src/gromacs/gmxana/gmx_densorder.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2010,2011,2012,2013,2014,2015, 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
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  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 <cctype>
  38 #include <cmath>
  39 #include <cstring>
  40
  41 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  42 #include "gromacs/correlationfunctions/autocorr.h"
  43 #include "gromacs/correlationfunctions/expfit.h"
  44 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  45 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  46 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  47 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  48 #include "gromacs/gmxana/binsearch.h"
  49 #include "gromacs/gmxana/dens_filter.h"
  50 #include "gromacs/gmxana/gmx_ana.h"
  51 #include "gromacs/gmxana/gstat.h"
  52 #include "gromacs/gmxana/powerspect.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  56 #include "gromacs/math/units.h"
  57 #include "gromacs/math/vec.h"
  58 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  59 #include "gromacs/pbcutil/rmpbc.h"
  60 #include "gromacs/topology/index.h"
  61 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  62 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  63 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  64 #include "gromacs/utility/futil.h"
  65 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  66
  67
  68 enum {
  69     methSEL, methBISECT, methFUNCFIT, methNR
  70 };
  71
  72 static void center_coords(t_atoms *atoms, matrix box, rvec x0[], int axis)
  73 {
  74     int  i, m;
  75     real tmass, mm;
  76     rvec com, shift, box_center;
  77
  78     tmass = 0;
  79     clear_rvec(com);
  80     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  81     {
  82         mm     = atoms->atom[i].m;
  83         tmass += mm;
  84         for (m = 0; (m < DIM); m++)
  85         {
  86             com[m] += mm*x0[i][m];
  87         }
  88     }
  89     for (m = 0; (m < DIM); m++)
  90     {
  91         com[m] /= tmass;
  92     }
  93     calc_box_center(ecenterDEF, box, box_center);
  94     rvec_sub(box_center, com, shift);
  95     shift[axis] -= box_center[axis];
  96
  97     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  98     {
  99         rvec_dec(x0[i], shift);
 100     }
 101 }
 102
 103
 104 static void density_in_time (const char *fn, atom_id **index, int gnx[], real bw, real bwz, int nsttblock, real *****Densdevel, int *xslices, int *yslices, int *zslices, int *tblock, t_topology *top, int ePBC, int axis, gmx_bool bCenter, gmx_bool bps1d, const output_env_t oenv)
 105
 106 {
 107 /*
 108  * *****Densdevel pointer to array of density values in slices and frame-blocks Densdevel[*nsttblock][*xslices][*yslices][*zslices]
 109  * Densslice[x][y][z]
 110  * nsttblock - nr of frames in each time-block
 111  * bw  widths of normal slices
 112  *
 113  * axis  - axis direction (normal to slices)
 114  * nndx - number ot atoms in **index
 115  * grpn  - group number in index
 116  */
 117     t_trxstatus *status;
 118     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 119     matrix       box;                    /* Box - 3x3 -each step*/
 120     rvec        *x0;                     /* List of Coord without PBC*/
 121     int          i, j,                   /* loop indices, checks etc*/
 122                  ax1     = 0, ax2 = 0,   /* tangent directions */
 123                  framenr = 0,            /* frame number in trajectory*/
 124                  slicex, slicey, slicez; /*slice # of x y z position */
 125     real ***Densslice = NULL;            /* Density-slice in one frame*/
 126     real    dscale;                      /*physical scaling factor*/
 127     real    t, x, y, z;                  /* time and coordinates*/
 128     rvec    bbww;
 129
 130     *tblock = 0; /* blocknr in block average - initialise to 0*/
 131     /* Axis: X=0, Y=1,Z=2 */
 132     switch (axis)
 133     {
 134         case 0:
 135             ax1 = YY; ax2 = ZZ; /*Surface: YZ*/
 136             break;
 137         case 1:
 138             ax1 = ZZ; ax2 = XX; /* Surface : XZ*/
 139             break;
 140         case 2:
 141             ax1 = XX; ax2 = YY; /* Surface XY*/
 142             break;
 143         default:
 144             gmx_fatal(FARGS, "Invalid axes. Terminating\n");
 145     }
 146
 147     if (read_first_x(oenv, &status, fn, &t, &x0, box) == 0)
 148     {
 149         gmx_fatal(FARGS, "Could not read coordinates from file"); /* Open trajectory for read*/
 150
 151
 152     }
 153     *zslices = 1+static_cast<int>(std::floor(box[axis][axis]/bwz));
 154     *yslices = 1+static_cast<int>(std::floor(box[ax2][ax2]/bw));
 155     *xslices = 1+static_cast<int>(std::floor(box[ax1][ax1]/bw));
 156     if (bps1d)
 157     {
 158         if (*xslices < *yslices)
 159         {
 160             *xslices = 1;
 161         }
 162         else
 163         {
 164             *yslices = 1;
 165         }
 166     }
 167     fprintf(stderr,
 168             "\nDividing the box in %5d x %5d x %5d slices with binw %f along axis %d\n", *xslices, *yslices, *zslices, bw, axis );
 169
 170
 171     /****Start trajectory processing***/
 172
 173     /*Initialize Densdevel and PBC-remove*/
 174     gpbc = gmx_rmpbc_init(&top->idef, ePBC, top->atoms.nr);
 175
 176     *Densdevel = NULL;
 177
 178     do
 179     {
 180         bbww[XX] = box[ax1][ax1]/ *xslices;
 181         bbww[YY] = box[ax2][ax2]/ *yslices;
 182         bbww[ZZ] = box[axis][axis]/ *zslices;
 183         gmx_rmpbc(gpbc, top->atoms.nr, box, x0);
 184         /*Reset Densslice every nsttblock steps*/
 185         /* The first conditional is for clang to understand that this branch is
 186          * always taken the first time. */
 187         if (Densslice == NULL || framenr % nsttblock == 0)
 188         {
 189             snew(Densslice, *xslices);
 190             for (i = 0; i < *xslices; i++)
 191             {
 192                 snew(Densslice[i], *yslices);
 193                 for (j = 0; j < *yslices; j++)
 194                 {
 195                     snew(Densslice[i][j], *zslices);
 196                 }
 197             }
 198
 199             /* Allocate Memory to  extra frame in Densdevel -  rather stupid approach:
 200              * A single frame each time, although only every nsttblock steps.
 201              */
 202             srenew(*Densdevel, *tblock+1);
 203             (*Densdevel)[*tblock] = Densslice;
 204         }
 205
 206         dscale = (*xslices)*(*yslices)*(*zslices)*AMU/ (box[ax1][ax1]*box[ax2][ax2]*box[axis][axis]*nsttblock*(NANO*NANO*NANO));
 207
 208         if (bCenter)
 209         {
 210             center_coords(&top->atoms, box, x0, axis);
 211         }
 212
 213
 214         for (j = 0; j < gnx[0]; j++)
 215         {   /*Loop over all atoms in selected index*/
 216             x = x0[index[0][j]][ax1];
 217             y = x0[index[0][j]][ax2];
 218             z = x0[index[0][j]][axis];
 219             while (x < 0)
 220             {
 221                 x += box[ax1][ax1];
 222             }
 223             while (x > box[ax1][ax1])
 224             {
 225                 x -= box[ax1][ax1];
 226             }
 227
 228             while (y < 0)
 229             {
 230                 y += box[ax2][ax2];
 231             }
 232             while (y > box[ax2][ax2])
 233             {
 234                 y -= box[ax2][ax2];
 235             }
 236
 237             while (z < 0)
 238             {
 239                 z += box[axis][axis];
 240             }
 241             while (z > box[axis][axis])
 242             {
 243                 z -= box[axis][axis];
 244             }
 245
 246             slicex = static_cast<int>(x/bbww[XX]) % *xslices;
 247             slicey = static_cast<int>(y/bbww[YY]) % *yslices;
 248             slicez = static_cast<int>(z/bbww[ZZ]) % *zslices;
 249             Densslice[slicex][slicey][slicez] += (top->atoms.atom[index[0][j]].m*dscale);
 250         }
 251
 252         framenr++;
 253
 254         if (framenr % nsttblock == 0)
 255         {
 256             /*Implicit incrementation of Densdevel via renewal of Densslice*/
 257             /*only every nsttblock steps*/
 258             (*tblock)++;
 259         }
 260
 261     }
 262     while (read_next_x(oenv, status, &t, x0, box));
 263
 264
 265     /*Free memory we no longer need and exit.*/
 266     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 267     close_trj(status);
 268
 269     if (0)
 270     {
 271         FILE *fp;
 272         fp = fopen("koko.xvg", "w");
 273         for (j = 0; (j < *zslices); j++)
 274         {
 275             fprintf(fp, "%5d", j);
 276             for (i = 0; (i < *tblock); i++)
 277             {
 278                 fprintf(fp, "  %10g", (*Densdevel)[i][9][1][j]);
 279             }
 280             fprintf(fp, "\n");
 281         }
 282         fclose(fp);
 283     }
 284
 285 }
 286
 287 static void outputfield(const char *fldfn, real ****Densmap,
 288                         int xslices, int yslices, int zslices, int tdim)
 289 {
 290 /*Debug-filename and filehandle*/
 291     FILE *fldH;
 292     int   n, i, j, k;
 293     int   dim[4];
 294     real  totdens = 0;
 295
 296     dim[0] = tdim;
 297     dim[1] = xslices;
 298     dim[2] = yslices;
 299     dim[3] = zslices;
 300
 301     fldH = gmx_ffopen(fldfn, "w");
 302     fwrite(dim, sizeof(int), 4, fldH);
 303     for (n = 0; n < tdim; n++)
 304     {
 305         for (i = 0; i < xslices; i++)
 306         {
 307             for (j = 0; j < yslices; j++)
 308             {
 309                 for (k = 0; k < zslices; k++)
 310                 {
 311                     fwrite(&(Densmap[n][i][j][k]), sizeof(real), 1, fldH);
 312                     totdens += (Densmap[n][i][j][k]);
 313                 }
 314             }
 315         }
 316     }
 317     totdens /= (xslices*yslices*zslices*tdim);
 318     fprintf(stderr, "Total density [kg/m^3]  %8f", totdens);
 319     gmx_ffclose(fldH);
 320 }
 321
 322 static void filterdensmap(real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices, int tblocks, int ftsize)
 323 {
 324     real *kernel;
 325     real  std, var;
 326     int   i, j, n, order;
 327     order = ftsize/2;
 328     std   = order/2.0;
 329     var   = std*std;
 330     snew(kernel, ftsize);
 331     gausskernel(kernel, ftsize, var);
 332     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 333     {
 334         for (i = 0; i < xslices; i++)
 335         {
 336             for (j = 0; j < yslices; j++)
 337             {
 338                 periodic_convolution(zslices, Densmap[n][i][j], ftsize, kernel);
 339             }
 340         }
 341     }
 342 }
 343
 344
 345
 346
 347 static void interfaces_txy (real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices,
 348                             int tblocks, real binwidth, int method,
 349                             real dens1, real dens2, t_interf ****intf1,
 350                             t_interf ****intf2, const output_env_t oenv)
 351 {
 352     /*Returns two pointers to 3D arrays of t_interf structs containing (position,thickness) of the interface(s)*/
 353     FILE         *xvg;
 354     real         *zDensavg; /* zDensavg[z]*/
 355     int           i, j, k, n;
 356     int           xysize;
 357     int           ndx1, ndx2, *zperm;
 358     real          densmid;
 359     real          splitpoint, startpoint, endpoint;
 360     real         *sigma1, *sigma2;
 361     double        beginfit1[4];
 362     double        beginfit2[4];
 363     double       *fit1 = NULL, *fit2 = NULL;
 364     const double *avgfit1;
 365     const double *avgfit2;
 366     const real    onehalf = 1.00/2.00;
 367     t_interf   ***int1    = NULL, ***int2 = NULL; /*Interface matrices [t][x,y] - last index in row-major order*/
 368     /*Create int1(t,xy) and int2(t,xy) arrays with correct number of interf_t elements*/
 369     xysize = xslices*yslices;
 370     snew(int1, tblocks);
 371     snew(int2, tblocks);
 372     for (i = 0; i < tblocks; i++)
 373     {
 374         snew(int1[i], xysize);
 375         snew(int2[i], xysize);
 376         for (j = 0; j < xysize; j++)
 377         {
 378             snew(int1[i][j], 1);
 379             snew(int2[i][j], 1);
 380             init_interf(int1[i][j]);
 381             init_interf(int2[i][j]);
 382         }
 383     }
 384
 385     if (method == methBISECT)
 386     {
 387         densmid = onehalf*(dens1+dens2);
 388         snew(zperm, zslices);
 389         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 390         {
 391             for (i = 0; i < xslices; i++)
 392             {
 393                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 394                 {
 395                     rangeArray(zperm, zslices); /*reset permutation array to identity*/
 396                     /*Binsearch returns slice-nr where the order param is  <= setpoint sgmid*/
 397                     ndx1 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, 0, zslices/2-1, densmid, 1);
 398                     ndx2 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, zslices/2, zslices-1, densmid, -1);
 399
 400                     /* Linear interpolation (for use later if time allows)
 401                      * rho_1s= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]]
 402                      * rho_1e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]] - in worst case might be far off
 403                      * rho_2s =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2+1]]
 404                      * rho_2e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]
 405                      * For 1st interface we have:
 406                        densl= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]];
 407                        densr= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]];
 408                        alpha=(densmid-densl)/(densr-densl);
 409                        deltandx=zperm[ndx1+1]-zperm[ndx1];
 410
 411                        if(debug){
 412                        printf("Alpha, Deltandx  %f %i\n", alpha,deltandx);
 413                        }
 414                        if(abs(alpha)>1.0 || abs(deltandx)>3){
 415                        pos=zperm[ndx1];
 416                        spread=-1;
 417                        }
 418                        else {
 419                        pos=zperm[ndx1]+alpha*deltandx;
 420                        spread=binwidth*deltandx;
 421                        }
 422                      * For the 2nd interface  can use the same formulation, since alpha should become negative ie:
 423                      * alpha=(densmid-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]])/(Densmap[n][i][j][zperm[nxd2+1]]-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]);
 424                      * deltandx=zperm[ndx2+1]-zperm[ndx2];
 425                      * pos=zperm[ndx2]+alpha*deltandx;   */
 426
 427                     /*After filtering we use the direct approach        */
 428                     int1[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx1]+onehalf)*binwidth;
 429                     int1[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 430                     int2[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx2]+onehalf)*binwidth;
 431                     int2[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 432                 }
 433             }
 434         }
 435     }
 436
 437     if (method == methFUNCFIT)
 438     {
 439         /*Assume a box divided in 2 along midpoint of z for starters*/
 440         startpoint = 0.0;
 441         endpoint   = binwidth*zslices;
 442         splitpoint = (startpoint+endpoint)/2.0;
 443         /*Initial fit proposals*/
 444         beginfit1[0] = dens1;
 445         beginfit1[1] = dens2;
 446         beginfit1[2] = (splitpoint/2);
 447         beginfit1[3] = 0.5;
 448
 449         beginfit2[0] = dens2;
 450         beginfit2[1] = dens1;
 451         beginfit2[2] = (3*splitpoint/2);
 452         beginfit2[3] = 0.5;
 453
 454         snew(zDensavg, zslices);
 455         snew(sigma1, zslices);
 456         snew(sigma2, zslices);
 457
 458         for (k = 0; k < zslices; k++)
 459         {
 460             sigma1[k] = sigma2[k] = 1;
 461         }
 462         /*Calculate average density along z - avoid smoothing by using coarse-grained-mesh*/
 463         for (k = 0; k < zslices; k++)
 464         {
 465             for (n = 0; n < tblocks; n++)
 466             {
 467                 for (i = 0; i < xslices; i++)
 468                 {
 469                     for (j = 0; j < yslices; j++)
 470                     {
 471                         zDensavg[k] += (Densmap[n][i][j][k]/(xslices*yslices*tblocks));
 472                     }
 473                 }
 474             }
 475         }
 476
 477         if (debug)
 478         {
 479             xvg = xvgropen("DensprofileonZ.xvg", "Averaged Densityprofile on Z", "z[nm]", "Density[kg/m^3]", oenv);
 480             for (k = 0; k < zslices; k++)
 481             {
 482                 fprintf(xvg, "%4f.3   %8f.4\n", k*binwidth, zDensavg[k]);
 483             }
 484             xvgrclose(xvg);
 485         }
 486
 487         /*Fit average density in z over whole trajectory to obtain tentative fit-parameters in fit1 and fit2*/
 488
 489         /*Fit 1st half of box*/
 490         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit1, 8, NULL);
 491         /*Fit 2nd half of box*/
 492         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit2, 8, NULL);
 493
 494         /*Initialise the const arrays for storing the average fit parameters*/
 495         avgfit1 = beginfit1;
 496         avgfit2 = beginfit2;
 497
 498
 499
 500         /*Now do fit over each x  y and t slice to get Zint(x,y,t) - loop is very large, we potentially should average over time directly*/
 501         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 502         {
 503             for (i = 0; i < xslices; i++)
 504             {
 505                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 506                 {
 507                     /*Reinitialise fit for each mesh-point*/
 508                     srenew(fit1, 4);
 509                     srenew(fit2, 4);
 510                     for (k = 0; k < 4; k++)
 511                     {
 512                         fit1[k] = avgfit1[k];
 513                         fit2[k] = avgfit2[k];
 514                     }
 515                     /*Now fit and store in structures in row-major order int[n][i][j]*/
 516                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit1, 0, NULL);
 517                     int1[n][j+(yslices*i)]->Z = fit1[2];
 518                     int1[n][j+(yslices*i)]->t = fit1[3];
 519                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit2, 0, NULL);
 520                     int2[n][j+(yslices*i)]->Z = fit2[2];
 521                     int2[n][j+(yslices*i)]->t = fit2[3];
 522                 }
 523             }
 524         }
 525     }
 526
 527
 528     *intf1 = int1;
 529     *intf2 = int2;
 530
 531 }
 532
 533 static void writesurftoxpms(t_interf ***surf1, t_interf ***surf2, int tblocks, int xbins, int ybins, int zbins, real bw, real bwz, char **outfiles, int maplevels )
 534 {
 535     char   numbuf[13];
 536     int    n, i, j;
 537     real **profile1, **profile2;
 538     real   max1, max2, min1, min2, *xticks, *yticks;
 539     t_rgb  lo = {0, 0, 0};
 540     t_rgb  hi = {1, 1, 1};
 541     FILE  *xpmfile1, *xpmfile2;
 542
 543 /*Prepare xpm structures for output*/
 544
 545 /*Allocate memory to tick's and matrices*/
 546     snew (xticks, xbins+1);
 547     snew (yticks, ybins+1);
 548
 549     profile1 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 550     profile2 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 551
 552     for (i = 0; i < xbins+1; i++)
 553     {
 554         xticks[i] += bw;
 555     }
 556     for (j = 0; j < ybins+1; j++)
 557     {
 558         yticks[j] += bw;
 559     }
 560
 561     xpmfile1 = gmx_ffopen(outfiles[0], "w");
 562     xpmfile2 = gmx_ffopen(outfiles[1], "w");
 563
 564     max1 = max2 = 0.0;
 565     min1 = min2 = zbins*bwz;
 566
 567     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 568     {
 569         sprintf(numbuf, "tblock: %4i", n);
 570 /*Filling matrices for inclusion in xpm-files*/
 571         for (i = 0; i < xbins; i++)
 572         {
 573             for (j = 0; j < ybins; j++)
 574             {
 575                 profile1[i][j] = (surf1[n][j+ybins*i])->Z;
 576                 profile2[i][j] = (surf2[n][j+ybins*i])->Z;
 577                 /*Finding max and min values*/
 578                 if (profile1[i][j] > max1)
 579                 {
 580                     max1 = profile1[i][j];
 581                 }
 582                 if (profile1[i][j] < min1)
 583                 {
 584                     min1 = profile1[i][j];
 585                 }
 586                 if (profile2[i][j] > max2)
 587                 {
 588                     max2 = profile2[i][j];
 589                 }
 590                 if (profile2[i][j] < min2)
 591                 {
 592                     min2 = profile2[i][j];
 593                 }
 594             }
 595         }
 596
 597         write_xpm(xpmfile1, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile1, min1, max1, lo, hi, &maplevels);
 598         write_xpm(xpmfile2, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile2, min2, max2, lo, hi, &maplevels);
 599     }
 600
 601     gmx_ffclose(xpmfile1);
 602     gmx_ffclose(xpmfile2);
 603
 604
 605     sfree(profile1);
 606     sfree(profile2);
 607     sfree(xticks);
 608     sfree(yticks);
 609 }
 610
 611 static void writeraw(t_interf ***int1, t_interf ***int2, int tblocks,
 612                      int xbins, int ybins, char **fnms,
 613                      const output_env_t oenv)
 614 {
 615     FILE *raw1, *raw2;
 616     int   i, j, n;
 617
 618     raw1 = gmx_ffopen(fnms[0], "w");
 619     raw2 = gmx_ffopen(fnms[1], "w");
 620     try
 621     {
 622         gmx::BinaryInformationSettings settings;
 623         settings.generatedByHeader(true);
 624         settings.linePrefix("# ");
 625         gmx::printBinaryInformation(raw1, output_env_get_program_context(oenv),
 626                                     settings);
 627         gmx::printBinaryInformation(raw2, output_env_get_program_context(oenv),
 628                                     settings);
 629     }
 630     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
 631     fprintf(raw1, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 632     fprintf(raw2, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 633     fprintf(raw1, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 634     fprintf(raw2, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 635     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 636     {
 637         for (i = 0; i < xbins; i++)
 638         {
 639             for (j = 0; j < ybins; j++)
 640             {
 641                 fprintf(raw1, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int1[n][j+ybins*i])->Z, (int1[n][j+ybins*i])->t);
 642                 fprintf(raw2, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int2[n][j+ybins*i])->Z, (int2[n][j+ybins*i])->t);
 643             }
 644         }
 645     }
 646
 647     gmx_ffclose(raw1);
 648     gmx_ffclose(raw2);
 649 }
 650
 651
 652
 653 int gmx_densorder(int argc, char *argv[])
 654 {
 655     static const char *desc[] = {
 656         "[THISMODULE] reduces a two-phase density distribution",
 657         "along an axis, computed over a MD trajectory,",
 658         "to 2D surfaces fluctuating in time, by a fit to",
 659         "a functional profile for interfacial densities.",
 660         "A time-averaged spatial representation of the",
 661         "interfaces can be output with the option [TT]-tavg[tt]."
 662     };
 663
 664     /* Extra arguments - but note how you always get the begin/end
 665      * options when running the program, without mentioning them here!
 666      */
 667
 668     output_env_t       oenv;
 669     t_topology        *top;
 670     char             **grpname;
 671     int                ePBC, *ngx;
 672     static real        binw      = 0.2;
 673     static real        binwz     = 0.05;
 674     static real        dens1     = 0.00;
 675     static real        dens2     = 1000.00;
 676     static int         ftorder   = 0;
 677     static int         nsttblock = 100;
 678     static int         axis      = 2;
 679     static const char *axtitle   = "Z";
 680     atom_id          **index; /* Index list for single group*/
 681     int                xslices, yslices, zslices, tblock;
 682     static gmx_bool    bGraph   = FALSE;
 683     static gmx_bool    bCenter  = FALSE;
 684     static gmx_bool    bFourier = FALSE;
 685     static gmx_bool    bRawOut  = FALSE;
 686     static gmx_bool    bOut     = FALSE;
 687     static gmx_bool    b1d      = FALSE;
 688     static int         nlevels  = 100;
 689     /*Densitymap - Densmap[t][x][y][z]*/
 690     real           ****Densmap = NULL;
 691     /* Surfaces surf[t][surf_x,surf_y]*/
 692     t_interf        ***surf1, ***surf2;
 693
 694     static const char *meth[] = {NULL, "bisect", "functional", NULL};
 695     int                eMeth;
 696
 697     char             **graphfiles, **rawfiles, **spectra; /* Filenames for xpm-surface maps, rawdata and powerspectra */
 698     int                nfxpm = -1, nfraw, nfspect;        /* # files for interface maps and spectra = # interfaces */
 699
 700     t_pargs            pa[] = {
 701         { "-1d", FALSE, etBOOL, {&b1d},
 702           "Pseudo-1d interface geometry"},
 703         { "-bw", FALSE, etREAL, {&binw},
 704           "Binwidth of density distribution tangential to interface"},
 705         { "-bwn", FALSE, etREAL, {&binwz},
 706           "Binwidth of density distribution normal to interface"},
 707         { "-order", FALSE, etINT, {&ftorder},
 708           "Order of Gaussian filter, order 0 equates to NO filtering"},
 709         {"-axis", FALSE, etSTR, {&axtitle},
 710          "Axis Direction - X, Y or Z"},
 711         {"-method", FALSE, etENUM, {meth},
 712          "Interface location method"},
 713         {"-d1", FALSE, etREAL, {&dens1},
 714          "Bulk density phase 1 (at small z)"},
 715         {"-d2", FALSE, etREAL, {&dens2},
 716          "Bulk density phase 2 (at large z)"},
 717         { "-tblock", FALSE, etINT, {&nsttblock},
 718           "Number of frames in one time-block average"},
 719         { "-nlevel", FALSE, etINT, {&nlevels},
 720           "Number of Height levels in 2D - XPixMaps"}
 721     };
 722
 723
 724     t_filenm fnm[] = {
 725         { efTPR, "-s",  NULL, ffREAD },               /* this is for the topology */
 726         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },                /* and this for the trajectory */
 727         { efNDX, "-n", NULL, ffREAD},                 /* this is to select groups */
 728         { efDAT, "-o", "Density4D", ffOPTWR},         /* This is for outputting the entire 4D densityfield in binary format */
 729         { efOUT, "-or", NULL, ffOPTWRMULT},           /* This is for writing out the entire information in the t_interf arrays */
 730         { efXPM, "-og", "interface", ffOPTWRMULT},    /* This is for writing out the interface meshes - one xpm-file per tblock*/
 731         { efOUT, "-Spect", "intfspect", ffOPTWRMULT}, /* This is for the trajectory averaged Fourier-spectra*/
 732     };
 733
 734 #define NFILE asize(fnm)
 735
 736     /* This is the routine responsible for adding default options,
 737      * calling the X/motif interface, etc. */
 738     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_CAN_VIEW,
 739                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 740     {
 741         return 0;
 742     }
 743
 744
 745     eMeth    = nenum(meth);
 746     bFourier = opt2bSet("-Spect", NFILE, fnm);
 747     bRawOut  = opt2bSet("-or", NFILE, fnm);
 748     bGraph   = opt2bSet("-og", NFILE, fnm);
 749     bOut     = opt2bSet("-o", NFILE, fnm);
 750     top      = read_top(ftp2fn(efTPR, NFILE, fnm), &ePBC);
 751     snew(grpname, 1);
 752     snew(index, 1);
 753     snew(ngx, 1);
 754
 755 /* Calculate axis */
 756     axis = toupper(axtitle[0]) - 'X';
 757
 758     get_index(&top->atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, ngx, index, grpname);
 759
 760     density_in_time(ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), index, ngx, binw, binwz, nsttblock, &Densmap, &xslices, &yslices, &zslices, &tblock, top, ePBC, axis, bCenter, b1d, oenv);
 761
 762     if (ftorder > 0)
 763     {
 764         filterdensmap(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, 2*ftorder+1);
 765     }
 766
 767     if (bOut)
 768     {
 769         outputfield(opt2fn("-o", NFILE, fnm), Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock);
 770     }
 771
 772     interfaces_txy(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, binwz, eMeth, dens1, dens2, &surf1, &surf2, oenv);
 773
 774     if (bGraph)
 775     {
 776
 777         /*Output surface-xpms*/
 778         nfxpm = opt2fns(&graphfiles, "-og", NFILE, fnm);
 779         if (nfxpm != 2)
 780         {
 781             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 782         }
 783         writesurftoxpms(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, zslices, binw, binwz, graphfiles, zslices);
 784     }
 785
 786
 787
 788
 789
 790 /*Output raw-data*/
 791     if (bRawOut)
 792     {
 793         nfraw = opt2fns(&rawfiles, "-or", NFILE, fnm);
 794         if (nfraw != 2)
 795         {
 796             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 797         }
 798         writeraw(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, rawfiles, oenv);
 799     }
 800
 801
 802
 803     if (bFourier)
 804     {
 805         nfspect = opt2fns(&spectra, "-Spect", NFILE, fnm);
 806         if (nfspect != 2)
 807         {
 808             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-file-series: %d",
 809                       nfspect);
 810         }
 811         powerspectavg_intf(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, spectra);
 812     }
 813
 814     sfree(Densmap);
 815     if (bGraph || bFourier || bRawOut)
 816     {
 817         sfree(surf1);
 818         sfree(surf2);
 819     }
 820
 821     return 0;
 822 }