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, 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 <ctype.h>
  38 #include <math.h>
  39 #include <string.h>
  40
  41 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  42 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  43 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  44 #include "gstat.h"
  45 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  46 #include "gromacs/utility/futil.h"
  47 #include "gromacs/topology/index.h"
  48 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  49 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  50 #include "gromacs/math/units.h"
  51 #include "dens_filter.h"
  52 #include "binsearch.h"
  53 #include "powerspect.h"
  54 #include "gmx_ana.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
  56
  57 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  58 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  59 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  60 #include "gromacs/math/vec.h"
  61 #include "gromacs/pbcutil/rmpbc.h"
  62 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  63 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  64 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  65
  66 #ifdef GMX_DOUBLE
  67 #define FLOOR(x) ((int) floor(x))
  68 #else
  69 #define FLOOR(x) ((int) floorf(x))
  70 #endif
  71
  72 enum {
  73     methSEL, methBISECT, methFUNCFIT, methNR
  74 };
  75
  76 static void center_coords(t_atoms *atoms, matrix box, rvec x0[], int axis)
  77 {
  78     int  i, m;
  79     real tmass, mm;
  80     rvec com, shift, box_center;
  81
  82     tmass = 0;
  83     clear_rvec(com);
  84     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  85     {
  86         mm     = atoms->atom[i].m;
  87         tmass += mm;
  88         for (m = 0; (m < DIM); m++)
  89         {
  90             com[m] += mm*x0[i][m];
  91         }
  92     }
  93     for (m = 0; (m < DIM); m++)
  94     {
  95         com[m] /= tmass;
  96     }
  97     calc_box_center(ecenterDEF, box, box_center);
  98     rvec_sub(box_center, com, shift);
  99     shift[axis] -= box_center[axis];
 100
 101     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
 102     {
 103         rvec_dec(x0[i], shift);
 104     }
 105 }
 106
 107
 108 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)
 109
 110 {
 111 /*
 112  * *****Densdevel pointer to array of density values in slices and frame-blocks Densdevel[*nsttblock][*xslices][*yslices][*zslices]
 113  * Densslice[x][y][z]
 114  * nsttblock - nr of frames in each time-block
 115  * bw  widths of normal slices
 116  *
 117  * axis  - axis direction (normal to slices)
 118  * nndx - number ot atoms in **index
 119  * grpn  - group number in index
 120  */
 121     t_trxstatus *status;
 122     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 123     matrix       box;                    /* Box - 3x3 -each step*/
 124     rvec        *x0;                     /* List of Coord without PBC*/
 125     int          i, j,                   /* loop indices, checks etc*/
 126                  ax1     = 0, ax2 = 0,   /* tangent directions */
 127                  framenr = 0,            /* frame number in trajectory*/
 128                  slicex, slicey, slicez; /*slice # of x y z position */
 129     real ***Densslice = NULL;            /* Density-slice in one frame*/
 130     real    dscale;                      /*physical scaling factor*/
 131     real    t, x, y, z;                  /* time and coordinates*/
 132     rvec    bbww;
 133
 134     *tblock = 0; /* blocknr in block average - initialise to 0*/
 135     /* Axis: X=0, Y=1,Z=2 */
 136     switch (axis)
 137     {
 138         case 0:
 139             ax1 = YY; ax2 = ZZ; /*Surface: YZ*/
 140             break;
 141         case 1:
 142             ax1 = ZZ; ax2 = XX; /* Surface : XZ*/
 143             break;
 144         case 2:
 145             ax1 = XX; ax2 = YY; /* Surface XY*/
 146             break;
 147         default:
 148             gmx_fatal(FARGS, "Invalid axes. Terminating\n");
 149     }
 150
 151     if (read_first_x(oenv, &status, fn, &t, &x0, box) == 0)
 152     {
 153         gmx_fatal(FARGS, "Could not read coordinates from file"); /* Open trajectory for read*/
 154
 155
 156     }
 157     *zslices = 1+FLOOR(box[axis][axis]/bwz);
 158     *yslices = 1+FLOOR(box[ax2][ax2]/bw);
 159     *xslices = 1+FLOOR(box[ax1][ax1]/bw);
 160     if (bps1d)
 161     {
 162         if (*xslices < *yslices)
 163         {
 164             *xslices = 1;
 165         }
 166         else
 167         {
 168             *yslices = 1;
 169         }
 170     }
 171     fprintf(stderr,
 172             "\nDividing the box in %5d x %5d x %5d slices with binw %f along axis %d\n", *xslices, *yslices, *zslices, bw, axis );
 173
 174
 175     /****Start trajectory processing***/
 176
 177     /*Initialize Densdevel and PBC-remove*/
 178     gpbc = gmx_rmpbc_init(&top->idef, ePBC, top->atoms.nr);
 179
 180     *Densdevel = NULL;
 181
 182     do
 183     {
 184         bbww[XX] = box[ax1][ax1]/ *xslices;
 185         bbww[YY] = box[ax2][ax2]/ *yslices;
 186         bbww[ZZ] = box[axis][axis]/ *zslices;
 187         gmx_rmpbc(gpbc, top->atoms.nr, box, x0);
 188         /*Reset Densslice every nsttblock steps*/
 189         /* The first conditional is for clang to understand that this branch is
 190          * always taken the first time. */
 191         if (Densslice == NULL || framenr % nsttblock == 0)
 192         {
 193             snew(Densslice, *xslices);
 194             for (i = 0; i < *xslices; i++)
 195             {
 196                 snew(Densslice[i], *yslices);
 197                 for (j = 0; j < *yslices; j++)
 198                 {
 199                     snew(Densslice[i][j], *zslices);
 200                 }
 201             }
 202
 203             /* Allocate Memory to  extra frame in Densdevel -  rather stupid approach:
 204              * A single frame each time, although only every nsttblock steps.
 205              */
 206             srenew(*Densdevel, *tblock+1);
 207             (*Densdevel)[*tblock] = Densslice;
 208         }
 209
 210         dscale = (*xslices)*(*yslices)*(*zslices)*AMU/ (box[ax1][ax1]*box[ax2][ax2]*box[axis][axis]*nsttblock*(NANO*NANO*NANO));
 211
 212         if (bCenter)
 213         {
 214             center_coords(&top->atoms, box, x0, axis);
 215         }
 216
 217
 218         for (j = 0; j < gnx[0]; j++)
 219         {   /*Loop over all atoms in selected index*/
 220             x = x0[index[0][j]][ax1];
 221             y = x0[index[0][j]][ax2];
 222             z = x0[index[0][j]][axis];
 223             while (x < 0)
 224             {
 225                 x += box[ax1][ax1];
 226             }
 227             while (x > box[ax1][ax1])
 228             {
 229                 x -= box[ax1][ax1];
 230             }
 231
 232             while (y < 0)
 233             {
 234                 y += box[ax2][ax2];
 235             }
 236             while (y > box[ax2][ax2])
 237             {
 238                 y -= box[ax2][ax2];
 239             }
 240
 241             while (z < 0)
 242             {
 243                 z += box[axis][axis];
 244             }
 245             while (z > box[axis][axis])
 246             {
 247                 z -= box[axis][axis];
 248             }
 249
 250             slicex = ((int) (x/bbww[XX])) % *xslices;
 251             slicey = ((int) (y/bbww[YY])) % *yslices;
 252             slicez = ((int) (z/bbww[ZZ])) % *zslices;
 253             Densslice[slicex][slicey][slicez] += (top->atoms.atom[index[0][j]].m*dscale);
 254         }
 255
 256         framenr++;
 257
 258         if (framenr % nsttblock == 0)
 259         {
 260             /*Implicit incrementation of Densdevel via renewal of Densslice*/
 261             /*only every nsttblock steps*/
 262             (*tblock)++;
 263         }
 264
 265     }
 266     while (read_next_x(oenv, status, &t, x0, box));
 267
 268
 269     /*Free memory we no longer need and exit.*/
 270     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 271     close_trj(status);
 272
 273     if (0)
 274     {
 275         FILE *fp;
 276         fp = fopen("koko.xvg", "w");
 277         for (j = 0; (j < *zslices); j++)
 278         {
 279             fprintf(fp, "%5d", j);
 280             for (i = 0; (i < *tblock); i++)
 281             {
 282                 fprintf(fp, "  %10g", (*Densdevel)[i][9][1][j]);
 283             }
 284             fprintf(fp, "\n");
 285         }
 286         fclose(fp);
 287     }
 288
 289 }
 290
 291 static void outputfield(const char *fldfn, real ****Densmap,
 292                         int xslices, int yslices, int zslices, int tdim)
 293 {
 294 /*Debug-filename and filehandle*/
 295     FILE *fldH;
 296     int   n, i, j, k;
 297     int   dim[4];
 298     real  totdens = 0;
 299
 300     dim[0] = tdim;
 301     dim[1] = xslices;
 302     dim[2] = yslices;
 303     dim[3] = zslices;
 304
 305     fldH = gmx_ffopen(fldfn, "w");
 306     fwrite(dim, sizeof(int), 4, fldH);
 307     for (n = 0; n < tdim; n++)
 308     {
 309         for (i = 0; i < xslices; i++)
 310         {
 311             for (j = 0; j < yslices; j++)
 312             {
 313                 for (k = 0; k < zslices; k++)
 314                 {
 315                     fwrite(&(Densmap[n][i][j][k]), sizeof(real), 1, fldH);
 316                     totdens += (Densmap[n][i][j][k]);
 317                 }
 318             }
 319         }
 320     }
 321     totdens /= (xslices*yslices*zslices*tdim);
 322     fprintf(stderr, "Total density [kg/m^3]  %8f", totdens);
 323     gmx_ffclose(fldH);
 324 }
 325
 326 static void filterdensmap(real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices, int tblocks, int ftsize)
 327 {
 328     real *kernel;
 329     real  std, var;
 330     int   i, j, n, order;
 331     order = ftsize/2;
 332     std   = ((real)order/2.0);
 333     var   = std*std;
 334     snew(kernel, ftsize);
 335     gausskernel(kernel, ftsize, var);
 336     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 337     {
 338         for (i = 0; i < xslices; i++)
 339         {
 340             for (j = 0; j < yslices; j++)
 341             {
 342                 periodic_convolution(zslices, Densmap[n][i][j], ftsize, kernel);
 343             }
 344         }
 345     }
 346 }
 347
 348
 349
 350
 351 static void interfaces_txy (real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices,
 352                             int tblocks, real binwidth, int method,
 353                             real dens1, real dens2, t_interf ****intf1,
 354                             t_interf ****intf2, const output_env_t oenv)
 355 {
 356     /*Returns two pointers to 3D arrays of t_interf structs containing (position,thickness) of the interface(s)*/
 357     FILE       *xvg;
 358     real       *zDensavg; /* zDensavg[z]*/
 359     int         i, j, k, n;
 360     int         xysize;
 361     int         ndx1, ndx2, *zperm;
 362     real        densmid;
 363     real        splitpoint, startpoint, endpoint;
 364     real       *sigma1, *sigma2;
 365     real        beginfit1[4];
 366     real        beginfit2[4];
 367     real       *fit1 = NULL, *fit2 = NULL;
 368     const real *avgfit1;
 369     const real *avgfit2;
 370     const real  onehalf = 1.00/2.00;
 371     t_interf ***int1    = NULL, ***int2 = NULL; /*Interface matrices [t][x,y] - last index in row-major order*/
 372     /*Create int1(t,xy) and int2(t,xy) arrays with correct number of interf_t elements*/
 373     xysize = xslices*yslices;
 374     snew(int1, tblocks);
 375     snew(int2, tblocks);
 376     for (i = 0; i < tblocks; i++)
 377     {
 378         snew(int1[i], xysize);
 379         snew(int2[i], xysize);
 380         for (j = 0; j < xysize; j++)
 381         {
 382             snew(int1[i][j], 1);
 383             snew(int2[i][j], 1);
 384             init_interf(int1[i][j]);
 385             init_interf(int2[i][j]);
 386         }
 387     }
 388
 389     if (method == methBISECT)
 390     {
 391         densmid = onehalf*(dens1+dens2);
 392         snew(zperm, zslices);
 393         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 394         {
 395             for (i = 0; i < xslices; i++)
 396             {
 397                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 398                 {
 399                     rangeArray(zperm, zslices); /*reset permutation array to identity*/
 400                     /*Binsearch returns slice-nr where the order param is  <= setpoint sgmid*/
 401                     ndx1 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, 0, zslices/2-1, densmid, 1);
 402                     ndx2 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, zslices/2, zslices-1, densmid, -1);
 403
 404                     /* Linear interpolation (for use later if time allows)
 405                      * rho_1s= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]]
 406                      * rho_1e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]] - in worst case might be far off
 407                      * rho_2s =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2+1]]
 408                      * rho_2e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]
 409                      * For 1st interface we have:
 410                        densl= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]];
 411                        densr= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]];
 412                        alpha=(densmid-densl)/(densr-densl);
 413                        deltandx=zperm[ndx1+1]-zperm[ndx1];
 414
 415                        if(debug){
 416                        printf("Alpha, Deltandx  %f %i\n", alpha,deltandx);
 417                        }
 418                        if(abs(alpha)>1.0 || abs(deltandx)>3){
 419                        pos=zperm[ndx1];
 420                        spread=-1;
 421                        }
 422                        else {
 423                        pos=zperm[ndx1]+alpha*deltandx;
 424                        spread=binwidth*deltandx;
 425                        }
 426                      * For the 2nd interface  can use the same formulation, since alpha should become negative ie:
 427                      * alpha=(densmid-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]])/(Densmap[n][i][j][zperm[nxd2+1]]-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]);
 428                      * deltandx=zperm[ndx2+1]-zperm[ndx2];
 429                      * pos=zperm[ndx2]+alpha*deltandx;   */
 430
 431                     /*After filtering we use the direct approach        */
 432                     int1[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx1]+onehalf)*binwidth;
 433                     int1[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 434                     int2[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx2]+onehalf)*binwidth;
 435                     int2[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 436                 }
 437             }
 438         }
 439     }
 440
 441     if (method == methFUNCFIT)
 442     {
 443         /*Assume a box divided in 2 along midpoint of z for starters*/
 444         startpoint = 0.0;
 445         endpoint   = binwidth*zslices;
 446         splitpoint = (startpoint+endpoint)/2.0;
 447         /*Initial fit proposals*/
 448         beginfit1[0] = dens1;
 449         beginfit1[1] = dens2;
 450         beginfit1[2] = (splitpoint/2);
 451         beginfit1[3] = 0.5;
 452
 453         beginfit2[0] = dens2;
 454         beginfit2[1] = dens1;
 455         beginfit2[2] = (3*splitpoint/2);
 456         beginfit2[3] = 0.5;
 457
 458         snew(zDensavg, zslices);
 459         snew(sigma1, zslices);
 460         snew(sigma2, zslices);
 461
 462         for (k = 0; k < zslices; k++)
 463         {
 464             sigma1[k] = sigma2[k] = 1;
 465         }
 466         /*Calculate average density along z - avoid smoothing by using coarse-grained-mesh*/
 467         for (k = 0; k < zslices; k++)
 468         {
 469             for (n = 0; n < tblocks; n++)
 470             {
 471                 for (i = 0; i < xslices; i++)
 472                 {
 473                     for (j = 0; j < yslices; j++)
 474                     {
 475                         zDensavg[k] += (Densmap[n][i][j][k]/(xslices*yslices*tblocks));
 476                     }
 477                 }
 478             }
 479         }
 480
 481         if (debug)
 482         {
 483             xvg = xvgropen("DensprofileonZ.xvg", "Averaged Densityprofile on Z", "z[nm]", "Density[kg/m^3]", oenv);
 484             for (k = 0; k < zslices; k++)
 485             {
 486                 fprintf(xvg, "%4f.3   %8f.4\n", k*binwidth, zDensavg[k]);
 487             }
 488             xvgrclose(xvg);
 489         }
 490
 491         /*Fit average density in z over whole trajectory to obtain tentative fit-parameters in fit1 and fit2*/
 492
 493         /*Fit 1st half of box*/
 494         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit1, 3);
 495         /*Fit 2nd half of box*/
 496         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit2, 3);
 497
 498         /*Initialise the const arrays for storing the average fit parameters*/
 499         avgfit1 = beginfit1;
 500         avgfit2 = beginfit2;
 501
 502
 503
 504         /*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*/
 505         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 506         {
 507             for (i = 0; i < xslices; i++)
 508             {
 509                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 510                 {
 511                     /*Reinitialise fit for each mesh-point*/
 512                     srenew(fit1, 4);
 513                     srenew(fit2, 4);
 514                     for (k = 0; k < 4; k++)
 515                     {
 516                         fit1[k] = avgfit1[k];
 517                         fit2[k] = avgfit2[k];
 518                     }
 519                     /*Now fit and store in structures in row-major order int[n][i][j]*/
 520                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit1, 1);
 521                     int1[n][j+(yslices*i)]->Z = fit1[2];
 522                     int1[n][j+(yslices*i)]->t = fit1[3];
 523                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit2, 2);
 524                     int2[n][j+(yslices*i)]->Z = fit2[2];
 525                     int2[n][j+(yslices*i)]->t = fit2[3];
 526                 }
 527             }
 528         }
 529     }
 530
 531
 532     *intf1 = int1;
 533     *intf2 = int2;
 534
 535 }
 536
 537 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 )
 538 {
 539     char   numbuf[13];
 540     int    n, i, j;
 541     real **profile1, **profile2;
 542     real   max1, max2, min1, min2, *xticks, *yticks;
 543     t_rgb  lo = {0, 0, 0};
 544     t_rgb  hi = {1, 1, 1};
 545     FILE  *xpmfile1, *xpmfile2;
 546
 547 /*Prepare xpm structures for output*/
 548
 549 /*Allocate memory to tick's and matrices*/
 550     snew (xticks, xbins+1);
 551     snew (yticks, ybins+1);
 552
 553     profile1 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 554     profile2 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 555
 556     for (i = 0; i < xbins+1; i++)
 557     {
 558         xticks[i] += bw;
 559     }
 560     for (j = 0; j < ybins+1; j++)
 561     {
 562         yticks[j] += bw;
 563     }
 564
 565     xpmfile1 = gmx_ffopen(outfiles[0], "w");
 566     xpmfile2 = gmx_ffopen(outfiles[1], "w");
 567
 568     max1 = max2 = 0.0;
 569     min1 = min2 = zbins*bwz;
 570
 571     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 572     {
 573         sprintf(numbuf, "tblock: %4i", n);
 574 /*Filling matrices for inclusion in xpm-files*/
 575         for (i = 0; i < xbins; i++)
 576         {
 577             for (j = 0; j < ybins; j++)
 578             {
 579                 profile1[i][j] = (surf1[n][j+ybins*i])->Z;
 580                 profile2[i][j] = (surf2[n][j+ybins*i])->Z;
 581                 /*Finding max and min values*/
 582                 if (profile1[i][j] > max1)
 583                 {
 584                     max1 = profile1[i][j];
 585                 }
 586                 if (profile1[i][j] < min1)
 587                 {
 588                     min1 = profile1[i][j];
 589                 }
 590                 if (profile2[i][j] > max2)
 591                 {
 592                     max2 = profile2[i][j];
 593                 }
 594                 if (profile2[i][j] < min2)
 595                 {
 596                     min2 = profile2[i][j];
 597                 }
 598             }
 599         }
 600
 601         write_xpm(xpmfile1, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile1, min1, max1, lo, hi, &maplevels);
 602         write_xpm(xpmfile2, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile2, min2, max2, lo, hi, &maplevels);
 603     }
 604
 605     gmx_ffclose(xpmfile1);
 606     gmx_ffclose(xpmfile2);
 607
 608
 609     sfree(profile1);
 610     sfree(profile2);
 611     sfree(xticks);
 612     sfree(yticks);
 613 }
 614
 615 static void writeraw(t_interf ***int1, t_interf ***int2, int tblocks,
 616                      int xbins, int ybins, char **fnms,
 617                      const output_env_t oenv)
 618 {
 619     FILE *raw1, *raw2;
 620     int   i, j, n;
 621
 622     raw1 = gmx_ffopen(fnms[0], "w");
 623     raw2 = gmx_ffopen(fnms[1], "w");
 624     try
 625     {
 626         gmx::BinaryInformationSettings settings;
 627         settings.generatedByHeader(true);
 628         settings.linePrefix("# ");
 629         gmx::printBinaryInformation(raw1, output_env_get_program_context(oenv),
 630                                     settings);
 631         gmx::printBinaryInformation(raw2, output_env_get_program_context(oenv),
 632                                     settings);
 633     }
 634     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
 635     fprintf(raw1, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 636     fprintf(raw2, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 637     fprintf(raw1, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 638     fprintf(raw2, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 639     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 640     {
 641         for (i = 0; i < xbins; i++)
 642         {
 643             for (j = 0; j < ybins; j++)
 644             {
 645                 fprintf(raw1, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int1[n][j+ybins*i])->Z, (int1[n][j+ybins*i])->t);
 646                 fprintf(raw2, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int2[n][j+ybins*i])->Z, (int2[n][j+ybins*i])->t);
 647             }
 648         }
 649     }
 650
 651     gmx_ffclose(raw1);
 652     gmx_ffclose(raw2);
 653 }
 654
 655
 656
 657 int gmx_densorder(int argc, char *argv[])
 658 {
 659     static const char *desc[] = {
 660         "[THISMODULE] reduces a two-phase density distribution",
 661         "along an axis, computed over a MD trajectory,",
 662         "to 2D surfaces fluctuating in time, by a fit to",
 663         "a functional profile for interfacial densities.",
 664         "A time-averaged spatial representation of the",
 665         "interfaces can be output with the option [TT]-tavg[tt]."
 666     };
 667
 668     /* Extra arguments - but note how you always get the begin/end
 669      * options when running the program, without mentioning them here!
 670      */
 671
 672     output_env_t       oenv;
 673     t_topology        *top;
 674     char             **grpname;
 675     int                ePBC, *ngx;
 676     static real        binw      = 0.2;
 677     static real        binwz     = 0.05;
 678     static real        dens1     = 0.00;
 679     static real        dens2     = 1000.00;
 680     static int         ftorder   = 0;
 681     static int         nsttblock = 100;
 682     static int         axis      = 2;
 683     static const char *axtitle   = "Z";
 684     atom_id          **index; /* Index list for single group*/
 685     int                xslices, yslices, zslices, tblock;
 686     static gmx_bool    bGraph   = FALSE;
 687     static gmx_bool    bCenter  = FALSE;
 688     static gmx_bool    bFourier = FALSE;
 689     static gmx_bool    bRawOut  = FALSE;
 690     static gmx_bool    bOut     = FALSE;
 691     static gmx_bool    b1d      = FALSE;
 692     static int         nlevels  = 100;
 693     /*Densitymap - Densmap[t][x][y][z]*/
 694     real           ****Densmap = NULL;
 695     /* Surfaces surf[t][surf_x,surf_y]*/
 696     t_interf        ***surf1, ***surf2;
 697
 698     static const char *meth[] = {NULL, "bisect", "functional", NULL};
 699     int                eMeth;
 700
 701     char             **graphfiles, **rawfiles, **spectra; /* Filenames for xpm-surface maps, rawdata and powerspectra */
 702     int                nfxpm = -1, nfraw, nfspect;        /* # files for interface maps and spectra = # interfaces */
 703
 704     t_pargs            pa[] = {
 705         { "-1d", FALSE, etBOOL, {&b1d},
 706           "Pseudo-1d interface geometry"},
 707         { "-bw", FALSE, etREAL, {&binw},
 708           "Binwidth of density distribution tangential to interface"},
 709         { "-bwn", FALSE, etREAL, {&binwz},
 710           "Binwidth of density distribution normal to interface"},
 711         { "-order", FALSE, etINT, {&ftorder},
 712           "Order of Gaussian filter, order 0 equates to NO filtering"},
 713         {"-axis", FALSE, etSTR, {&axtitle},
 714          "Axis Direction - X, Y or Z"},
 715         {"-method", FALSE, etENUM, {meth},
 716          "Interface location method"},
 717         {"-d1", FALSE, etREAL, {&dens1},
 718          "Bulk density phase 1 (at small z)"},
 719         {"-d2", FALSE, etREAL, {&dens2},
 720          "Bulk density phase 2 (at large z)"},
 721         { "-tblock", FALSE, etINT, {&nsttblock},
 722           "Number of frames in one time-block average"},
 723         { "-nlevel", FALSE, etINT, {&nlevels},
 724           "Number of Height levels in 2D - XPixMaps"}
 725     };
 726
 727
 728     t_filenm fnm[] = {
 729         { efTPR, "-s",  NULL, ffREAD },               /* this is for the topology */
 730         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },                /* and this for the trajectory */
 731         { efNDX, "-n", NULL, ffREAD},                 /* this is to select groups */
 732         { efDAT, "-o", "Density4D", ffOPTWR},         /* This is for outputting the entire 4D densityfield in binary format */
 733         { efOUT, "-or", NULL, ffOPTWRMULT},           /* This is for writing out the entire information in the t_interf arrays */
 734         { efXPM, "-og", "interface", ffOPTWRMULT},    /* This is for writing out the interface meshes - one xpm-file per tblock*/
 735         { efOUT, "-Spect", "intfspect", ffOPTWRMULT}, /* This is for the trajectory averaged Fourier-spectra*/
 736     };
 737
 738 #define NFILE asize(fnm)
 739
 740     /* This is the routine responsible for adding default options,
 741      * calling the X/motif interface, etc. */
 742     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_CAN_VIEW,
 743                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 744     {
 745         return 0;
 746     }
 747
 748
 749     eMeth    = nenum(meth);
 750     bFourier = opt2bSet("-Spect", NFILE, fnm);
 751     bRawOut  = opt2bSet("-or", NFILE, fnm);
 752     bGraph   = opt2bSet("-og", NFILE, fnm);
 753     bOut     = opt2bSet("-o", NFILE, fnm);
 754     top      = read_top(ftp2fn(efTPR, NFILE, fnm), &ePBC);
 755     snew(grpname, 1);
 756     snew(index, 1);
 757     snew(ngx, 1);
 758
 759 /* Calculate axis */
 760     axis = toupper(axtitle[0]) - 'X';
 761
 762     get_index(&top->atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, ngx, index, grpname);
 763
 764     density_in_time(ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), index, ngx, binw, binwz, nsttblock, &Densmap, &xslices, &yslices, &zslices, &tblock, top, ePBC, axis, bCenter, b1d, oenv);
 765
 766     if (ftorder > 0)
 767     {
 768         filterdensmap(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, 2*ftorder+1);
 769     }
 770
 771     if (bOut)
 772     {
 773         outputfield(opt2fn("-o", NFILE, fnm), Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock);
 774     }
 775
 776     interfaces_txy(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, binwz, eMeth, dens1, dens2, &surf1, &surf2, oenv);
 777
 778     if (bGraph)
 779     {
 780
 781         /*Output surface-xpms*/
 782         nfxpm = opt2fns(&graphfiles, "-og", NFILE, fnm);
 783         if (nfxpm != 2)
 784         {
 785             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 786         }
 787         writesurftoxpms(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, zslices, binw, binwz, graphfiles, zslices);
 788     }
 789
 790
 791
 792
 793
 794 /*Output raw-data*/
 795     if (bRawOut)
 796     {
 797         nfraw = opt2fns(&rawfiles, "-or", NFILE, fnm);
 798         if (nfraw != 2)
 799         {
 800             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 801         }
 802         writeraw(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, rawfiles, oenv);
 803     }
 804
 805
 806
 807     if (bFourier)
 808     {
 809         nfspect = opt2fns(&spectra, "-Spect", NFILE, fnm);
 810         if (nfspect != 2)
 811         {
 812             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-file-series: %d",
 813                       nfspect);
 814         }
 815         powerspectavg_intf(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, spectra);
 816     }
 817
 818     sfree(Densmap);
 819     if (bGraph || bFourier || bRawOut)
 820     {
 821         sfree(surf1);
 822         sfree(surf2);
 823     }
 824
 825     return 0;
 826 }