     (*newatomname)[at->nr+*nadd-1] = nullptr;
1228
1229     /* Calc the dummy mass initial position */
1230     rvec_sub(x[ats[atHH]], x[ats[atOH]], r1);
1231     svmul(2.0, r1, r1);
1232     rvec_add(r1, x[ats[atHH]], (*newx)[atM]);
1233
1234     strcpy(name, "MW1");
1235     (*newatomname)  [atM]         = put_symtab(symtab, name);
1236     (*newatom)      [atM].m       = (*newatom)[atM].mB    = mM;
1237     (*newatom)      [atM].q       = (*newatom)[atM].qB    = 0.0;
1238     (*newatom)      [atM].type    = (*newatom)[atM].typeB = tpM;
1239     (*newatom)      [atM].ptype   = eptAtom;
1240     (*newatom)      [atM].resind  = at->atom[i0].resind;
1241     (*newatom)      [atM].elem[0] = 'M';
1242     (*newatom)      [atM].elem[1] = '\0';
1243     (*newvsite_type)[atM]         = NOTSET;
1244     (*newcgnr)      [atM]         = (*cgnr)[i0];
1245     /* renumber cgnr: */
1246     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1247     {
1248         (*cgnr)[i]++;
1249     }
1250
1251     (*vsite_type)[ats[atHH]] = F_VSITE2;
1252     nvsite++;
1253     /* assume we also want the COH angle constrained: */
1254     tmp1 = bond_cc*std::cos(0.5*ANGLE_6RING) + dCGCE*std::sin(ANGLE_6RING*0.5) + bond_co;
1255     dCGM = std::sqrt( cosrule(tmp1, vdist, angle_coh) );
1256     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], add_shift+atM, dCGM);
1257     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atOH], add_shift+atM, vdist);
1258
1259     add_vsite2_param(&plist[F_VSITE2],
1260                      ats[atHH], ats[atOH], add_shift+atM, 1.0/2.0);
1261     return nvsite;
1262 }
1263
1264 static int gen_vsites_his(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1265                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1266 {
1267     int  nvsite, i;
1268     real a, b, alpha, dCGCE1, dCGNE2;
1269     real sinalpha, cosalpha;
1270     real xcom, ycom, mtot;
1271     real mG, mrest, mCE1, mNE2;
1272     real b_CG_ND1, b_ND1_CE1, b_CE1_NE2, b_CG_CD2, b_CD2_NE2;
1273     real b_ND1_HD1, b_NE2_HE2, b_CE1_HE1, b_CD2_HD2;
1274     real a_CG_ND1_CE1, a_CG_CD2_NE2, a_ND1_CE1_NE2, a_CE1_NE2_CD2;
1275     real a_NE2_CE1_HE1, a_NE2_CD2_HD2, a_CE1_ND1_HD1, a_CE1_NE2_HE2;
1276     char resname[10];
1277
1278     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1279     enum {
1280         atCG, atND1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atNE2, atHE2, atNR
1281     };
1282     real x[atNR], y[atNR];
1283
1284     /* CG, CE1 and NE2 stay, each gets part of the total mass,
1285        rest gets virtualized */
1286     /* check number of atoms, 3 hydrogens may be missing: */
1287     /* assert( nrfound >= atNR-3 || nrfound <= atNR );
1288      * Don't understand the above logic. Shouldn't it be && rather than || ???
1289      */
1290     if ((nrfound < atNR-3) || (nrfound > atNR))
1291     {
1292         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1293     }
1294
1295     /* avoid warnings about uninitialized variables */
1296     b_ND1_HD1 = b_NE2_HE2 = b_CE1_HE1 = b_CD2_HD2 = a_NE2_CE1_HE1 =
1297                         a_NE2_CD2_HD2 = a_CE1_ND1_HD1 = a_CE1_NE2_HE2 = 0;
1298
1299     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1300     {
1301         if (ats[atHE2] != NOTSET)
1302         {
1303             sprintf(resname, "HISH");
1304         }
1305         else
1306         {
1307             sprintf(resname, "HISA");
1308         }
1309     }
1310     else
1311     {
1312         sprintf(resname, "HISB");
1313     }
1314
1315     /* Get geometry from database */
1316     b_CG_ND1      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1");
1317     b_ND1_CE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1");
1318     b_CE1_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2");
1319     b_CG_CD2      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2");
1320     b_CD2_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "NE2");
1321     a_CG_ND1_CE1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1", "CE1");
1322     a_CG_CD2_NE2  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2", "NE2");
1323     a_ND1_CE1_NE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1", "NE2");
1324     a_CE1_NE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "CD2");
1325
1326     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1327     {
1328         b_ND1_HD1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "HD1");
1329         a_CE1_ND1_HD1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "ND1", "HD1");
1330     }
1331     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1332     {
1333         b_NE2_HE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "HE2");
1334         a_CE1_NE2_HE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "HE2");
1335     }
1336     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1337     {
1338         b_CD2_HD2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "HD2");
1339         a_NE2_CD2_HD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CD2", "HD2");
1340     }
1341     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1342     {
1343         b_CE1_HE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "HE1");
1344         a_NE2_CE1_HE1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CE1", "HE1");
1345     }
1346
1347     /* constraints between CG, CE1 and NE1 */
1348     dCGCE1   = std::sqrt( cosrule(b_CG_ND1, b_ND1_CE1, a_CG_ND1_CE1) );
1349     dCGNE2   = std::sqrt( cosrule(b_CG_CD2, b_CD2_NE2, a_CG_CD2_NE2) );
1350
1351     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE1);
1352     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atNE2], dCGNE2);
1353     /* we already have a constraint CE1-NE2, so we don't add it again */
1354
1355     /* calculate the positions in a local frame of reference.
1356      * The x-axis is the line from CG that makes a right angle
1357      * with the bond CE1-NE2, and the y-axis the bond CE1-NE2.
1358      */
1359     /* First calculate the x-axis intersection with y-axis (=yCE1).
1360      * Get cos(angle CG-CE1-NE2) :
1361      */
1362     cosalpha = acosrule(dCGNE2, dCGCE1, b_CE1_NE2);
1363     x[atCE1] = 0;
1364     y[atCE1] = cosalpha*dCGCE1;
1365     x[atNE2] = 0;
1366     y[atNE2] = y[atCE1]-b_CE1_NE2;
1367     sinalpha = std::sqrt(1-cosalpha*cosalpha);
1368     x[atCG]  = -sinalpha*dCGCE1;
1369     y[atCG]  = 0;
1370     x[atHE1] = x[atHE2] = x[atHD1] = x[atHD2] = 0;
1371     y[atHE1] = y[atHE2] = y[atHD1] = y[atHD2] = 0;
1372
1373     /* calculate ND1 and CD2 positions from CE1 and NE2 */
1374
1375     x[atND1] = -b_ND1_CE1*std::sin(a_ND1_CE1_NE2);
1376     y[atND1] = y[atCE1]-b_ND1_CE1*std::cos(a_ND1_CE1_NE2);
1377
1378     x[atCD2] = -b_CD2_NE2*std::sin(a_CE1_NE2_CD2);
1379     y[atCD2] = y[atNE2]+b_CD2_NE2*std::cos(a_CE1_NE2_CD2);
1380
1381     /* And finally the hydrogen positions */
1382     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1383     {
1384         x[atHE1] = x[atCE1] + b_CE1_HE1*std::sin(a_NE2_CE1_HE1);
1385         y[atHE1] = y[atCE1] - b_CE1_HE1*std::cos(a_NE2_CE1_HE1);
1386     }
1387     /* HD2 - first get (ccw) angle from (positive) y-axis */
1388     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1389     {
1390         alpha    = a_CE1_NE2_CD2 + M_PI - a_NE2_CD2_HD2;
1391         x[atHD2] = x[atCD2] - b_CD2_HD2*std::sin(alpha);
1392         y[atHD2] = y[atCD2] + b_CD2_HD2*std::cos(alpha);
1393     }
1394     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1395     {
1396         /* HD1 - first get (cw) angle from (positive) y-axis */
1397         alpha    = a_ND1_CE1_NE2 + M_PI - a_CE1_ND1_HD1;
1398         x[atHD1] = x[atND1] - b_ND1_HD1*std::sin(alpha);
1399         y[atHD1] = y[atND1] - b_ND1_HD1*std::cos(alpha);
1400     }
1401     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1402     {
1403         x[atHE2] = x[atNE2] + b_NE2_HE2*std::sin(a_CE1_NE2_HE2);
1404         y[atHE2] = y[atNE2] + b_NE2_HE2*std::cos(a_CE1_NE2_HE2);
1405     }
1406     /* Have all coordinates now */
1407
1408     /* calc center-of-mass; keep atoms CG, CE1, NE2 and
1409      * set the rest to vsite3
1410      */
1411     mtot   = xcom = ycom = 0;
1412     nvsite = 0;
1413     for (i = 0; i < atNR; i++)
1414     {
1415         if (ats[i] != NOTSET)
1416         {
1417             mtot += at->atom[ats[i]].m;
1418             xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
1419             ycom += y[i]*at->atom[ats[i]].m;
1420             if (i != atCG && i != atCE1 && i != atNE2)
1421             {
1422                 at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1423                 (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1424                 nvsite++;
1425             }
1426         }
1427     }
1428     if (nvsite+3 != nrfound)
1429     {
1430         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1431     }
1432
1433     xcom /= mtot;
1434     ycom /= mtot;
1435
1436     /* distribute mass so that com stays the same */
1437     mG    = xcom*mtot/x[atCG];
1438     mrest = mtot-mG;
1439     mCE1  = (ycom-y[atNE2])*mrest/(y[atCE1]-y[atNE2]);
1440     mNE2  = mrest-mCE1;
1441
1442     at->atom[ats[atCG]].m  = at->atom[ats[atCG]].mB = mG;
1443     at->atom[ats[atCE1]].m = at->atom[ats[atCE1]].mB = mCE1;
1444     at->atom[ats[atNE2]].m = at->atom[ats[atNE2]].mB = mNE2;
1445
1446     /* HE1 */
1447     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1448     {
1449         calc_vsite3_param(x[atHE1], y[atHE1], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1450                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1451         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1452                          ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1453     }
1454     /* HE2 */
1455     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1456     {
1457         calc_vsite3_param(x[atHE2], y[atHE2], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1458                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1459         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1460                          ats[atHE2], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1461     }
1462
1463     /* ND1 */
1464     calc_vsite3_param(x[atND1], y[atND1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1465                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1466     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1467                      ats[atND1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1468
1469     /* CD2 */
1470     calc_vsite3_param(x[atCD2], y[atCD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1471                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1472     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1473                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1474
1475     /* HD1 */
1476     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1477     {
1478         calc_vsite3_param(x[atHD1], y[atHD1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1479                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1480         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1481                          ats[atHD1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1482     }
1483     /* HD2 */
1484     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1485     {
1486         calc_vsite3_param(x[atHD2], y[atHD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1487                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1488         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1489                          ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1490     }
1491     return nvsite;
1492 }
1493
1494 static bool is_vsite(int vsite_type)
1495 {
1496     if (vsite_type == NOTSET)
1497     {
1498         return FALSE;
1499     }
1500     switch (abs(vsite_type) )
1501     {
1502         case F_VSITE3:
1503         case F_VSITE3FD:
1504         case F_VSITE3OUT:
1505         case F_VSITE3FAD:
1506         case F_VSITE4FD:
1507         case F_VSITE4FDN:
1508             return TRUE;
1509         default:
1510             return FALSE;
1511     }
1512 }
1513
1514 static char atomnamesuffix[] = "1234";
1515
1516 void do_vsites(int nrtp, t_restp rtp[], gpp_atomtype_t atype,
1517                t_atoms *at, t_symtab *symtab, rvec *x[],
1518                t_params plist[], int *vsite_type[], int *cgnr[],
1519                real mHmult, bool bVsiteAromatics,
1520                const char *ffdir)
1521 {
1522 #define MAXATOMSPERRESIDUE 16
1523     int               i, j, k, m, i0, ni0, whatres, resind, add_shift, ftype, nvsite, nadd;
1524     int               ai, aj, ak, al;
1525     int               nrfound = 0, needed, nrbonds, nrHatoms, Heavy, nrheavies, tpM, tpHeavy;
1526     int               Hatoms[4], heavies[4];
1527     bool              bWARNING, bAddVsiteParam, bFirstWater;
1528     matrix            tmpmat;
1529     bool             *bResProcessed;
1530     real              mHtot, mtot, fact, fact2;
1531     rvec              rpar, rperp, temp;
1532     char              name[10], tpname[32], nexttpname[32], *ch;
1533     rvec             *newx;
1534     int              *o2n, *newvsite_type, *newcgnr, ats[MAXATOMSPERRESIDUE];
1535     t_atom           *newatom;
1536     t_params         *params;
1537     char           ***newatomname;
1538     char             *resnm = nullptr;
1539     int               ndb, f;
1540     char            **db;
1541     int               nvsiteconf, nvsitetop, cmplength;
1542     bool              isN, planarN, bFound;
1543     gmx_residuetype_t*rt;
1544
1545     t_vsiteconf      *vsiteconflist;
1546     /* pointer to a list of CH3/NH3/NH2 configuration entries.
1547      * See comments in read_vsite_database. It isnt beautiful,
1548      * but it had to be fixed, and I dont even want to try to
1549      * maintain this part of the code...
1550      */
1551     t_vsitetop *vsitetop;
1552     /* Pointer to a list of geometry (bond/angle) entries for
1553      * residues like PHE, TRP, TYR, HIS, etc., where we need
1554      * to know the geometry to construct vsite aromatics.
1555      * Note that equilibrium geometry isnt necessarily the same
1556      * as the individual bond and angle values given in the
1557      * force field (rings can be strained).
1558      */
1559
1560     /* if bVsiteAromatics=TRUE do_vsites will specifically convert atoms in
1561        PHE, TRP, TYR and HIS to a construction of virtual sites */
1562     enum                    {
1563         resPHE, resTRP, resTYR, resHIS, resNR
1564     };
1565     const char *resnms[resNR]   = {   "PHE",  "TRP",  "TYR",  "HIS" };
1566     /* Amber03 alternative names for termini */
1567     const char *resnmsN[resNR]  = {  "NPHE", "NTRP", "NTYR", "NHIS" };
1568     const char *resnmsC[resNR]  = {  "CPHE", "CTRP", "CTYR", "CHIS" };
1569     /* HIS can be known as HISH, HIS1, HISA, HID, HIE, HIP, etc. too */
1570     bool        bPartial[resNR]  = {  FALSE,  FALSE,  FALSE,   TRUE  };
1571     /* the atnms for every residue MUST correspond to the enums in the
1572        gen_vsites_* (one for each residue) routines! */
1573     /* also the atom names in atnms MUST be in the same order as in the .rtp! */
1574     const char *atnms[resNR][MAXATOMSPERRESIDUE+1] = {
1575         { "CG", /* PHE */
1576           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1577           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1578           "CZ", "HZ", nullptr },
1579         { "CB", /* TRP */
1580           "CG",
1581           "CD1", "HD1", "CD2",
1582           "NE1", "HE1", "CE2", "CE3", "HE3",
1583           "CZ2", "HZ2", "CZ3", "HZ3",
1584           "CH2", "HH2", nullptr },
1585         { "CG", /* TYR */
1586           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1587           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1588           "CZ", "OH", "HH", nullptr },
1589         { "CG", /* HIS */
1590           "ND1", "HD1", "CD2", "HD2",
1591           "CE1", "HE1", "NE2", "HE2", nullptr }
1592     };
1593
1594     if (debug)
1595     {
1596         printf("Searching for atoms to make virtual sites ...\n");
1597         fprintf(debug, "# # # VSITES # # #\n");
1598     }
1599
1600     ndb           = fflib_search_file_end(ffdir, ".vsd", FALSE, &db);
1601     nvsiteconf    = 0;
1602     vsiteconflist = nullptr;
1603     nvsitetop     = 0;
1604     vsitetop      = nullptr;
1605     for (f = 0; f < ndb; f++)
1606     {
1607         read_vsite_database(db[f], &vsiteconflist, &nvsiteconf, &vsitetop, &nvsitetop);
1608         sfree(db[f]);
1609     }
1610     sfree(db);
1611
1612     bFirstWater = TRUE;
1613     nvsite      = 0;
1614     nadd        = 0;
1615     /* we need a marker for which atoms should *not* be renumbered afterwards */
1616     add_shift = 10*at->nr;
1617     /* make arrays where masses can be inserted into */
1618     snew(newx, at->nr);
1619     snew(newatom, at->nr);
1620     snew(newatomname, at->nr);
1621     snew(newvsite_type, at->nr);
1622     snew(newcgnr, at->nr);
1623     /* make index array to tell where the atoms go to when masses are inserted */
1624     snew(o2n, at->nr);
1625     for (i = 0; i < at->nr; i++)
1626     {
1627         o2n[i] = i;
1628     }
1629     /* make index to tell which residues were already processed */
1630     snew(bResProcessed, at->nres);
1631
1632     gmx_residuetype_init(&rt);
1633
1634     /* generate vsite constructions */
1635     /* loop over all atoms */
1636     resind = -1;
1637     for (i = 0; (i < at->nr); i++)
1638     {
1639         if (at->atom[i].resind != resind)
1640         {
1641             resind = at->atom[i].resind;
1642             resnm  = *(at->resinfo[resind].name);
1643         }
1644         /* first check for aromatics to virtualize */
1645         /* don't waste our effort on DNA, water etc. */
1646         /* Only do the vsite aromatic stuff when we reach the
1647          * CA atom, since there might be an X2/X3 group on the
1648          * N-terminus that must be treated first.
1649          */
1650         if (bVsiteAromatics &&
1651             !strcmp(*(at->atomname[i]), "CA") &&
1652             !bResProcessed[resind] &&
1653             gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[resind].name)) )
1654         {
1655             /* mark this residue */
1656             bResProcessed[resind] = TRUE;
1657             /* find out if this residue needs converting */
1658             whatres = NOTSET;
1659             for (j = 0; j < resNR && whatres == NOTSET; j++)
1660             {
1661
1662                 cmplength = bPartial[j] ? strlen(resnm)-1 : strlen(resnm);
1663
1664                 bFound = ((gmx_strncasecmp(resnm, resnms[j], cmplength) == 0) ||
1665                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsN[j], cmplength) == 0) ||
1666                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsC[j], cmplength) == 0));
1667
1668                 if (bFound)
1669                 {
1670                     whatres = j;
1671                     /* get atoms we will be needing for the conversion */
1672                     nrfound = 0;
1673                     for (k = 0; atnms[j][k]; k++)
1674                     {
1675                         ats[k] = NOTSET;
1676                         for (m = i; m < at->nr && at->atom[m].resind == resind && ats[k] == NOTSET; m++)
1677                         {
1678                             if (gmx_strcasecmp(*(at->atomname[m]), atnms[j][k]) == 0)
1679                             {
1680                                 ats[k] = m;
1681                                 nrfound++;
1682                             }
1683                         }
1684                     }
1685
1686                     /* now k is number of atom names in atnms[j] */
1687                     if (j == resHIS)
1688                     {
1689                         needed = k-3;
1690                     }
1691                     else
1692                     {
1693                         needed = k;
1694                     }
1695                     if (nrfound < needed)
1696                     {
1697                         gmx_fatal(FARGS, "not enough atoms found (%d, need %d) in "
1698                                   "residue %s %d while\n             "
1699                                   "generating aromatics virtual site construction",
1700                                   nrfound, needed, resnm, at->resinfo[resind].nr);
1701                     }
1702                     /* Advance overall atom counter */
1703                     i++;
1704                 }
1705             }
1706             /* the enums for every residue MUST correspond to atnms[residue] */
1707             switch (whatres)
1708             {
1709                 case resPHE:
1710                     if (debug)
1711                     {
1712                         fprintf(stderr, "PHE at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1713                     }
1714                     nvsite += gen_vsites_phe(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1715                     break;
1716                 case resTRP:
1717                     if (debug)
1718                     {
1719                         fprintf(stderr, "TRP at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1720                     }
1721                     nvsite += gen_vsites_trp(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1722                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1723                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1724                     break;
1725                 case resTYR:
1726                     if (debug)
1727                     {
1728                         fprintf(stderr, "TYR at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1729                     }
1730                     nvsite += gen_vsites_tyr(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1731                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1732                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1733                     break;
1734                 case resHIS:
1735                     if (debug)
1736                     {
1737                         fprintf(stderr, "HIS at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1738                     }
1739                     nvsite += gen_vsites_his(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1740                     break;
1741                 case NOTSET:
1742                     /* this means this residue won't be processed */
1743                     break;
1744                 default:
1745                     gmx_fatal(FARGS, "DEATH HORROR in do_vsites (%s:%d)",
1746                               __FILE__, __LINE__);
1747             } /* switch whatres */
1748               /* skip back to beginning of residue */
1749             while (i > 0 && at->atom[i-1].resind == resind)
1750             {
1751                 i--;
1752             }
1753         } /* if bVsiteAromatics & is protein */
1754
1755         /* now process the rest of the hydrogens */
1756         /* only process hydrogen atoms which are not already set */
1757         if ( ((*vsite_type)[i] == NOTSET) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])))
1758         {
1759             /* find heavy atom, count #bonds from it and #H atoms bound to it
1760                and return H atom numbers (Hatoms) and heavy atom numbers (heavies) */
1761             count_bonds(i, &plist[F_BONDS], at->atomname,
1762                         &nrbonds, &nrHatoms, Hatoms, &Heavy, &nrheavies, heavies);
1763             /* get Heavy atom type */
1764             tpHeavy = get_atype(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1765             strcpy(tpname, get_atomtype_name(tpHeavy, atype));
1766
1767             bWARNING       = FALSE;
1768             bAddVsiteParam = TRUE;
1769             /* nested if's which check nrHatoms, nrbonds and atomname */
1770             if (nrHatoms == 1)
1771             {
1772                 switch (nrbonds)
1773                 {
1774                     case 2: /* -O-H */
1775                         (*vsite_type)[i] = F_BONDS;
1776                         break;
1777                     case 3: /* =CH-, -NH- or =NH+- */
1778                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE3FD;
1779                         break;
1780                     case 4: /* --CH- (tert) */
1781                         /* The old type 4FD had stability issues, so
1782                          * all new constructs should use 4FDN
1783                          */
1784                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE4FDN;
1785
1786                         /* Check parity of heavy atoms from coordinates */
1787                         ai = Heavy;
1788                         aj = heavies[0];
1789                         ak = heavies[1];
1790                         al = heavies[2];
1791                         rvec_sub((*x)[aj], (*x)[ai], tmpmat[0]);
1792                         rvec_sub((*x)[ak], (*x)[ai], tmpmat[1]);
1793                         rvec_sub((*x)[al], (*x)[ai], tmpmat[2]);
1794
1795                         if (det(tmpmat) > 0)
1796                         {
1797                             /* swap parity */
1798                             heavies[1] = aj;
1799                             heavies[0] = ak;
1800                         }
1801
1802                         break;
1803                     default: /* nrbonds != 2, 3 or 4 */
1804                         bWARNING = TRUE;
1805                 }
1806
1807             }
1808             else if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 2) &&
1809                       (at->atom[Heavy].atomnumber == 8) )
1810             {
1811                 bAddVsiteParam = FALSE; /* this is water: skip these hydrogens */
1812                 if (bFirstWater)
1813                 {
1814                     bFirstWater = FALSE;
1815                     if (debug)
1816                     {
1817                         fprintf(debug,
1818                                 "Not converting hydrogens in water to virtual sites\n");
1819                     }
1820                 }
1821             }
1822             else if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 4) )
1823             {
1824                 /* -CH2- , -NH2+- */
1825                 (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3OUT;
1826                 (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3OUT;
1827             }
1828             else
1829             {
1830                 /* 2 or 3 hydrogen atom, with 3 or 4 bonds in total to the heavy atom.
1831                  * If it is a nitrogen, first check if it is planar.
1832                  */
1833                 isN = planarN = FALSE;
1834                 if ((nrHatoms == 2) && ((*at->atomname[Heavy])[0] == 'N'))
1835                 {
1836                     isN = TRUE;
1837                     j   = nitrogen_is_planar(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname);
1838                     if (j < 0)
1839                     {
1840                         gmx_fatal(FARGS, "No vsite database NH2 entry for type %s\n", tpname);
1841                     }
1842                     planarN = (j == 1);
1843                 }
1844                 if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) && ( !isN || planarN ) )
1845                 {
1846                     /* =CH2 or, if it is a nitrogen NH2, it is a planar one */
1847                     (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3FAD;
1848                     (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3FAD;
1849                 }
1850                 else if ( ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) &&
1851                             ( isN && !planarN ) ) ||
1852                           ( (nrHatoms == 3) && (nrbonds == 4) ) )
1853                 {
1854                     /* CH3, NH3 or non-planar NH2 group */
1855                     int      Hat_vsite_type[3] = { F_VSITE3, F_VSITE3OUT, F_VSITE3OUT };
1856                     bool     Hat_SwapParity[3] = { FALSE,    TRUE,        FALSE };
1857
1858                     if (debug)
1859                     {
1860                         fprintf(stderr, "-XH3 or nonplanar NH2 group at %d\n", i+1);
1861                     }
1862                     bAddVsiteParam = FALSE; /* we'll do this ourselves! */
1863                     /* -NH2 (umbrella), -NH3+ or -CH3 */
1864                     (*vsite_type)[Heavy]       = F_VSITE3;
1865                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1866                     {
1867                         (*vsite_type)[Hatoms[j]] = Hat_vsite_type[j];
1868                     }
1869                     /* get dummy mass type from first char of heavy atom type (N or C) */
1870
1871                     strcpy(nexttpname, get_atomtype_name(get_atype(heavies[0], at, nrtp, rtp, rt), atype));
1872                     ch = get_dummymass_name(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname, nexttpname);
1873
1874                     if (ch == nullptr)
1875                     {
1876                         if (ndb > 0)
1877                         {
1878                             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);
1879                         }
1880                         else
1881                         {
1882                             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);
1883                         }
1884                     }
1885                     else
1886                     {
1887                         strcpy(name, ch);
1888                     }
1889
1890                     tpM = vsite_nm2type(name, atype);
1891                     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with 'Heavy' */
1892 #define NMASS 2
1893                     i0  = Heavy;
1894                     ni0 = i0+nadd;
1895                     if (debug)
1896                     {
1897                         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, o2n[i0]+1);
1898                     }
1899                     nadd += NMASS;
1900                     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1901                     {
1902                         o2n[j] = j+nadd;
1903                     }
1904
1905                     srenew(newx, at->nr+nadd);
1906                     srenew(newatom, at->nr+nadd);
1907                     srenew(newatomname, at->nr+nadd);
1908                     srenew(newvsite_type, at->nr+nadd);
1909                     srenew(newcgnr, at->nr+nadd);
1910
1911                     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1912                     {
1913                         newatomname[at->nr+nadd-1-j] = nullptr;
1914                     }
1915
1916                     /* calculate starting position for the masses */
1917                     mHtot = 0;
1918                     /* get atom masses, and set Heavy and Hatoms mass to zero */
1919                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1920                     {
1921                         mHtot                += get_amass(Hatoms[j], at, nrtp, rtp, rt);
1922                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
1923                     }
1924                     mtot              = mHtot + get_amass(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1925                     at->atom[Heavy].m = at->atom[Heavy].mB = 0;
1926                     if (mHmult != 1.0)
1927                     {
1928                         mHtot *= mHmult;
1929                     }
1930                     fact2 = mHtot/mtot;
1931                     fact  = std::sqrt(fact2);
1932                     /* generate vectors parallel and perpendicular to rotational axis:
1933                      * rpar  = Heavy -> Hcom
1934                      * rperp = Hcom  -> H1   */
1935                     clear_rvec(rpar);
1936                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1937                     {
1938                         rvec_inc(rpar, (*x)[Hatoms[j]]);
1939                     }
1940                     svmul(1.0/nrHatoms, rpar, rpar); /* rpar = ( H1+H2+H3 ) / 3 */
1941                     rvec_dec(rpar, (*x)[Heavy]);     /*        - Heavy          */
1942                     rvec_sub((*x)[Hatoms[0]], (*x)[Heavy], rperp);
1943                     rvec_dec(rperp, rpar);           /* rperp = H1 - Heavy - rpar */
1944                     /* calc mass positions */
1945                     svmul(fact2, rpar, temp);
1946                     for (j = 0; (j < NMASS); j++) /* xM = xN + fact2 * rpar +/- fact * rperp */
1947                     {
1948                         rvec_add((*x)[Heavy], temp, newx[ni0+j]);
1949                     }
1950                     svmul(fact, rperp, temp);
1951                     rvec_inc(newx[ni0  ], temp);
1952                     rvec_dec(newx[ni0+1], temp);
1953                     /* set atom parameters for the masses */
1954                     for (j = 0; (j < NMASS); j++)
1955                     {
1956                         /* make name: "M??#" or "M?#" (? is atomname, # is number) */
1957                         name[0] = 'M';
1958                         for (k = 0; (*at->atomname[Heavy])[k] && ( k < NMASS ); k++)
1959                         {
1960                             name[k+1] = (*at->atomname[Heavy])[k];
1961                         }
1962                         name[k+1]              = atomnamesuffix[j];
1963                         name[k+2]              = '\0';
1964                         newatomname[ni0+j]     = put_symtab(symtab, name);
1965                         newatom[ni0+j].m       = newatom[ni0+j].mB    = mtot/NMASS;
1966                         newatom[ni0+j].q       = newatom[ni0+j].qB    = 0.0;
1967                         newatom[ni0+j].type    = newatom[ni0+j].typeB = tpM;
1968                         newatom[ni0+j].ptype   = eptAtom;
1969                         newatom[ni0+j].resind  = at->atom[i0].resind;
1970                         newatom[ni0+j].elem[0] = 'M';
1971                         newatom[ni0+j].elem[1] = '\0';
1972                         newvsite_type[ni0+j]   = NOTSET;
1973                         newcgnr[ni0+j]         = (*cgnr)[i0];
1974                     }
1975                     /* add constraints between dummy masses and to heavies[0] */
1976                     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
1977                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0,  NOTSET);
1978                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0+1, NOTSET);
1979                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+ni0, add_shift+ni0+1, NOTSET);
1980
1981                     /* generate Heavy, H1, H2 and H3 from M1, M2 and heavies[0] */
1982                     /* note that vsite_type cannot be NOTSET, because we just set it */
1983                     add_vsite3_atoms  (&plist[(*vsite_type)[Heavy]],
1984                                        Heavy,     heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
1985                                        FALSE);
1986                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1987                     {
1988                         add_vsite3_atoms(&plist[(*vsite_type)[Hatoms[j]]],
1989                                          Hatoms[j], heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
1990                                          Hat_SwapParity[j]);
1991                     }
1992 #undef NMASS
1993                 }
1994                 else
1995                 {
1996                     bWARNING = TRUE;
1997                 }
1998
1999             }
2000             if (bWARNING)
2001             {
2002                 fprintf(stderr,
2003                         "Warning: cannot convert atom %d %s (bound to a heavy atom "
2004                         "%s with \n"
2005                         "         %d bonds and %d bound hydrogens atoms) to virtual site\n",
2006                         i+1, *(at->atomname[i]), tpname, nrbonds, nrHatoms);
2007             }
2008             if (bAddVsiteParam)
2009             {
2010                 /* add vsite parameters to topology,
2011                    also get rid of negative vsite_types */
2012                 add_vsites(plist, (*vsite_type), Heavy, nrHatoms, Hatoms,
2013                            nrheavies, heavies);
2014                 /* transfer mass of virtual site to Heavy atom */
2015                 for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
2016                 {
2017                     if (is_vsite((*vsite_type)[Hatoms[j]]))
2018                     {
2019                         at->atom[Heavy].m    += at->atom[Hatoms[j]].m;
2020                         at->atom[Heavy].mB    = at->atom[Heavy].m;
2021                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
2022                     }
2023                 }
2024             }
2025             nvsite += nrHatoms;
2026             if (debug)
2027             {
2028                 fprintf(debug, "atom %d: ", o2n[i]+1);
2029                 print_bonds(debug, o2n, nrHatoms, Hatoms, Heavy, nrheavies, heavies);
2030             }
2031         } /* if vsite NOTSET & is hydrogen */
2032
2033     }     /* for i < at->nr */
2034
2035     gmx_residuetype_destroy(rt);
2036
2037     if (debug)
2038     {
2039         fprintf(debug, "Before inserting new atoms:\n");
2040         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2041         {
2042             fprintf(debug, "%4d %4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1, o2n[i]+1,
2043                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2044                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2045                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2046                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2047                     (*cgnr)[i],
2048                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2049                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2050         }
2051         fprintf(debug, "new atoms to be inserted:\n");
2052         for (i = 0; i < at->nr+nadd; i++)
2053         {
2054             if (newatomname[i])
2055             {
2056                 fprintf(debug, "%4d %4s %4d %6d %-10s\n", i+1,
2057                         newatomname[i] ? *(newatomname[i]) : "(NULL)",
2058                         newatom[i].resind, newcgnr[i],
2059                         (newvsite_type[i] == NOTSET) ?
2060                         "NOTSET" : interaction_function[newvsite_type[i]].name);
2061             }
2062         }
2063     }
2064
2065     /* add all original atoms to the new arrays, using o2n index array */
2066     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2067     {
2068         newatomname  [o2n[i]] = at->atomname [i];
2069         newatom      [o2n[i]] = at->atom     [i];
2070         newvsite_type[o2n[i]] = (*vsite_type)[i];
2071         newcgnr      [o2n[i]] = (*cgnr)      [i];
2072         copy_rvec((*x)[i], newx[o2n[i]]);
2073     }
2074     /* throw away old atoms */
2075     sfree(at->atom);
2076     sfree(at->atomname);
2077     sfree(*vsite_type);
2078     sfree(*cgnr);
2079     sfree(*x);
2080     /* put in the new ones */
2081     at->nr      += nadd;
2082     at->atom     = newatom;
2083     at->atomname = newatomname;
2084     *vsite_type  = newvsite_type;
2085     *cgnr        = newcgnr;
2086     *x           = newx;
2087     if (at->nr > add_shift)
2088     {
2089         gmx_fatal(FARGS, "Added impossible amount of dummy masses "
2090                   "(%d on a total of %d atoms)\n", nadd, at->nr-nadd);
2091     }
2092
2093     if (debug)
2094     {
2095         fprintf(debug, "After inserting new atoms:\n");
2096         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2097         {
2098             fprintf(debug, "%4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1,
2099                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2100                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2101                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2102                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2103                     (*cgnr)[i],
2104                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2105                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2106         }
2107     }
2108
2109     /* now renumber all the interactions because of the added atoms */
2110     for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
2111     {
2112         params = &(plist[ftype]);
2113         if (debug)
2114         {
2115             fprintf(debug, "Renumbering %d %s\n", params->nr,
2116                     interaction_function[ftype].longname);
2117         }
2118         for (i = 0; i < params->nr; i++)
2119         {
2120             for (j = 0; j < NRAL(ftype); j++)
2121             {
2122                 if (params->param[i].a[j] >= add_shift)
2123                 {
2124                     if (debug)
2125                     {
2126                         fprintf(debug, " [%d -> %d]", params->param[i].a[j],
2127                                 params->param[i].a[j]-add_shift);
2128                     }
2129                     params->param[i].a[j] = params->param[i].a[j]-add_shift;
2130                 }
2131                 else
2132                 {
2133                     if (debug)
2134                     {
2135                         fprintf(debug, " [%d -> %d]", params->param[i].a[j],
2136                                 o2n[params->param[i].a[j]]);
2137                     }
2138                     params->param[i].a[j] = o2n[params->param[i].a[j]];
2139                 }
2140             }
2141             if (debug)
2142             {
2143                 fprintf(debug, "\n");
2144             }
2145         }
2146     }
2147     /* now check if atoms in the added constraints are in increasing order */
2148     params = &(plist[F_CONSTRNC]);
2149     for (i = 0; i < params->nr; i++)
2150     {
2151         if (params->param[i].ai() > params->param[i].aj())
2152         {
2153             j                     = params->param[i].aj();
2154             params->param[i].aj() = params->param[i].ai();
2155             params->param[i].ai() = j;
2156         }
2157     }
2158
2159     /* clean up */
2160     sfree(o2n);
2161
2162     /* tell the user what we did */
2163     fprintf(stderr, "Marked %d virtual sites\n", nvsite);
2164     fprintf(stderr, "Added %d dummy masses\n", nadd);
2165     fprintf(stderr, "Added %d new constraints\n", plist[F_CONSTRNC].nr);
2166 }
2167
2168 void do_h_mass(t_params *psb, int vsite_type[], t_atoms *at, real mHmult,
2169                bool bDeuterate)
2170 {
2171     int i, j, a;
2172
2173     /* loop over all atoms */
2174     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2175     {
2176         /* adjust masses if i is hydrogen and not a virtual site */
2177         if (!is_vsite(vsite_type[i]) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])) )
2178         {
2179             /* find bonded heavy atom */
2180             a = NOTSET;
2181             for (j = 0; (j < psb->nr) && (a == NOTSET); j++)
2182             {
2183                 /* if other atom is not a virtual site, it is the one we want */
2184                 if ( (psb->param[j].ai() == i) &&
2185                      !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].aj()]) )
2186                 {
2187                     a = psb->param[j].aj();
2188                 }
2189                 else if ( (psb->param[j].aj() == i) &&
2190                           !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].ai()]) )
2191                 {
2192                     a = psb->param[j].ai();
2193                 }
2194             }
2195             if (a == NOTSET)
2196             {
2197                 gmx_fatal(FARGS, "Unbound hydrogen atom (%d) found while adjusting mass",
2198                           i+1);
2199             }
2200
2201             /* adjust mass of i (hydrogen) with mHmult
2202                and correct mass of a (bonded atom) with same amount */
2203             if (!bDeuterate)
2204             {
2205                 at->atom[a].m  -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2206                 at->atom[a].mB -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2207             }
2208             at->atom[i].m  *= mHmult;
2209             at->atom[i].mB *= mHmult;
2210         }
2211     }
2212 }