9c7f137a71f3026de7c66de728fa74fde395c249
[alexxy/gromacs.git] / src / tools / gmx_editconf.c
1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
2  *
3  * 
4  *                This source code is part of
5  * 
6  *                 G   R   O   M   A   C   S
7  * 
8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
9  * 
10  *                        VERSION 3.2.0
11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
15
16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
19  * of the License, or (at your option) any later version.
20  * 
21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
27  * 
28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
30  * 
31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
32  * 
33  * And Hey:
34  * Green Red Orange Magenta Azure Cyan Skyblue
35  */
36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
37 #include <config.h>
38 #endif
39
40 #include <math.h>
41 #include <string.h>
42 #include <ctype.h>
43 #include "pdbio.h"
44 #include "confio.h"
45 #include "symtab.h"
46 #include "smalloc.h"
47 #include "macros.h"
48 #include "copyrite.h"
49 #include "statutil.h"
50 #include "string2.h"
51 #include "strdb.h"
52 #include "index.h"
53 #include "vec.h"
54 #include "typedefs.h"
55 #include "gbutil.h"
56 #include "strdb.h"
57 #include "physics.h"
58 #include "atomprop.h"
59 #include "tpxio.h"
60 #include "pbc.h"
61 #include "princ.h"
62 #include "txtdump.h"
63 #include "viewit.h"
64 #include "rmpbc.h"
65 #include "gmx_ana.h"
66
67 typedef struct
68 {
69     char sanm[12];
70     int natm;
71     int nw;
72     char anm[6][12];
73 } t_simat;
74
75 typedef struct
76 {
77     char reso[12];
78     char resn[12];
79     int nsatm;
80     t_simat sat[3];
81 } t_simlist;
82 static const char *pdbtp[epdbNR] =
83     { "ATOM  ", "HETATM" };
84
85 real calc_mass(t_atoms *atoms, bool bGetMass, gmx_atomprop_t aps)
86 {
87     real tmass;
88     int i;
89
90     tmass = 0;
91     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
92     {
93         if (bGetMass)
94         {
95             gmx_atomprop_query(aps, epropMass,
96                                *atoms->resinfo[atoms->atom[i].resind].name,
97                                *atoms->atomname[i], &(atoms->atom[i].m));
98         }
99         tmass += atoms->atom[i].m;
100     }
101
102     return tmass;
103 }
104
105 real calc_geom(int isize, atom_id *index, rvec *x, rvec geom_center, rvec min,
106                rvec max, bool bDiam)
107 {
108     real diam2, d;
109     char *grpnames;
110     int ii, i, j;
111
112     clear_rvec(geom_center);
113     diam2 = 0;
114     if (isize == 0)
115     {
116         clear_rvec(min);
117         clear_rvec(max);
118     }
119     else
120     {
121         if (index)
122             ii = index[0];
123         else
124             ii = 0;
125         for (j = 0; j < DIM; j++)
126             min[j] = max[j] = x[ii][j];
127         for (i = 0; i < isize; i++)
128         {
129             if (index)
130                 ii = index[i];
131             else
132                 ii = i;
133             rvec_inc(geom_center, x[ii]);
134             for (j = 0; j < DIM; j++)
135             {
136                 if (x[ii][j] < min[j])
137                     min[j] = x[ii][j];
138                 if (x[ii][j] > max[j])
139                     max[j] = x[ii][j];
140             }
141             if (bDiam)
142             {
143                 if (index)
144                     for (j = i + 1; j < isize; j++)
145                     {
146                         d = distance2(x[ii], x[index[j]]);
147                         diam2 = max(d,diam2);
148                     }
149                 else
150                     for (j = i + 1; j < isize; j++)
151                     {
152                         d = distance2(x[i], x[j]);
153                         diam2 = max(d,diam2);
154                     }
155             }
156         }
157         svmul(1.0 / isize, geom_center, geom_center);
158     }
159
160     return sqrt(diam2);
161 }
162
163 void center_conf(int natom, rvec *x, rvec center, rvec geom_cent)
164 {
165     int i;
166     rvec shift;
167
168     rvec_sub(center, geom_cent, shift);
169
170     printf("    shift       :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n", shift[XX], shift[YY],
171            shift[ZZ]);
172
173     for (i = 0; (i < natom); i++)
174         rvec_inc(x[i], shift);
175 }
176
177 void scale_conf(int natom, rvec x[], matrix box, rvec scale)
178 {
179     int i, j;
180
181     for (i = 0; i < natom; i++)
182     {
183         for (j = 0; j < DIM; j++)
184             x[i][j] *= scale[j];
185     }
186     for (i = 0; i < DIM; i++)
187         for (j = 0; j < DIM; j++)
188             box[i][j] *= scale[j];
189 }
190
191 void read_bfac(const char *fn, int *n_bfac, double **bfac_val, int **bfac_nr)
192 {
193     int i;
194     char **bfac_lines;
195
196     *n_bfac = get_lines(fn, &bfac_lines);
197     snew(*bfac_val, *n_bfac);
198     snew(*bfac_nr, *n_bfac);
199     fprintf(stderr, "Reading %d B-factors from %s\n", *n_bfac, fn);
200     for (i = 0; (i < *n_bfac); i++)
201     {
202         /*fprintf(stderr, "Line %d: %s",i,bfac_lines[i]);*/
203         sscanf(bfac_lines[i], "%d %lf", &(*bfac_nr)[i], &(*bfac_val)[i]);
204         /*fprintf(stderr," nr %d val %g\n",(*bfac_nr)[i],(*bfac_val)[i]);*/
205     }
206
207 }
208
209 void set_pdb_conf_bfac(int natoms, int nres, t_atoms *atoms, int n_bfac,
210                        double *bfac, int *bfac_nr, bool peratom)
211 {
212     FILE *out;
213     real bfac_min, bfac_max;
214     int i, n;
215     bool found;
216
217     bfac_max = -1e10;
218     bfac_min = 1e10;
219     for (i = 0; (i < n_bfac); i++)
220     {
221         if (bfac_nr[i] - 1 >= atoms->nres)
222             peratom = TRUE;
223         /*    if ((bfac_nr[i]-1<0) || (bfac_nr[i]-1>=atoms->nr))
224          gmx_fatal(FARGS,"Index of B-Factor %d is out of range: %d (%g)",
225          i+1,bfac_nr[i],bfac[i]); */
226         if (bfac[i] > bfac_max)
227             bfac_max = bfac[i];
228         if (bfac[i] < bfac_min)
229             bfac_min = bfac[i];
230     }
231     while ((bfac_max > 99.99) || (bfac_min < -99.99))
232     {
233         fprintf(stderr,
234                 "Range of values for B-factors too large (min %g, max %g) "
235                     "will scale down a factor 10\n", bfac_min, bfac_max);
236         for (i = 0; (i < n_bfac); i++)
237             bfac[i] /= 10;
238         bfac_max /= 10;
239         bfac_min /= 10;
240     }
241     while ((fabs(bfac_max) < 0.5) && (fabs(bfac_min) < 0.5))
242     {
243         fprintf(stderr,
244                 "Range of values for B-factors too small (min %g, max %g) "
245                     "will scale up a factor 10\n", bfac_min, bfac_max);
246         for (i = 0; (i < n_bfac); i++)
247             bfac[i] *= 10;
248         bfac_max *= 10;
249         bfac_min *= 10;
250     }
251
252     for (i = 0; (i < natoms); i++)
253         atoms->pdbinfo[i].bfac = 0;
254
255     if (!peratom)
256     {
257         fprintf(stderr, "Will attach %d B-factors to %d residues\n", n_bfac,
258                 nres);
259         for (i = 0; (i < n_bfac); i++)
260         {
261             found = FALSE;
262             for (n = 0; (n < natoms); n++)
263                 if (bfac_nr[i] == atoms->resinfo[atoms->atom[n].resind].nr)
264                 {
265                     atoms->pdbinfo[n].bfac = bfac[i];
266                     found = TRUE;
267                 }
268             if (!found)
269             {
270                 gmx_warning("Residue nr %d not found\n", bfac_nr[i]);
271             }
272         }
273     }
274     else
275     {
276         fprintf(stderr, "Will attach %d B-factors to %d atoms\n", n_bfac,
277                 natoms);
278         for (i = 0; (i < n_bfac); i++)
279         {
280             atoms->pdbinfo[bfac_nr[i] - 1].bfac = bfac[i];
281         }
282     }
283 }
284
285 void pdb_legend(FILE *out, int natoms, int nres, t_atoms *atoms, rvec x[])
286 {
287     real bfac_min, bfac_max, xmin, ymin, zmin;
288     int i;
289     int space = ' ';
290
291     bfac_max = -1e10;
292     bfac_min = 1e10;
293     xmin = 1e10;
294     ymin = 1e10;
295     zmin = 1e10;
296     for (i = 0; (i < natoms); i++)
297     {
298         xmin = min(xmin,x[i][XX]);
299         ymin = min(ymin,x[i][YY]);
300         zmin = min(zmin,x[i][ZZ]);
301         bfac_min = min(bfac_min,atoms->pdbinfo[i].bfac);
302         bfac_max = max(bfac_max,atoms->pdbinfo[i].bfac);
303     }
304     fprintf(stderr, "B-factors range from %g to %g\n", bfac_min, bfac_max);
305     for (i = 1; (i < 12); i++)
306     {
307         fprintf(out,
308                 "%-6s%5u  %-4.4s%3.3s %c%4d%c   %8.3f%8.3f%8.3f%6.2f%6.2f\n",
309                 "ATOM  ", natoms + 1 + i, "CA", "LEG", space, nres + 1, space,
310                 (xmin + (i * 0.12)) * 10, ymin * 10, zmin * 10, 1.0, bfac_min
311                     + ((i - 1.0) * (bfac_max - bfac_min) / 10));
312     }
313 }
314
315 void visualize_images(const char *fn, int ePBC, matrix box)
316 {
317     t_atoms atoms;
318     rvec *img;
319     char *c, *ala;
320     int nat, i;
321
322     nat = NTRICIMG + 1;
323     init_t_atoms(&atoms, nat, FALSE);
324     atoms.nr = nat;
325     snew(img,nat);
326     /* FIXME: Constness should not be cast away */
327     c = (char *) "C";
328     ala = (char *) "ALA";
329     for (i = 0; i < nat; i++)
330     {
331         atoms.atomname[i] = &c;
332         atoms.atom[i].resind = i;
333         atoms.resinfo[i].name = &ala;
334         atoms.resinfo[i].nr = i + 1;
335         atoms.resinfo[i].chainid = 'A' + i / NCUCVERT;
336     }
337     calc_triclinic_images(box, img + 1);
338
339     write_sto_conf(fn, "Images", &atoms, img, NULL, ePBC, box);
340
341     free_t_atoms(&atoms, FALSE);
342     sfree(img);
343 }
344
345 void visualize_box(FILE *out, int a0, int r0, matrix box, rvec gridsize)
346 {
347     int *edge;
348     rvec *vert, shift;
349     int nx, ny, nz, nbox, nat;
350     int i, j, x, y, z;
351     int rectedge[24] =
352         { 0, 1, 1, 3, 3, 2, 0, 2, 0, 4, 1, 5, 3, 7, 2, 6, 4, 5, 5, 7, 7, 6, 6,
353             4 };
354
355     a0++;
356     r0++;
357
358     nx = (int) (gridsize[XX] + 0.5);
359     ny = (int) (gridsize[YY] + 0.5);
360     nz = (int) (gridsize[ZZ] + 0.5);
361     nbox = nx * ny * nz;
362     if (TRICLINIC(box))
363     {
364         nat = nbox * NCUCVERT;
365         snew(vert,nat);
366         calc_compact_unitcell_vertices(ecenterDEF, box, vert);
367         j = 0;
368         for (z = 0; z < nz; z++)
369             for (y = 0; y < ny; y++)
370                 for (x = 0; x < nx; x++)
371                 {
372                     for (i = 0; i < DIM; i++)
373                         shift[i] = x * box[0][i] + y * box[1][i] + z
374                             * box[2][i];
375                     for (i = 0; i < NCUCVERT; i++)
376                     {
377                         rvec_add(vert[i], shift, vert[j]);
378                         j++;
379                     }
380                 }
381
382         for (i = 0; i < nat; i++)
383         {
384             fprintf(out, pdbformat, "ATOM", a0 + i, "C", "BOX", 'K' + i
385                 / NCUCVERT, r0 + i, 10 * vert[i][XX], 10 * vert[i][YY], 10
386                 * vert[i][ZZ]);
387             fprintf(out, "\n");
388         }
389
390         edge = compact_unitcell_edges();
391         for (j = 0; j < nbox; j++)
392             for (i = 0; i < NCUCEDGE; i++)
393                 fprintf(out, "CONECT%5d%5d\n", a0 + j * NCUCVERT + edge[2 * i],
394                         a0 + j * NCUCVERT + edge[2 * i + 1]);
395
396         sfree(vert);
397     }
398     else
399     {
400         i = 0;
401         for (z = 0; z <= 1; z++)
402             for (y = 0; y <= 1; y++)
403                 for (x = 0; x <= 1; x++)
404                 {
405                     fprintf(out, pdbformat, "ATOM", a0 + i, "C", "BOX", 'K' + i
406                         / 8, r0 + i, x * 10 * box[XX][XX],
407                             y * 10 * box[YY][YY], z * 10 * box[ZZ][ZZ]);
408                     fprintf(out, "\n");
409                     i++;
410                 }
411         for (i = 0; i < 24; i += 2)
412             fprintf(out, "CONECT%5d%5d\n", a0 + rectedge[i], a0 + rectedge[i
413                 + 1]);
414     }
415 }
416
417 void calc_rotmatrix(rvec principal_axis, rvec targetvec, matrix rotmatrix)
418 {
419         rvec rotvec;
420         real ux,uy,uz,costheta,sintheta;
421         
422         costheta = cos_angle(principal_axis,targetvec);
423         sintheta=sqrt(1.0-costheta*costheta); /* sign is always positive since 0<theta<pi */
424                 
425         /* Determine rotation from cross product with target vector */
426         cprod(principal_axis,targetvec,rotvec);
427         unitv(rotvec,rotvec);
428         printf("Aligning %g %g %g to %g %g %g : xprod  %g %g %g\n",
429                 principal_axis[XX],principal_axis[YY],principal_axis[ZZ],targetvec[XX],targetvec[YY],targetvec[ZZ],
430                 rotvec[XX],rotvec[YY],rotvec[ZZ]);
431                 
432         ux=rotvec[XX]; 
433         uy=rotvec[YY]; 
434         uz=rotvec[ZZ]; 
435         rotmatrix[0][0]=ux*ux + (1.0-ux*ux)*costheta;
436         rotmatrix[0][1]=ux*uy*(1-costheta)-uz*sintheta;
437         rotmatrix[0][2]=ux*uz*(1-costheta)+uy*sintheta;
438         rotmatrix[1][0]=ux*uy*(1-costheta)+uz*sintheta;
439         rotmatrix[1][1]=uy*uy + (1.0-uy*uy)*costheta;
440         rotmatrix[1][2]=uy*uz*(1-costheta)-ux*sintheta;
441         rotmatrix[2][0]=ux*uz*(1-costheta)-uy*sintheta;
442         rotmatrix[2][1]=uy*uz*(1-costheta)+ux*sintheta;
443         rotmatrix[2][2]=uz*uz + (1.0-uz*uz)*costheta;
444         
445         printf("Rotation matrix: \n%g %g %g\n%g %g %g\n%g %g %g\n",
446                 rotmatrix[0][0],rotmatrix[0][1],rotmatrix[0][2],
447                 rotmatrix[1][0],rotmatrix[1][1],rotmatrix[1][2],
448                 rotmatrix[2][0],rotmatrix[2][1],rotmatrix[2][2]);
449 }
450
451 int gmx_editconf(int argc, char *argv[])
452 {
453     const char
454         *desc[] =
455             {
456                 "editconf converts generic structure format to [TT].gro[tt], [TT].g96[tt]",
457                 "or [TT].pdb[tt].",
458                 "[PAR]",
459                 "The box can be modified with options [TT]-box[tt], [TT]-d[tt] and",
460                 "[TT]-angles[tt]. Both [TT]-box[tt] and [TT]-d[tt]",
461                 "will center the system in the box, unless [TT]-noc[tt] is used.",
462                 "[PAR]",
463                 "Option [TT]-bt[tt] determines the box type: [TT]triclinic[tt] is a",
464                 "triclinic box, [TT]cubic[tt] is a rectangular box with all sides equal",
465                 "[TT]dodecahedron[tt] represents a rhombic dodecahedron and",
466                 "[TT]octahedron[tt] is a truncated octahedron.",
467                 "The last two are special cases of a triclinic box.",
468                 "The length of the three box vectors of the truncated octahedron is the",
469                 "shortest distance between two opposite hexagons.",
470                 "The volume of a dodecahedron is 0.71 and that of a truncated octahedron",
471                 "is 0.77 of that of a cubic box with the same periodic image distance.",
472                 "[PAR]",
473                 "Option [TT]-box[tt] requires only",
474                 "one value for a cubic box, dodecahedron and a truncated octahedron.",
475                 "[PAR]",
476                 "With [TT]-d[tt] and a [TT]triclinic[tt] box the size of the system in the x, y",
477                 "and z directions is used. With [TT]-d[tt] and [TT]cubic[tt],",
478                 "[TT]dodecahedron[tt] or [TT]octahedron[tt] boxes, the dimensions are set",
479                 "to the diameter of the system (largest distance between atoms) plus twice",
480                 "the specified distance.",
481                 "[PAR]",
482                 "Option [TT]-angles[tt] is only meaningful with option [TT]-box[tt] and",
483                 "a triclinic box and can not be used with option [TT]-d[tt].",
484                 "[PAR]",
485                 "When [TT]-n[tt] or [TT]-ndef[tt] is set, a group",
486                 "can be selected for calculating the size and the geometric center,",
487                 "otherwise the whole system is used.",
488                 "[PAR]",
489                 "[TT]-rotate[tt] rotates the coordinates and velocities.",
490                 "[PAR]",
491                 "[TT]-princ[tt] aligns the principal axes of the system along the",
492                 "coordinate axes, this may allow you to decrease the box volume,",
493                 "but beware that molecules can rotate significantly in a nanosecond.",
494                 "[PAR]",
495                 "Scaling is applied before any of the other operations are",
496                 "performed. Boxes and coordinates can be scaled to give a certain density (option",
497                 "[TT]-density[tt]). Note that this may be inaccurate in case a gro",
498                 "file is given as input. A special feature of the scaling option, when the",
499                 "factor -1 is given in one dimension, one obtains a mirror image,",
500                 "mirrored in one of the plains, when one uses -1 in three dimensions",
501                 "a point-mirror image is obtained.[PAR]",
502                 "Groups are selected after all operations have been applied.[PAR]",
503                 "Periodicity can be removed in a crude manner.",
504                 "It is important that the box sizes at the bottom of your input file",
505                 "are correct when the periodicity is to be removed.",
506                 "[PAR]",
507                 "When writing [TT].pdb[tt] files, B-factors can be",
508                 "added with the [TT]-bf[tt] option. B-factors are read",
509                 "from a file with with following format: first line states number of",
510                 "entries in the file, next lines state an index",
511                 "followed by a B-factor. The B-factors will be attached per residue",
512                 "unless an index is larger than the number of residues or unless the",
513                 "[TT]-atom[tt] option is set. Obviously, any type of numeric data can",
514                 "be added instead of B-factors. [TT]-legend[tt] will produce",
515                 "a row of CA atoms with B-factors ranging from the minimum to the",
516                 "maximum value found, effectively making a legend for viewing.",
517                 "[PAR]",
518                 "With the option -mead a special pdb (pqr) file for the MEAD electrostatics",
519                 "program (Poisson-Boltzmann solver) can be made. A further prerequisite",
520                 "is that the input file is a run input file.",
521                 "The B-factor field is then filled with the Van der Waals radius",
522                 "of the atoms while the occupancy field will hold the charge.",
523                 "[PAR]",
524                 "The option -grasp is similar, but it puts the charges in the B-factor",
525                 "and the radius in the occupancy.",
526                 "[PAR]",
527                 "Option [TT]-align[tt] allows alignment",
528                 "of the principal axis of a specified group against the given vector, ",
529                                 "with an optional center of rotation specified by [TT]-aligncenter[tt].",
530                 "[PAR]",
531                 "Finally with option [TT]-label[tt] editconf can add a chain identifier",
532                 "to a pdb file, which can be useful for analysis with e.g. rasmol.",
533                     "[PAR]",
534                 "To convert a truncated octrahedron file produced by a package which uses",
535                 "a cubic box with the corners cut off (such as Gromos) use:[BR]",
536                 "[TT]editconf -f <in> -rotate 0 45 35.264 -bt o -box <veclen> -o <out>[tt][BR]",
537                 "where [TT]veclen[tt] is the size of the cubic box times sqrt(3)/2." };
538     const char *bugs[] =
539         {
540             "For complex molecules, the periodicity removal routine may break down, ",
541                 "in that case you can use trjconv." };
542     static real dist = 0.0, rbox = 0.0, to_diam = 0.0;
543     static bool bNDEF = FALSE, bRMPBC = FALSE, bCenter = FALSE, bReadVDW =
544         FALSE, bCONECT = FALSE;
545     static bool peratom = FALSE, bLegend = FALSE, bOrient = FALSE, bMead =
546         FALSE, bGrasp = FALSE, bSig56 = FALSE;
547     static rvec scale =
548         { 1, 1, 1 }, newbox =
549         { 0, 0, 0 }, newang =
550         { 90, 90, 90 };
551     static real rho = 1000.0, rvdw = 0.12;
552     static rvec center =
553         { 0, 0, 0 }, translation =
554         { 0, 0, 0 }, rotangles =
555         { 0, 0, 0 }, aligncenter =
556                 { 0, 0, 0 }, targetvec =
557         { 0, 0, 0 };
558     static const char *btype[] =
559         { NULL, "triclinic", "cubic", "dodecahedron", "octahedron", NULL },
560         *label = "A";
561     static rvec visbox =
562         { 0, 0, 0 };
563     t_pargs
564         pa[] =
565             {
566                     { "-ndef", FALSE, etBOOL,
567                         { &bNDEF }, "Choose output from default index groups" },
568                     { "-visbox", FALSE, etRVEC,
569                         { visbox },
570                         "HIDDENVisualize a grid of boxes, -1 visualizes the 14 box images" },
571                     { "-bt", FALSE, etENUM,
572                         { btype }, "Box type for -box and -d" },
573                     { "-box", FALSE, etRVEC,
574                         { newbox }, "Box vector lengths (a,b,c)" },
575                     { "-angles", FALSE, etRVEC,
576                         { newang }, "Angles between the box vectors (bc,ac,ab)" },
577                     { "-d", FALSE, etREAL,
578                         { &dist }, "Distance between the solute and the box" },
579                     { "-c", FALSE, etBOOL,
580                         { &bCenter },
581                         "Center molecule in box (implied by -box and -d)" },
582                     { "-center", FALSE, etRVEC,
583                         { center }, "Coordinates of geometrical center" },
584                     { "-aligncenter", FALSE, etRVEC,
585                         { aligncenter }, "Center of rotation for alignment" },
586                     { "-align", FALSE, etRVEC,
587                         { targetvec },
588                         "Align to target vector" },
589                     { "-translate", FALSE, etRVEC,
590                         { translation }, "Translation" },
591                     { "-rotate", FALSE, etRVEC,
592                         { rotangles },
593                         "Rotation around the X, Y and Z axes in degrees" },
594                     { "-princ", FALSE, etBOOL,
595                         { &bOrient },
596                         "Orient molecule(s) along their principal axes" },
597                     { "-scale", FALSE, etRVEC,
598                         { scale }, "Scaling factor" },
599                     { "-density", FALSE, etREAL,
600                         { &rho },
601                         "Density (g/l) of the output box achieved by scaling" },
602                     { "-pbc", FALSE, etBOOL,
603                         { &bRMPBC },
604                         "Remove the periodicity (make molecule whole again)" },
605                     { "-grasp", FALSE, etBOOL,
606                         { &bGrasp },
607                         "Store the charge of the atom in the B-factor field and the radius of the atom in the occupancy field" },
608                     {
609                         "-rvdw", FALSE, etREAL,
610                          { &rvdw },
611                         "Default Van der Waals radius (in nm) if one can not be found in the database or if no parameters are present in the topology file" },
612                     { "-sig56", FALSE, etREAL,
613                         { &bSig56 },
614                         "Use rmin/2 (minimum in the Van der Waals potential) rather than sigma/2 " },
615                     {
616                         "-vdwread", FALSE, etBOOL,
617                         { &bReadVDW },
618                         "Read the Van der Waals radii from the file vdwradii.dat rather than computing the radii based on the force field" },
619                     { "-atom", FALSE, etBOOL,
620                         { &peratom }, "Force B-factor attachment per atom" },
621                     { "-legend", FALSE, etBOOL,
622                         { &bLegend }, "Make B-factor legend" },
623                     { "-label", FALSE, etSTR,
624                         { &label }, "Add chain label for all residues" },
625                     {
626                         "-conect", FALSE, etBOOL,
627                         { &bCONECT },
628                         "Add CONECT records to a pdb file when written. Can only be done when a topology is present" } };
629 #define NPA asize(pa)
630
631     FILE *out;
632     const char *infile, *outfile;
633     char title[STRLEN];
634     int outftp, inftp, natom, i, j, n_bfac, itype, ntype;
635     double *bfac = NULL, c6, c12;
636     int *bfac_nr = NULL;
637     t_topology *top = NULL;
638     t_atoms atoms;
639     char *grpname, *sgrpname, *agrpname;
640     int isize, ssize, tsize, asize;
641     atom_id *index, *sindex, *tindex, *aindex;
642     rvec *x, *v, gc, min, max, size;
643     int ePBC;
644     matrix box,rotmatrix,trans;
645         rvec princd,tmpvec;
646     bool bIndex, bSetSize, bSetAng, bCubic, bDist, bSetCenter, bAlign;
647     bool bHaveV, bScale, bRho, bTranslate, bRotate, bCalcGeom, bCalcDiam;
648     real xs, ys, zs, xcent, ycent, zcent, diam = 0, mass = 0, d, vdw;
649     gmx_atomprop_t aps;
650     gmx_conect conect;
651     output_env_t oenv;
652     t_filenm fnm[] =
653         {
654             { efSTX, "-f", NULL, ffREAD },
655             { efNDX, "-n", NULL, ffOPTRD },
656             { efSTO, NULL, NULL, ffOPTWR },
657             { efPQR, "-mead", "mead", ffOPTWR },
658             { efDAT, "-bf", "bfact", ffOPTRD } };
659 #define NFILE asize(fnm)
660
661     CopyRight(stderr, argv[0]);
662     parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW, NFILE, fnm, NPA, pa,
663                       asize(desc), desc, asize(bugs), bugs, &oenv);
664
665     bIndex = opt2bSet("-n", NFILE, fnm) || bNDEF;
666     bMead = opt2bSet("-mead", NFILE, fnm);
667     bSetSize = opt2parg_bSet("-box", NPA, pa);
668     bSetAng = opt2parg_bSet("-angles", NPA, pa);
669     bSetCenter = opt2parg_bSet("-center", NPA, pa);
670     bDist = opt2parg_bSet("-d", NPA, pa);
671         bAlign = opt2parg_bSet("-align", NPA, pa);
672     /* Only automatically turn on centering without -noc */
673     if ((bDist || bSetSize || bSetCenter) && !opt2parg_bSet("-c", NPA, pa))
674     {
675         bCenter = TRUE;
676     }
677     bScale = opt2parg_bSet("-scale", NPA, pa);
678     bRho = opt2parg_bSet("-density", NPA, pa);
679     bTranslate = opt2parg_bSet("-translate", NPA, pa);
680     bRotate = opt2parg_bSet("-rotate", NPA, pa);
681     if (bScale && bRho)
682         fprintf(stderr, "WARNING: setting -density overrides -scale\n");
683     bScale = bScale || bRho;
684     bCalcGeom = bCenter || bRotate || bOrient || bScale;
685     bCalcDiam = btype[0][0] == 'c' || btype[0][0] == 'd' || btype[0][0] == 'o';
686
687     infile = ftp2fn(efSTX, NFILE, fnm);
688     if (bMead)
689         outfile = ftp2fn(efPQR, NFILE, fnm);
690     else
691         outfile = ftp2fn(efSTO, NFILE, fnm);
692     outftp = fn2ftp(outfile);
693     inftp = fn2ftp(infile);
694
695     aps = gmx_atomprop_init();
696
697     if (bMead && bGrasp)
698     {
699         printf("Incompatible options -mead and -grasp. Turning off -grasp\n");
700         bGrasp = FALSE;
701     }
702     if (bGrasp && (outftp != efPDB))
703         gmx_fatal(FARGS, "Output file should be a .pdb file"
704         " when using the -grasp option\n");
705         if ((bMead || bGrasp) && !((fn2ftp(infile) == efTPR) ||
706                 (fn2ftp(infile) == efTPA) ||
707                 (fn2ftp(infile) == efTPB)))
708         gmx_fatal(FARGS,"Input file should be a .tp[abr] file"
709             " when using the -mead option\n");
710
711         get_stx_coordnum(infile,&natom);
712         init_t_atoms(&atoms,natom,TRUE);
713         snew(x,natom);
714         snew(v,natom);
715         read_stx_conf(infile,title,&atoms,x,v,&ePBC,box);
716         if (fn2ftp(infile) == efPDB)
717         {
718             get_pdb_atomnumber(&atoms,aps);
719         }
720         printf("Read %d atoms\n",atoms.nr);
721
722         /* Get the element numbers if available in a pdb file */
723         if (fn2ftp(infile) == efPDB)
724         get_pdb_atomnumber(&atoms,aps);
725
726         if (ePBC != epbcNONE)
727         {
728             real vol = det(box);
729             printf("Volume: %g nm^3, corresponds to roughly %d electrons\n",
730                 vol,100*((int)(vol*4.5)));
731         }
732
733         if (bMead || bGrasp || bCONECT)
734         top = read_top(infile,NULL);
735
736         if (bMead || bGrasp)
737         {
738             if (atoms.nr != top->atoms.nr)
739             gmx_fatal(FARGS,"Atom numbers don't match (%d vs. %d)",atoms.nr,top->atoms.nr);
740         snew(atoms.pdbinfo,top->atoms.nr); 
741         ntype = top->idef.atnr;
742         for(i=0; (i<atoms.nr); i++) {
743             /* Determine the Van der Waals radius from the force field */
744             if (bReadVDW) {
745                 if (!gmx_atomprop_query(aps,epropVDW,
746                                         *top->atoms.resinfo[top->atoms.atom[i].resind].name,
747                                         *top->atoms.atomname[i],&vdw))
748                     vdw = rvdw;
749             }
750             else {
751                 itype = top->atoms.atom[i].type;
752                 c12   = top->idef.iparams[itype*ntype+itype].lj.c12;
753                 c6    = top->idef.iparams[itype*ntype+itype].lj.c6;
754                 if ((c6 != 0) && (c12 != 0)) {
755                     real sig6; 
756                     if (bSig56)
757                         sig6 = 2*c12/c6;
758                     else
759                         sig6 = c12/c6;
760                     vdw   = 0.5*pow(sig6,1.0/6.0);
761                 }
762                 else
763                     vdw = rvdw;
764             }
765             /* Factor of 10 for nm -> Angstroms */
766             vdw *= 10;
767
768             if (bMead) {
769                 atoms.pdbinfo[i].occup = top->atoms.atom[i].q;
770                 atoms.pdbinfo[i].bfac  = vdw;
771             }
772             else {
773                 atoms.pdbinfo[i].occup = vdw;
774                 atoms.pdbinfo[i].bfac  = top->atoms.atom[i].q;
775             }
776         }
777     }
778     bHaveV=FALSE;
779     for (i=0; (i<natom) && !bHaveV; i++)
780         for (j=0; (j<DIM) && !bHaveV; j++)
781             bHaveV=bHaveV || (v[i][j]!=0);
782     printf("%selocities found\n",bHaveV?"V":"No v");
783
784     if (visbox[0] > 0) {
785         if (bIndex)
786             gmx_fatal(FARGS,"Sorry, can not visualize box with index groups");
787         if (outftp != efPDB)
788             gmx_fatal(FARGS,"Sorry, can only visualize box with a pdb file");
789     } else if (visbox[0] == -1)
790         visualize_images("images.pdb",ePBC,box);
791
792     /* remove pbc */
793     if (bRMPBC) 
794         rm_gropbc(&atoms,x,box);
795
796     if (bCalcGeom) {
797         if (bIndex) {
798             fprintf(stderr,"\nSelect a group for determining the system size:\n");
799             get_index(&atoms,ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
800                       1,&ssize,&sindex,&sgrpname);
801         } else {
802             ssize = atoms.nr;
803             sindex = NULL;
804         }
805         diam=calc_geom(ssize,sindex,x,gc,min,max,bCalcDiam);
806         rvec_sub(max, min, size);
807         printf("    system size :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n",
808                size[XX], size[YY], size[ZZ]);
809         if (bCalcDiam)
810             printf("    diameter    :%7.3f               (nm)\n",diam);
811         printf("    center      :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n", gc[XX], gc[YY], gc[ZZ]);
812         printf("    box vectors :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n", 
813                norm(box[XX]), norm(box[YY]), norm(box[ZZ]));
814         printf("    box angles  :%7.2f%7.2f%7.2f (degrees)\n",
815                norm2(box[ZZ])==0 ? 0 :
816         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[YY],box[ZZ])),
817         norm2(box[ZZ])==0 ? 0 :
818         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[XX],box[ZZ])),
819         norm2(box[YY])==0 ? 0 :
820         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[XX],box[YY])));
821         printf("    box volume  :%7.2f               (nm^3)\n",det(box));
822     }
823
824     if (bRho || bOrient || bAlign)
825         mass = calc_mass(&atoms,!fn2bTPX(infile),aps);
826
827     if (bOrient) {
828         atom_id *index;
829         char    *grpnames;
830
831         /* Get a group for principal component analysis */
832         fprintf(stderr,"\nSelect group for the determining the orientation\n");
833         get_index(&atoms,ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),1,&isize,&index,&grpnames);
834
835         /* Orient the principal axes along the coordinate axes */
836         orient_princ(&atoms,isize,index,natom,x,bHaveV ? v : NULL, NULL);
837         sfree(index);
838         sfree(grpnames);
839     }
840
841     if ( bScale ) {
842         /* scale coordinates and box */
843         if (bRho) {
844             /* Compute scaling constant */
845             real vol,dens;
846
847             vol = det(box);
848             dens = (mass*AMU)/(vol*NANO*NANO*NANO);
849             fprintf(stderr,"Volume  of input %g (nm^3)\n",vol);
850             fprintf(stderr,"Mass    of input %g (a.m.u.)\n",mass);
851             fprintf(stderr,"Density of input %g (g/l)\n",dens);
852             if (vol==0 || mass==0)
853                 gmx_fatal(FARGS,"Cannot scale density with "
854                           "zero mass (%g) or volume (%g)\n",mass,vol);
855
856             scale[XX] = scale[YY] = scale[ZZ] = pow(dens/rho,1.0/3.0);
857             fprintf(stderr,"Scaling all box vectors by %g\n",scale[XX]);
858         }
859         scale_conf(atoms.nr,x,box,scale);
860     }
861
862         if (bAlign) {
863                 if (bIndex) {
864             fprintf(stderr,"\nSelect a group that you want to align:\n");
865             get_index(&atoms,ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
866                       1,&asize,&aindex,&agrpname);
867         } else {
868             asize = atoms.nr;
869             snew(aindex,asize);
870                         for (i=0;i<asize;i++)
871                                 aindex[i]=i;
872         }
873                 printf("Aligning %d atoms (out of %d) to %g %g %g, center of rotation %g %g %g\n",asize,natom,
874                         targetvec[XX],targetvec[YY],targetvec[ZZ],
875                         aligncenter[XX],aligncenter[YY],aligncenter[ZZ]);
876                 /*subtract out pivot point*/
877                 for(i=0; i<asize; i++)
878                         rvec_dec(x[aindex[i]],aligncenter);
879                 /*now determine transform and rotate*/
880                 /*will this work?*/
881                 principal_comp(asize,aindex,atoms.atom,x, trans,princd);
882
883                 unitv(targetvec,targetvec);
884                 printf("Using %g %g %g as principal axis\n", trans[0][2],trans[1][2],trans[2][2]);
885                 tmpvec[XX]=trans[0][2]; tmpvec[YY]=trans[1][2]; tmpvec[ZZ]=trans[2][2];
886                 calc_rotmatrix(tmpvec, targetvec, rotmatrix);
887                 /* rotmatrix finished */
888
889                 for (i=0;i<asize;++i)
890                 {
891                         mvmul(rotmatrix,x[aindex[i]],tmpvec);
892                         copy_rvec(tmpvec,x[aindex[i]]);
893                 }
894
895                 /*add pivot point back*/
896                 for(i=0; i<asize; i++)
897                         rvec_inc(x[aindex[i]],aligncenter);
898                 if (!bIndex)
899                         sfree(aindex);
900         }
901
902     if (bTranslate) {
903         if (bIndex) {
904             fprintf(stderr,"\nSelect a group that you want to translate:\n");
905             get_index(&atoms,ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
906                       1,&ssize,&sindex,&sgrpname);
907         } else {
908             ssize = atoms.nr;
909             sindex = NULL;
910         }
911         printf("Translating %d atoms (out of %d) by %g %g %g nm\n",ssize,natom,
912                translation[XX],translation[YY],translation[ZZ]);
913         if (sindex) {
914             for(i=0; i<ssize; i++)
915                 rvec_inc(x[sindex[i]],translation);
916         }
917         else {
918             for(i=0; i<natom; i++)
919                 rvec_inc(x[i],translation);
920         }
921     }
922     if (bRotate) {
923         /* Rotate */
924         printf("Rotating %g, %g, %g degrees around the X, Y and Z axis respectively\n",rotangles[XX],rotangles[YY],rotangles[ZZ]);
925         for(i=0; i<DIM; i++)
926             rotangles[i] *= DEG2RAD;
927         rotate_conf(natom,x,v,rotangles[XX],rotangles[YY],rotangles[ZZ]);
928     }
929
930     if (bCalcGeom) {
931         /* recalc geometrical center and max and min coordinates and size */
932         calc_geom(ssize,sindex,x,gc,min,max,FALSE);
933         rvec_sub(max, min, size);
934         if (bScale || bOrient || bRotate)
935             printf("new system size : %6.3f %6.3f %6.3f\n",
936                    size[XX],size[YY],size[ZZ]);
937     }
938
939     if (bSetSize || bDist || (btype[0][0]=='t' && bSetAng)) {
940         ePBC = epbcXYZ;
941         if (!(bSetSize || bDist))
942             for (i=0; i<DIM; i++)
943                 newbox[i] = norm(box[i]);
944         clear_mat(box);
945         /* calculate new boxsize */
946         switch(btype[0][0]){
947         case 't':
948             if (bDist)
949                 for(i=0; i<DIM; i++)
950                     newbox[i] = size[i]+2*dist;
951             if (!bSetAng) {
952                 box[XX][XX] = newbox[XX];
953                 box[YY][YY] = newbox[YY];
954                 box[ZZ][ZZ] = newbox[ZZ];
955             } else {
956                 matrix_convert(box,newbox,newang);
957             }
958             break;
959         case 'c':
960         case 'd':
961         case 'o':
962             if (bSetSize)
963                 d = newbox[0];
964             else
965                 d = diam+2*dist;
966             if (btype[0][0] == 'c')
967                 for(i=0; i<DIM; i++)
968                     box[i][i] = d;
969             else if (btype[0][0] == 'd') {
970                 box[XX][XX] = d;
971                 box[YY][YY] = d;
972                 box[ZZ][XX] = d/2;
973                 box[ZZ][YY] = d/2;
974                 box[ZZ][ZZ] = d*sqrt(2)/2;
975             } else {
976                 box[XX][XX] = d;
977                 box[YY][XX] = d/3;
978                 box[YY][YY] = d*sqrt(2)*2/3;
979                 box[ZZ][XX] = -d/3;
980                 box[ZZ][YY] = d*sqrt(2)/3;
981                 box[ZZ][ZZ] = d*sqrt(6)/3;
982             }
983             break;
984         } 
985     }
986
987     /* calculate new coords for geometrical center */
988     if (!bSetCenter)
989         calc_box_center(ecenterDEF,box,center);
990
991     /* center molecule on 'center' */
992     if (bCenter)
993         center_conf(natom,x,center,gc);
994
995     /* print some */
996     if (bCalcGeom) {
997         calc_geom(ssize,sindex,x, gc, min, max, FALSE);
998         printf("new center      :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n",gc[XX],gc[YY],gc[ZZ]);
999     }
1000     if (bOrient || bScale || bDist || bSetSize) {
1001         printf("new box vectors :%7.3f%7.3f%7.3f (nm)\n", 
1002                norm(box[XX]), norm(box[YY]), norm(box[ZZ]));
1003         printf("new box angles  :%7.2f%7.2f%7.2f (degrees)\n",
1004                norm2(box[ZZ])==0 ? 0 :
1005         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[YY],box[ZZ])),
1006         norm2(box[ZZ])==0 ? 0 :
1007         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[XX],box[ZZ])),
1008         norm2(box[YY])==0 ? 0 :
1009         RAD2DEG*acos(cos_angle_no_table(box[XX],box[YY])));
1010         printf("new box volume  :%7.2f               (nm^3)\n",det(box));
1011     }  
1012
1013     if (check_box(epbcXYZ,box))
1014         printf("\nWARNING: %s\n",check_box(epbcXYZ,box));
1015
1016     if (bDist && btype[0][0]=='t')
1017     {
1018         if(TRICLINIC(box))
1019         {
1020             printf("\nWARNING: Your box is triclinic with non-orthogonal axes. In this case, the\n"
1021                 "distance from the solute to a box surface along the corresponding normal\n"
1022                 "vector might be somewhat smaller than your specified value %f.\n"
1023                 "You can check the actual value with g_mindist -pi\n",dist);
1024         }
1025         else
1026         {
1027             printf("\nWARNING: No boxtype specified - distance condition applied in each dimension.\n"
1028                 "If the molecule rotates the actual distance will be smaller. You might want\n"
1029                 "to use a cubic box instead, or why not try a dodecahedron today?\n");
1030         }
1031     }
1032     if (bCONECT && (outftp == efPDB) && (inftp == efTPR)) 
1033         conect = gmx_conect_generate(top);
1034     else
1035         conect = NULL;
1036
1037     if (bIndex) {
1038         fprintf(stderr,"\nSelect a group for output:\n");
1039         get_index(&atoms,opt2fn_null("-n",NFILE,fnm),
1040                   1,&isize,&index,&grpname);
1041         if (opt2bSet("-bf",NFILE,fnm))
1042             gmx_fatal(FARGS,"combination not implemented: -bf -n  or -bf -ndef");
1043         else {
1044             if (outftp == efPDB) {
1045                 out=ffopen(outfile,"w");
1046                 write_pdbfile_indexed(out,title,&atoms,x,ePBC,box,' ',1,isize,index,conect,TRUE);
1047                 ffclose(out);
1048             }
1049             else
1050                 write_sto_conf_indexed(outfile,title,&atoms,x,bHaveV?v:NULL,ePBC,box,
1051                     isize,index); 
1052         }
1053     }
1054     else {
1055         if ((outftp == efPDB) || (outftp == efPQR)) {
1056             out=ffopen(outfile,"w");
1057             if (bMead) {
1058                 set_pdb_wide_format(TRUE);
1059                 fprintf(out,"REMARK    "
1060                         "The B-factors in this file hold atomic radii\n");
1061                 fprintf(out,"REMARK    "
1062                         "The occupancy in this file hold atomic charges\n");
1063             }
1064             else if (bGrasp) {
1065                 fprintf(out,"GRASP PDB FILE\nFORMAT NUMBER=1\n");
1066                 fprintf(out,"REMARK    "
1067                         "The B-factors in this file hold atomic charges\n");
1068                 fprintf(out,"REMARK    "
1069                         "The occupancy in this file hold atomic radii\n");
1070             }
1071             else if (opt2bSet("-bf",NFILE,fnm)) {
1072                 read_bfac(opt2fn("-bf",NFILE,fnm),&n_bfac,&bfac,&bfac_nr);
1073                 set_pdb_conf_bfac(atoms.nr,atoms.nres,&atoms,
1074                                   n_bfac,bfac,bfac_nr,peratom);
1075             }
1076             if (opt2parg_bSet("-label",NPA,pa)) {
1077                 for(i=0; (i<atoms.nr); i++) 
1078                     atoms.resinfo[atoms.atom[i].resind].chainid=label[0];
1079             }
1080             write_pdbfile(out,title,&atoms,x,ePBC,box,' ',-1,conect,TRUE);
1081             if (bLegend)
1082                 pdb_legend(out,atoms.nr,atoms.nres,&atoms,x);
1083             if (visbox[0] > 0)
1084                 visualize_box(out,bLegend ? atoms.nr+12 : atoms.nr,
1085                     bLegend? atoms.nres=12 : atoms.nres,box,visbox);
1086             ffclose(out);
1087         }
1088         else
1089             write_sto_conf(outfile,title,&atoms,x,bHaveV?v:NULL,ePBC,box); 
1090     }
1091     gmx_atomprop_destroy(aps);
1092
1093     do_view(oenv,outfile,NULL);
1094
1095     thanx(stderr);
1096
1097     return 0;
1098 }