src/tools/gmx_sans.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Green Red Orange Magenta Azure Cyan Skyblue
  34  */
  35
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <ctype.h>
  41 #include "smalloc.h"
  42 #include "sysstuff.h"
  43 #include "typedefs.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "vec.h"
  46 #include "pbc.h"
  47 #include "xvgr.h"
  48 #include "copyrite.h"
  49 #include "futil.h"
  50 #include "statutil.h"
  51 #include "tpxio.h"
  52 #include "index.h"
  53 #include "gstat.h"
  54 #include "matio.h"
  55 #include "gmx_ana.h"
  56 #include "nsfactor.h"
  57 #include "gmx_omp.h"
  58
  59 int gmx_sans(int argc,char *argv[])
  60 {
  61     const char *desc[] = {
  62         "This is simple tool to compute SANS spectra using Debye formula",
  63         "It currently uses topology file (since it need to assigne element for each atom)",
  64         "[PAR]",
  65         "[TT]-pr[tt] Computes normalized g(r) function",
  66         "[PAR]",
  67         "[TT]-sq[tt] Computes SANS intensity curve for needed q diapason",
  68         "[PAR]",
  69         "[TT]-startq[tt] Starting q value in nm",
  70         "[PAR]",
  71         "[TT]-endq[tt] Ending q value in nm",
  72         "[PAR]",
  73         "[TT]-qstep[tt] Stepping in q space",
  74         "[PAR]",
  75         "Note: When using Debye direct method computational cost increases as",
  76         "1/2 * N * (N - 1) where N is atom number in group of interest"
  77     };
  78     static gmx_bool bPBC=TRUE;
  79     static real binwidth=0.2,grid=0.05; /* bins shouldnt be smaller then bond (~0.1nm) length */
  80     static real start_q=0.0, end_q=2.0, q_step=0.01;
  81     static real mcover=-1;
  82     static unsigned int  seed=0;
  83     static int           nthreads=-1;
  84
  85     static const char *emode[]= { NULL, "direct", "mc", NULL };
  86     static const char *emethod[]={ NULL, "debye", "fft", NULL };
  87
  88     gmx_nentron_atomic_structurefactors_t    *gnsf;
  89     gmx_sans_t              *gsans;
  90
  91 #define NPA asize(pa)
  92
  93     t_pargs pa[] = {
  94         { "-bin", FALSE, etREAL, {&binwidth},
  95           "[HIDDEN]Binwidth (nm)" },
  96         { "-mode", FALSE, etENUM, {emode},
  97           "Mode for sans spectra calculation" },
  98         { "-mcover", FALSE, etREAL, {&mcover},
  99           "Monte-Carlo coverage should be -1(default) or (0,1]"},
 100         { "-method", FALSE, etENUM, {emethod},
 101           "[HIDDEN]Method for sans spectra calculation" },
 102         { "-pbc", FALSE, etBOOL, {&bPBC},
 103           "Use periodic boundary conditions for computing distances" },
 104         { "-grid", FALSE, etREAL, {&grid},
 105           "[HIDDEN]Grid spacing (in nm) for FFTs" },
 106         {"-startq", FALSE, etREAL, {&start_q},
 107           "Starting q (1/nm) "},
 108         {"-endq", FALSE, etREAL, {&end_q},
 109           "Ending q (1/nm)"},
 110         { "-qstep", FALSE, etREAL, {&q_step},
 111           "Stepping in q (1/nm)"},
 112         { "-seed",     FALSE, etINT,  {&seed},
 113           "Random seed for Monte-Carlo"},
 114 #ifdef GMX_OPENMP
 115         { "-nt",  FALSE, etINT, {&nthreads},
 116           "Number of threads to start"},
 117 #endif
 118     };
 119   FILE      *fp;
 120   const char *fnTPX,*fnNDX,*fnDAT=NULL;
 121   t_trxstatus *status;
 122   t_topology *top=NULL;
 123   t_atom    *atom=NULL;
 124   gmx_rmpbc_t  gpbc=NULL;
 125   gmx_bool  bTPX;
 126   gmx_bool  bFFT=FALSE, bDEBYE=FALSE;
 127   gmx_bool  bMC=FALSE;
 128   int        ePBC=-1;
 129   matrix     box;
 130   char       title[STRLEN];
 131   rvec       *x;
 132   int       natoms;
 133   real       t;
 134   char       **grpname=NULL;
 135   atom_id    *index=NULL;
 136   int        isize;
 137   int         i,j;
 138   gmx_radial_distribution_histogram_t  *pr=NULL;
 139   gmx_static_structurefator_t  *sq=NULL;
 140   output_env_t oenv;
 141
 142 #define NFILE asize(fnm)
 143
 144   t_filenm   fnm[] = {
 145       { efTPX,  "-s",         NULL,   ffREAD },
 146       { efNDX,  NULL,         NULL,   ffOPTRD },
 147       { efDAT,  "-d",   "nsfactor",   ffOPTRD },
 148       { efXVG, "-sq",         "sq",   ffWRITE },
 149       { efXVG, "-pr",         "pr",   ffWRITE }
 150   };
 151
 152   nthreads = gmx_omp_get_max_threads();
 153
 154   CopyRight(stderr,argv[0]);
 155   parse_common_args(&argc,argv,PCA_BE_NICE,
 156                     NFILE,fnm,asize(pa),pa,asize(desc),desc,0,NULL,&oenv);
 157
 158   /* check that binwidth not smaller than smallers distance */
 159   check_binwidth(binwidth);
 160   check_mcover(mcover);
 161
 162   /* setting number of omp threads globaly */
 163   gmx_omp_set_num_threads(nthreads);
 164
 165   /* Now try to parse opts for modes */
 166   switch(emethod[0][0]) {
 167   case 'd':
 168       bDEBYE=TRUE;
 169       switch(emode[0][0]) {
 170       case 'd':
 171           bMC=FALSE;
 172           break;
 173       case 'm':
 174           bMC=TRUE;
 175           break;
 176       default:
 177           break;
 178       }
 179       break;
 180   case 'f':
 181       bFFT=TRUE;
 182       break;
 183   default:
 184       break;
 185   }
 186
 187   if (!bDEBYE && !bFFT)
 188       gmx_fatal(FARGS,"Unknown method. Set pr or fft!\n");
 189   /* Try to read files */
 190   fnDAT = ftp2fn(efDAT,NFILE,fnm);
 191   fnTPX = ftp2fn(efTPX,NFILE,fnm);
 192
 193   gnsf = gmx_neutronstructurefactors_init(fnDAT);
 194   fprintf(stderr,"Read %d atom names from %s with neutron scattering parameters\n\n",gnsf->nratoms,fnDAT);
 195
 196   snew(top,1);
 197   snew(grpname,1);
 198   snew(index,1);
 199
 200   bTPX=read_tps_conf(fnTPX,title,top,&ePBC,&x,NULL,box,TRUE);
 201
 202   printf("\nPlease select group for SANS spectra calculation:\n");
 203   get_index(&(top->atoms),ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),1,&isize,&index,grpname);
 204
 205   gsans = gmx_sans_init(top,gnsf);
 206
 207   /* Prepare reference frame */
 208   if (bPBC) {
 209       gpbc = gmx_rmpbc_init(&top->idef,ePBC,top->atoms.nr,box);
 210       gmx_rmpbc(gpbc,top->atoms.nr,box,x);
 211   }
 212
 213   natoms=top->atoms.nr;
 214
 215   if (bDEBYE) {
 216       if (bMC) {
 217           fprintf(stderr,"Using Monte Carlo Debye method to calculate spectrum\n");
 218       } else {
 219           fprintf(stderr,"Using direct Debye method to calculate spectrum\n");
 220       }
 221   } else if (bFFT) {
 222       gmx_fatal(FARGS,"Not implented!");
 223   } else {
 224       gmx_fatal(FARGS,"Whats this!");
 225   }
 226
 227   /*  realy calc p(r) */
 228   pr = calc_radial_distribution_histogram(gsans,x,box,index,isize,binwidth,bMC,mcover,seed);
 229
 230   /* prepare pr.xvg */
 231   fp = xvgropen(opt2fn_null("-pr",NFILE,fnm),"G(r)","Distance (nm)","Probability",oenv);
 232   for(i=0;i<pr->grn;i++)
 233       fprintf(fp,"%10.6lf%10.6lf\n",pr->r[i],pr->gr[i]);
 234   xvgrclose(fp);
 235
 236   /* prepare sq.xvg */
 237   sq = convert_histogram_to_intensity_curve(pr,start_q,end_q,q_step);
 238   fp = xvgropen(opt2fn_null("-sq",NFILE,fnm),"I(q)","q (nm^-1)","s(q)/s(0)",oenv);
 239   for(i=0;i<sq->qn;i++) {
 240       fprintf(fp,"%10.6lf%10.6lf\n",sq->q[i],sq->s[i]);
 241   }
 242   xvgrclose(fp);
 243
 244   sfree(pr);
 245
 246   please_cite(stdout,"Garmay2012");
 247   thanx(stderr);
 248
 249   return 0;
 250 }