7cbd9e41c7c76cc1cf368a1033193d4840fc4b8c
[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / mdlib / dispersioncorrection.cpp
1 /*
2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
3  *
4  * Copyright (c) 2019, by the GROMACS development team, led by
5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
8  *
9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
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13  *
14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with GROMACS; if not, see
21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
23  *
24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
25  * consider that scientific software is very special. Version
26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
30  * official version at http://www.gromacs.org.
31  *
32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
34  */
35 #include "gmxpre.h"
36
37 #include "dispersioncorrection.h"
38
39 #include <cstdio>
40
41 #include "gromacs/math/units.h"
42 #include "gromacs/math/utilities.h"
43 #include "gromacs/math/vec.h"
44 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
45 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
46 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
47 #include "gromacs/mdtypes/nblist.h"
48 #include "gromacs/tables/forcetable.h"
49 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
50 #include "gromacs/topology/topology.h"
51 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
52 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
53 #include "gromacs/utility/logger.h"
54
55 /* Implementation here to avoid other files needing to include the file that defines t_nblists */
56 DispersionCorrection::InteractionParams::~InteractionParams() = default;
57
58 /* Returns a matrix, as flat list, of combination rule combined LJ parameters */
59 static std::vector<real> mk_nbfp_combination_rule(const gmx_ffparams_t& ffparams, const int comb_rule)
60 {
61     const int atnr = ffparams.atnr;
62
63     std::vector<real> nbfp(atnr * atnr * 2);
64
65     for (int i = 0; i < atnr; ++i)
66     {
67         for (int j = 0; j < atnr; ++j)
68         {
69             const real c6i  = ffparams.iparams[i * (atnr + 1)].lj.c6;
70             const real c12i = ffparams.iparams[i * (atnr + 1)].lj.c12;
71             const real c6j  = ffparams.iparams[j * (atnr + 1)].lj.c6;
72             const real c12j = ffparams.iparams[j * (atnr + 1)].lj.c12;
73             real       c6   = std::sqrt(c6i * c6j);
74             real       c12  = std::sqrt(c12i * c12j);
75             if (comb_rule == eCOMB_ARITHMETIC && !gmx_numzero(c6) && !gmx_numzero(c12))
76             {
77                 const real sigmai = gmx::sixthroot(c12i / c6i);
78                 const real sigmaj = gmx::sixthroot(c12j / c6j);
79                 const real epsi   = c6i * c6i / c12i;
80                 const real epsj   = c6j * c6j / c12j;
81                 const real sigma  = 0.5 * (sigmai + sigmaj);
82                 const real eps    = std::sqrt(epsi * epsj);
83                 c6                = eps * gmx::power6(sigma);
84                 c12               = eps * gmx::power12(sigma);
85             }
86             C6(nbfp, atnr, i, j)  = c6 * 6.0;
87             C12(nbfp, atnr, i, j) = c12 * 12.0;
88         }
89     }
90
91     return nbfp;
92 }
93
94 /* Returns the A-topology atom type when aOrB=0, the B-topology atom type when aOrB=1 */
95 static int atomtypeAOrB(const t_atom& atom, int aOrB)
96 {
97     if (aOrB == 0)
98     {
99         return atom.type;
100     }
101     else
102     {
103         return atom.typeB;
104     }
105 }
106
107 DispersionCorrection::TopologyParams::TopologyParams(const gmx_mtop_t&         mtop,
108                                                      const t_inputrec&         inputrec,
109                                                      bool                      useBuckingham,
110                                                      int                       numAtomTypes,
111                                                      gmx::ArrayRef<const real> nonbondedForceParameters)
112 {
113     const int      ntp   = numAtomTypes;
114     const gmx_bool bBHAM = useBuckingham;
115
116     gmx::ArrayRef<const real> nbfp = nonbondedForceParameters;
117     std::vector<real>         nbfp_comb;
118     /* For LJ-PME, we want to correct for the difference between the
119      * actual C6 values and the C6 values used by the LJ-PME based on
120      * combination rules. */
121     if (EVDW_PME(inputrec.vdwtype))
122     {
123         nbfp_comb = mk_nbfp_combination_rule(
124                 mtop.ffparams,
125                 (inputrec.ljpme_combination_rule == eljpmeLB) ? eCOMB_ARITHMETIC : eCOMB_GEOMETRIC);
126         for (int tpi = 0; tpi < ntp; ++tpi)
127         {
128             for (int tpj = 0; tpj < ntp; ++tpj)
129             {
130                 C6(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj) = C6(nbfp, ntp, tpi, tpj) - C6(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj);
131                 C12(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj) = C12(nbfp, ntp, tpi, tpj);
132             }
133         }
134         nbfp = nbfp_comb;
135     }
136
137     for (int q = 0; q < (inputrec.efep == efepNO ? 1 : 2); q++)
138     {
139         double csix    = 0;
140         double ctwelve = 0;
141         int    npair   = 0;
142         int    nexcl   = 0;
143         if (!EI_TPI(inputrec.eI))
144         {
145             numAtomsForDensity_ = mtop.natoms;
146             numCorrections_     = 0.5 * mtop.natoms;
147
148             /* Count the types so we avoid natoms^2 operations */
149             std::vector<int> typecount(ntp);
150             gmx_mtop_count_atomtypes(&mtop, q, typecount.data());
151
152             for (int tpi = 0; tpi < ntp; tpi++)
153             {
154                 for (int tpj = tpi; tpj < ntp; tpj++)
155                 {
156                     const int iCount = typecount[tpi];
157                     const int jCount = typecount[tpj];
158                     int       npair_ij;
159                     if (tpi != tpj)
160                     {
161                         npair_ij = iCount * jCount;
162                     }
163                     else
164                     {
165                         npair_ij = iCount * (iCount - 1) / 2;
166                     }
167                     if (bBHAM)
168                     {
169                         /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
170                         csix += npair_ij * BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
171                     }
172                     else
173                     {
174                         /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
175                         csix += npair_ij * C6(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
176                         ctwelve += npair_ij * C12(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 12.0;
177                     }
178                     npair += npair_ij;
179                 }
180             }
181             /* Subtract the excluded pairs.
182              * The main reason for substracting exclusions is that in some cases
183              * some combinations might never occur and the parameters could have
184              * any value. These unused values should not influence the dispersion
185              * correction.
186              */
187             for (const gmx_molblock_t& molb : mtop.molblock)
188             {
189                 const int       nmol  = molb.nmol;
190                 const t_atoms*  atoms = &mtop.moltype[molb.type].atoms;
191                 const t_blocka* excl  = &mtop.moltype[molb.type].excls;
192                 for (int i = 0; (i < atoms->nr); i++)
193                 {
194                     const int tpi = atomtypeAOrB(atoms->atom[i], q);
195                     const int j1  = excl->index[i];
196                     const int j2  = excl->index[i + 1];
197                     for (int j = j1; j < j2; j++)
198                     {
199                         const int k = excl->a[j];
200                         if (k > i)
201                         {
202                             const int tpj = atomtypeAOrB(atoms->atom[k], q);
203                             if (bBHAM)
204                             {
205                                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
206                                 csix -= nmol * BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
207                             }
208                             else
209                             {
210                                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
211                                 csix -= nmol * C6(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
212                                 ctwelve -= nmol * C12(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 12.0;
213                             }
214                             nexcl += molb.nmol;
215                         }
216                     }
217                 }
218             }
219         }
220         else
221         {
222             const t_atoms& atoms_tpi = mtop.moltype[mtop.molblock.back().type].atoms;
223
224             /* Only correct for the interaction of the test particle
225              * with the rest of the system.
226              */
227             numAtomsForDensity_ = mtop.natoms - atoms_tpi.nr;
228             numCorrections_     = atoms_tpi.nr;
229
230             npair = 0;
231             for (size_t mb = 0; mb < mtop.molblock.size(); mb++)
232             {
233                 const gmx_molblock_t& molb  = mtop.molblock[mb];
234                 const t_atoms&        atoms = mtop.moltype[molb.type].atoms;
235                 for (int j = 0; j < atoms.nr; j++)
236                 {
237                     int nmolc = molb.nmol;
238                     /* Remove the interaction of the test charge group
239                      * with itself.
240                      */
241                     if (mb == mtop.molblock.size() - 1)
242                     {
243                         nmolc--;
244
245                         if (mb == 0 && molb.nmol == 1)
246                         {
247                             gmx_fatal(FARGS,
248                                       "Old format tpr with TPI, please generate a new tpr file");
249                         }
250                     }
251                     const int tpj = atomtypeAOrB(atoms.atom[j], q);
252                     for (int i = 0; i < atoms_tpi.nr; i++)
253                     {
254                         const int tpi = atomtypeAOrB(atoms_tpi.atom[i], q);
255                         if (bBHAM)
256                         {
257                             /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
258                             csix += nmolc * BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
259                         }
260                         else
261                         {
262                             /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
263                             csix += nmolc * C6(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 6.0;
264                             ctwelve += nmolc * C12(nbfp, ntp, tpi, tpj) / 12.0;
265                         }
266                         npair += nmolc;
267                     }
268                 }
269             }
270         }
271         if (npair - nexcl <= 0)
272         {
273             csix    = 0;
274             ctwelve = 0;
275         }
276         else
277         {
278             csix /= npair - nexcl;
279             ctwelve /= npair - nexcl;
280         }
281         if (debug)
282         {
283             fprintf(debug, "Counted %d exclusions\n", nexcl);
284             fprintf(debug, "Average C6 parameter is: %10g\n", csix);
285             fprintf(debug, "Average C12 parameter is: %10g\n", ctwelve);
286         }
287         avcsix_[q]    = csix;
288         avctwelve_[q] = ctwelve;
289     }
290 }
291
292 static void integrate_table(const real vdwtab[],
293                             const real scale,
294                             const int  offstart,
295                             const int  rstart,
296                             const int  rend,
297                             double*    enerout,
298                             double*    virout)
299 {
300     const double invscale  = 1.0 / scale;
301     const double invscale2 = invscale * invscale;
302     const double invscale3 = invscale * invscale2;
303
304     /* Following summation derived from cubic spline definition,
305      * Numerical Recipies in C, second edition, p. 113-116.  Exact for
306      * the cubic spline.  We first calculate the negative of the
307      * energy from rvdw to rvdw_switch, assuming that g(r)=1, and then
308      * add the more standard, abrupt cutoff correction to that result,
309      * yielding the long-range correction for a switched function.  We
310      * perform both the pressure and energy loops at the same time for
311      * simplicity, as the computational cost is low. */
312
313     /* Since the dispersion table has been scaled down a factor
314      * 6.0 and the repulsion a factor 12.0 to compensate for the
315      * c6/c12 parameters inside nbfp[] being scaled up (to save
316      * flops in kernels), we need to correct for this.
317      */
318     const double tabfactor = (offstart == 0 ? 6.0 : 12.0);
319
320     double enersum = 0.0;
321     double virsum  = 0.0;
322     for (int ri = rstart; ri < rend; ++ri)
323     {
324         const double r  = ri * invscale;
325         const double ea = invscale3;
326         const double eb = 2.0 * invscale2 * r;
327         const double ec = invscale * r * r;
328
329         const double pa = invscale3;
330         const double pb = 3.0 * invscale2 * r;
331         const double pc = 3.0 * invscale * r * r;
332         const double pd = r * r * r;
333
334         /* this "8" is from the packing in the vdwtab array - perhaps
335            should be defined? */
336
337         const int    offset = 8 * ri + offstart;
338         const double y0     = vdwtab[offset];
339         const double f      = vdwtab[offset + 1];
340         const double g      = vdwtab[offset + 2];
341         const double h      = vdwtab[offset + 3];
342
343         enersum += y0 * (ea / 3 + eb / 2 + ec) + f * (ea / 4 + eb / 3 + ec / 2)
344                    + g * (ea / 5 + eb / 4 + ec / 3) + h * (ea / 6 + eb / 5 + ec / 4);
345         virsum += f * (pa / 4 + pb / 3 + pc / 2 + pd) + 2 * g * (pa / 5 + pb / 4 + pc / 3 + pd / 2)
346                   + 3 * h * (pa / 6 + pb / 5 + pc / 4 + pd / 3);
347     }
348     *enerout = 4.0 * M_PI * enersum * tabfactor;
349     *virout  = 4.0 * M_PI * virsum * tabfactor;
350 }
351
352 /* Struct for storing and passing energy or virial corrections */
353 struct InteractionCorrection
354 {
355     real dispersion = 0;
356     real repulsion  = 0;
357 };
358
359 /* Adds the energy and virial corrections beyond the cut-off */
360 static void addCorrectionBeyondCutoff(InteractionCorrection* energy,
361                                       InteractionCorrection* virial,
362                                       const double           cutoffDistance)
363 {
364     const double rc3 = cutoffDistance * cutoffDistance * cutoffDistance;
365     const double rc9 = rc3 * rc3 * rc3;
366
367     energy->dispersion += -4.0 * M_PI / (3.0 * rc3);
368     energy->repulsion += 4.0 * M_PI / (9.0 * rc9);
369     virial->dispersion += 8.0 * M_PI / rc3;
370     virial->repulsion += -16.0 * M_PI / (3.0 * rc9);
371 }
372
373 void DispersionCorrection::setInteractionParameters(InteractionParams*         iParams,
374                                                     const interaction_const_t& ic,
375                                                     const char*                tableFileName)
376 {
377     /* We only need to set the tables at first call, i.e. tableFileName!=nullptr
378      * or when we changed the cut-off with LJ-PME tuning.
379      */
380     if (tableFileName || EVDW_PME(ic.vdwtype))
381     {
382         iParams->dispersionCorrectionTable_ =
383                 makeDispersionCorrectionTable(nullptr, &ic, ic.rvdw, tableFileName);
384     }
385
386     InteractionCorrection energy;
387     InteractionCorrection virial;
388
389     if ((ic.vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) || (ic.vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH)
390         || (ic.vdw_modifier == eintmodFORCESWITCH) || (ic.vdwtype == evdwSHIFT)
391         || (ic.vdwtype == evdwSWITCH))
392     {
393         if (((ic.vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH) || (ic.vdw_modifier == eintmodFORCESWITCH)
394              || (ic.vdwtype == evdwSWITCH))
395             && ic.rvdw_switch == 0)
396         {
397             gmx_fatal(FARGS,
398                       "With dispersion correction rvdw-switch can not be zero "
399                       "for vdw-type = %s",
400                       evdw_names[ic.vdwtype]);
401         }
402
403         GMX_ASSERT(iParams->dispersionCorrectionTable_, "We need an initialized table");
404
405         /* TODO This code depends on the logic in tables.c that
406            constructs the table layout, which should be made
407            explicit in future cleanup. */
408         GMX_ASSERT(iParams->dispersionCorrectionTable_->interaction == GMX_TABLE_INTERACTION_VDWREP_VDWDISP,
409                    "Dispersion-correction code needs a table with both repulsion and dispersion "
410                    "terms");
411         const real  scale  = iParams->dispersionCorrectionTable_->scale;
412         const real* vdwtab = iParams->dispersionCorrectionTable_->data;
413
414         /* Round the cut-offs to exact table values for precision */
415         int ri0 = static_cast<int>(std::floor(ic.rvdw_switch * scale));
416         int ri1 = static_cast<int>(std::ceil(ic.rvdw * scale));
417
418         /* The code below has some support for handling force-switching, i.e.
419          * when the force (instead of potential) is switched over a limited
420          * region. This leads to a constant shift in the potential inside the
421          * switching region, which we can handle by adding a constant energy
422          * term in the force-switch case just like when we do potential-shift.
423          *
424          * For now this is not enabled, but to keep the functionality in the
425          * code we check separately for switch and shift. When we do force-switch
426          * the shifting point is rvdw_switch, while it is the cutoff when we
427          * have a classical potential-shift.
428          *
429          * For a pure potential-shift the potential has a constant shift
430          * all the way out to the cutoff, and that is it. For other forms
431          * we need to calculate the constant shift up to the point where we
432          * start modifying the potential.
433          */
434         ri0 = (ic.vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) ? ri1 : ri0;
435
436         const double r0  = ri0 / scale;
437         const double rc3 = r0 * r0 * r0;
438         const double rc9 = rc3 * rc3 * rc3;
439
440         if ((ic.vdw_modifier == eintmodFORCESWITCH) || (ic.vdwtype == evdwSHIFT))
441         {
442             /* Determine the constant energy shift below rvdw_switch.
443              * Table has a scale factor since we have scaled it down to compensate
444              * for scaling-up c6/c12 with the derivative factors to save flops in analytical kernels.
445              */
446             iParams->enershiftsix_ = static_cast<real>(-1.0 / (rc3 * rc3)) - 6.0 * vdwtab[8 * ri0];
447             iParams->enershifttwelve_ = static_cast<real>(1.0 / (rc9 * rc3)) - 12.0 * vdwtab[8 * ri0 + 4];
448         }
449         else if (ic.vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT)
450         {
451             iParams->enershiftsix_    = static_cast<real>(-1.0 / (rc3 * rc3));
452             iParams->enershifttwelve_ = static_cast<real>(1.0 / (rc9 * rc3));
453         }
454
455         /* Add the constant part from 0 to rvdw_switch.
456          * This integration from 0 to rvdw_switch overcounts the number
457          * of interactions by 1, as it also counts the self interaction.
458          * We will correct for this later.
459          */
460         energy.dispersion += 4.0 * M_PI * iParams->enershiftsix_ * rc3 / 3.0;
461         energy.repulsion += 4.0 * M_PI * iParams->enershifttwelve_ * rc3 / 3.0;
462
463         /* Calculate the contribution in the range [r0,r1] where we
464          * modify the potential. For a pure potential-shift modifier we will
465          * have ri0==ri1, and there will not be any contribution here.
466          */
467         double enersum = 0;
468         double virsum  = 0;
469         integrate_table(vdwtab, scale, 0, ri0, ri1, &enersum, &virsum);
470         energy.dispersion -= enersum;
471         virial.dispersion -= virsum;
472         integrate_table(vdwtab, scale, 4, ri0, ri1, &enersum, &virsum);
473         energy.repulsion -= enersum;
474         virial.repulsion -= virsum;
475
476
477         /* Alright: Above we compensated by REMOVING the parts outside r0
478          * corresponding to the ideal VdW 1/r6 and /r12 potentials.
479          *
480          * Regardless of whether r0 is the point where we start switching,
481          * or the cutoff where we calculated the constant shift, we include
482          * all the parts we are missing out to infinity from r0 by
483          * calculating the analytical dispersion correction.
484          */
485         addCorrectionBeyondCutoff(&energy, &virial, r0);
486     }
487     else if (ic.vdwtype == evdwCUT || EVDW_PME(ic.vdwtype) || ic.vdwtype == evdwUSER)
488     {
489         /* Note that with LJ-PME, the dispersion correction is multiplied
490          * by the difference between the actual C6 and the value of C6
491          * that would produce the combination rule.
492          * This means the normal energy and virial difference formulas
493          * can be used here.
494          */
495
496         const double rc3 = ic.rvdw * ic.rvdw * ic.rvdw;
497         const double rc9 = rc3 * rc3 * rc3;
498         if (ic.vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT)
499         {
500             /* Contribution within the cut-off */
501             energy.dispersion += -4.0 * M_PI / (3.0 * rc3);
502             energy.repulsion += 4.0 * M_PI / (3.0 * rc9);
503         }
504         /* Contribution beyond the cut-off */
505         addCorrectionBeyondCutoff(&energy, &virial, ic.rvdw);
506     }
507     else
508     {
509         gmx_fatal(FARGS, "Dispersion correction is not implemented for vdw-type = %s",
510                   evdw_names[ic.vdwtype]);
511     }
512
513     iParams->enerdiffsix_    = energy.dispersion;
514     iParams->enerdifftwelve_ = energy.repulsion;
515     /* The 0.5 is due to the Gromacs definition of the virial */
516     iParams->virdiffsix_    = 0.5 * virial.dispersion;
517     iParams->virdifftwelve_ = 0.5 * virial.repulsion;
518 }
519
520 DispersionCorrection::DispersionCorrection(const gmx_mtop_t&          mtop,
521                                            const t_inputrec&          inputrec,
522                                            bool                       useBuckingham,
523                                            int                        numAtomTypes,
524                                            gmx::ArrayRef<const real>  nonbondedForceParameters,
525                                            const interaction_const_t& ic,
526                                            const char*                tableFileName) :
527     eDispCorr_(inputrec.eDispCorr),
528     vdwType_(inputrec.vdwtype),
529     eFep_(inputrec.efep),
530     topParams_(mtop, inputrec, useBuckingham, numAtomTypes, nonbondedForceParameters)
531 {
532     if (eDispCorr_ != edispcNO)
533     {
534         GMX_RELEASE_ASSERT(tableFileName, "Need a table file name");
535
536         setInteractionParameters(&iParams_, ic, tableFileName);
537     }
538 }
539
540 bool DispersionCorrection::correctFullInteraction() const
541 {
542     return (eDispCorr_ == edispcAllEner || eDispCorr_ == edispcAllEnerPres);
543 }
544
545 void DispersionCorrection::print(const gmx::MDLogger& mdlog) const
546 {
547     if (topParams_.avcsix_[0] == 0 && topParams_.avctwelve_[0] == 0)
548     {
549         GMX_LOG(mdlog.warning)
550                 .asParagraph()
551                 .appendText("WARNING: There are no atom pairs for dispersion correction");
552     }
553     else if (vdwType_ == evdwUSER)
554     {
555         GMX_LOG(mdlog.warning)
556                 .asParagraph()
557                 .appendText("WARNING: using dispersion correction with user tables\n");
558     }
559
560     std::string text = gmx::formatString("Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e", topParams_.avcsix_[0]);
561     if (correctFullInteraction())
562     {
563         text += gmx::formatString(" <C12> %10.4e", topParams_.avctwelve_[0]);
564     }
565     GMX_LOG(mdlog.info).appendText(text);
566 }
567
568 void DispersionCorrection::setParameters(const interaction_const_t& ic)
569 {
570     if (eDispCorr_ != edispcNO)
571     {
572         setInteractionParameters(&iParams_, ic, nullptr);
573     }
574 }
575
576 DispersionCorrection::Correction DispersionCorrection::calculate(const matrix box, const real lambda) const
577
578 {
579     Correction corr;
580
581     if (eDispCorr_ == edispcNO)
582     {
583         return corr;
584     }
585
586     const bool bCorrAll  = correctFullInteraction();
587     const bool bCorrPres = (eDispCorr_ == edispcEnerPres || eDispCorr_ == edispcAllEnerPres);
588
589     const real invvol  = 1 / det(box);
590     const real density = topParams_.numAtomsForDensity_ * invvol;
591     const real numCorr = topParams_.numCorrections_;
592
593     real avcsix;
594     real avctwelve;
595     if (eFep_ == efepNO)
596     {
597         avcsix    = topParams_.avcsix_[0];
598         avctwelve = topParams_.avctwelve_[0];
599     }
600     else
601     {
602         avcsix    = (1 - lambda) * topParams_.avcsix_[0] + lambda * topParams_.avcsix_[1];
603         avctwelve = (1 - lambda) * topParams_.avctwelve_[0] + lambda * topParams_.avctwelve_[1];
604     }
605
606     const real enerdiff = numCorr * (density * iParams_.enerdiffsix_ - iParams_.enershiftsix_);
607     corr.energy += avcsix * enerdiff;
608     real dvdlambda = 0;
609     if (eFep_ != efepNO)
610     {
611         dvdlambda += (topParams_.avcsix_[1] - topParams_.avcsix_[0]) * enerdiff;
612     }
613     if (bCorrAll)
614     {
615         const real enerdiff = numCorr * (density * iParams_.enerdifftwelve_ - iParams_.enershifttwelve_);
616         corr.energy += avctwelve * enerdiff;
617         if (eFep_ != efepNO)
618         {
619             dvdlambda += (topParams_.avctwelve_[1] - topParams_.avctwelve_[0]) * enerdiff;
620         }
621     }
622
623     if (bCorrPres)
624     {
625         corr.virial = numCorr * density * avcsix * iParams_.virdiffsix_ / 3.0;
626         if (eDispCorr_ == edispcAllEnerPres)
627         {
628             corr.virial += numCorr * density * avctwelve * iParams_.virdifftwelve_ / 3.0;
629         }
630         /* The factor 2 is because of the Gromacs virial definition */
631         corr.pressure = -2.0 * invvol * corr.virial * PRESFAC;
632     }
633
634     if (eFep_ != efepNO)
635     {
636         corr.dvdl += dvdlambda;
637     }
638
639     return corr;
640 }