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 "config.h"
  38
  39 #include <ctype.h>
  40 #include <math.h>
  41 #include <string.h>
  42
  43 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  44 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  46 #include "gstat.h"
  47 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  48 #include "gromacs/utility/futil.h"
  49 #include "gromacs/topology/index.h"
  50 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  51 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  52 #include "gromacs/math/units.h"
  53 #include "dens_filter.h"
  54 #include "binsearch.h"
  55 #include "powerspect.h"
  56 #include "gmx_ana.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
  58
  59 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  60 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  61 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  62 #include "gromacs/math/vec.h"
  63 #include "gromacs/pbcutil/rmpbc.h"
  64 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  65 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  66 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  67
  68 #ifdef GMX_DOUBLE
  69 #define FLOOR(x) ((int) floor(x))
  70 #else
  71 #define FLOOR(x) ((int) floorf(x))
  72 #endif
  73
  74 enum {
  75     methSEL, methBISECT, methFUNCFIT, methNR
  76 };
  77
  78 static void center_coords(t_atoms *atoms, matrix box, rvec x0[], int axis)
  79 {
  80     int  i, m;
  81     real tmass, mm;
  82     rvec com, shift, box_center;
  83
  84     tmass = 0;
  85     clear_rvec(com);
  86     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
  87     {
  88         mm     = atoms->atom[i].m;
  89         tmass += mm;
  90         for (m = 0; (m < DIM); m++)
  91         {
  92             com[m] += mm*x0[i][m];
  93         }
  94     }
  95     for (m = 0; (m < DIM); m++)
  96     {
  97         com[m] /= tmass;
  98     }
  99     calc_box_center(ecenterDEF, box, box_center);
 100     rvec_sub(box_center, com, shift);
 101     shift[axis] -= box_center[axis];
 102
 103     for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
 104     {
 105         rvec_dec(x0[i], shift);
 106     }
 107 }
 108
 109
 110 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)
 111
 112 {
 113 /*
 114  * *****Densdevel pointer to array of density values in slices and frame-blocks Densdevel[*nsttblock][*xslices][*yslices][*zslices]
 115  * Densslice[x][y][z]
 116  * nsttblock - nr of frames in each time-block
 117  * bw  widths of normal slices
 118  *
 119  * axis  - axis direction (normal to slices)
 120  * nndx - number ot atoms in **index
 121  * grpn  - group number in index
 122  */
 123     t_trxstatus *status;
 124     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 125     matrix       box;                    /* Box - 3x3 -each step*/
 126     rvec        *x0;                     /* List of Coord without PBC*/
 127     int          i, j,                   /* loop indices, checks etc*/
 128                  ax1     = 0, ax2 = 0,   /* tangent directions */
 129                  framenr = 0,            /* frame number in trajectory*/
 130                  slicex, slicey, slicez; /*slice # of x y z position */
 131     real ***Densslice = NULL;            /* Density-slice in one frame*/
 132     real    dscale;                      /*physical scaling factor*/
 133     real    t, x, y, z;                  /* time and coordinates*/
 134     rvec    bbww;
 135
 136     *tblock = 0; /* blocknr in block average - initialise to 0*/
 137     /* Axis: X=0, Y=1,Z=2 */
 138     switch (axis)
 139     {
 140         case 0:
 141             ax1 = YY; ax2 = ZZ; /*Surface: YZ*/
 142             break;
 143         case 1:
 144             ax1 = ZZ; ax2 = XX; /* Surface : XZ*/
 145             break;
 146         case 2:
 147             ax1 = XX; ax2 = YY; /* Surface XY*/
 148             break;
 149         default:
 150             gmx_fatal(FARGS, "Invalid axes. Terminating\n");
 151     }
 152
 153     if (read_first_x(oenv, &status, fn, &t, &x0, box) == 0)
 154     {
 155         gmx_fatal(FARGS, "Could not read coordinates from file"); /* Open trajectory for read*/
 156
 157
 158     }
 159     *zslices = 1+FLOOR(box[axis][axis]/bwz);
 160     *yslices = 1+FLOOR(box[ax2][ax2]/bw);
 161     *xslices = 1+FLOOR(box[ax1][ax1]/bw);
 162     if (bps1d)
 163     {
 164         if (*xslices < *yslices)
 165         {
 166             *xslices = 1;
 167         }
 168         else
 169         {
 170             *yslices = 1;
 171         }
 172     }
 173     fprintf(stderr,
 174             "\nDividing the box in %5d x %5d x %5d slices with binw %f along axis %d\n", *xslices, *yslices, *zslices, bw, axis );
 175
 176
 177     /****Start trajectory processing***/
 178
 179     /*Initialize Densdevel and PBC-remove*/
 180     gpbc = gmx_rmpbc_init(&top->idef, ePBC, top->atoms.nr);
 181
 182     *Densdevel = NULL;
 183
 184     do
 185     {
 186         bbww[XX] = box[ax1][ax1]/ *xslices;
 187         bbww[YY] = box[ax2][ax2]/ *yslices;
 188         bbww[ZZ] = box[axis][axis]/ *zslices;
 189         gmx_rmpbc(gpbc, top->atoms.nr, box, x0);
 190         /*Reset Densslice every nsttblock steps*/
 191         /* The first conditional is for clang to understand that this branch is
 192          * always taken the first time. */
 193         if (Densslice == NULL || framenr % nsttblock == 0)
 194         {
 195             snew(Densslice, *xslices);
 196             for (i = 0; i < *xslices; i++)
 197             {
 198                 snew(Densslice[i], *yslices);
 199                 for (j = 0; j < *yslices; j++)
 200                 {
 201                     snew(Densslice[i][j], *zslices);
 202                 }
 203             }
 204
 205             /* Allocate Memory to  extra frame in Densdevel -  rather stupid approach:
 206              * A single frame each time, although only every nsttblock steps.
 207              */
 208             srenew(*Densdevel, *tblock+1);
 209             (*Densdevel)[*tblock] = Densslice;
 210         }
 211
 212         dscale = (*xslices)*(*yslices)*(*zslices)*AMU/ (box[ax1][ax1]*box[ax2][ax2]*box[axis][axis]*nsttblock*(NANO*NANO*NANO));
 213
 214         if (bCenter)
 215         {
 216             center_coords(&top->atoms, box, x0, axis);
 217         }
 218
 219
 220         for (j = 0; j < gnx[0]; j++)
 221         {   /*Loop over all atoms in selected index*/
 222             x = x0[index[0][j]][ax1];
 223             y = x0[index[0][j]][ax2];
 224             z = x0[index[0][j]][axis];
 225             while (x < 0)
 226             {
 227                 x += box[ax1][ax1];
 228             }
 229             while (x > box[ax1][ax1])
 230             {
 231                 x -= box[ax1][ax1];
 232             }
 233
 234             while (y < 0)
 235             {
 236                 y += box[ax2][ax2];
 237             }
 238             while (y > box[ax2][ax2])
 239             {
 240                 y -= box[ax2][ax2];
 241             }
 242
 243             while (z < 0)
 244             {
 245                 z += box[axis][axis];
 246             }
 247             while (z > box[axis][axis])
 248             {
 249                 z -= box[axis][axis];
 250             }
 251
 252             slicex = ((int) (x/bbww[XX])) % *xslices;
 253             slicey = ((int) (y/bbww[YY])) % *yslices;
 254             slicez = ((int) (z/bbww[ZZ])) % *zslices;
 255             Densslice[slicex][slicey][slicez] += (top->atoms.atom[index[0][j]].m*dscale);
 256         }
 257
 258         framenr++;
 259
 260         if (framenr % nsttblock == 0)
 261         {
 262             /*Implicit incrementation of Densdevel via renewal of Densslice*/
 263             /*only every nsttblock steps*/
 264             (*tblock)++;
 265         }
 266
 267     }
 268     while (read_next_x(oenv, status, &t, x0, box));
 269
 270
 271     /*Free memory we no longer need and exit.*/
 272     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 273     close_trj(status);
 274
 275     if (0)
 276     {
 277         FILE *fp;
 278         fp = fopen("koko.xvg", "w");
 279         for (j = 0; (j < *zslices); j++)
 280         {
 281             fprintf(fp, "%5d", j);
 282             for (i = 0; (i < *tblock); i++)
 283             {
 284                 fprintf(fp, "  %10g", (*Densdevel)[i][9][1][j]);
 285             }
 286             fprintf(fp, "\n");
 287         }
 288         fclose(fp);
 289     }
 290
 291 }
 292
 293 static void outputfield(const char *fldfn, real ****Densmap,
 294                         int xslices, int yslices, int zslices, int tdim)
 295 {
 296 /*Debug-filename and filehandle*/
 297     FILE *fldH;
 298     int   n, i, j, k;
 299     int   dim[4];
 300     real  totdens = 0;
 301
 302     dim[0] = tdim;
 303     dim[1] = xslices;
 304     dim[2] = yslices;
 305     dim[3] = zslices;
 306
 307     fldH = gmx_ffopen(fldfn, "w");
 308     fwrite(dim, sizeof(int), 4, fldH);
 309     for (n = 0; n < tdim; n++)
 310     {
 311         for (i = 0; i < xslices; i++)
 312         {
 313             for (j = 0; j < yslices; j++)
 314             {
 315                 for (k = 0; k < zslices; k++)
 316                 {
 317                     fwrite(&(Densmap[n][i][j][k]), sizeof(real), 1, fldH);
 318                     totdens += (Densmap[n][i][j][k]);
 319                 }
 320             }
 321         }
 322     }
 323     totdens /= (xslices*yslices*zslices*tdim);
 324     fprintf(stderr, "Total density [kg/m^3]  %8f", totdens);
 325     gmx_ffclose(fldH);
 326 }
 327
 328 static void filterdensmap(real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices, int tblocks, int ftsize)
 329 {
 330     real *kernel;
 331     real  std, var;
 332     int   i, j, n, order;
 333     order = ftsize/2;
 334     std   = ((real)order/2.0);
 335     var   = std*std;
 336     snew(kernel, ftsize);
 337     gausskernel(kernel, ftsize, var);
 338     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 339     {
 340         for (i = 0; i < xslices; i++)
 341         {
 342             for (j = 0; j < yslices; j++)
 343             {
 344                 periodic_convolution(zslices, Densmap[n][i][j], ftsize, kernel);
 345             }
 346         }
 347     }
 348 }
 349
 350
 351
 352
 353 static void interfaces_txy (real ****Densmap, int xslices, int yslices, int zslices,
 354                             int tblocks, real binwidth, int method,
 355                             real dens1, real dens2, t_interf ****intf1,
 356                             t_interf ****intf2, const output_env_t oenv)
 357 {
 358     /*Returns two pointers to 3D arrays of t_interf structs containing (position,thickness) of the interface(s)*/
 359     FILE       *xvg;
 360     real       *zDensavg; /* zDensavg[z]*/
 361     int         i, j, k, n;
 362     int         xysize;
 363     int         ndx1, ndx2, *zperm;
 364     real        densmid;
 365     real        splitpoint, startpoint, endpoint;
 366     real       *sigma1, *sigma2;
 367     real        beginfit1[4];
 368     real        beginfit2[4];
 369     real       *fit1 = NULL, *fit2 = NULL;
 370     const real *avgfit1;
 371     const real *avgfit2;
 372     const real  onehalf = 1.00/2.00;
 373     t_interf ***int1    = NULL, ***int2 = NULL; /*Interface matrices [t][x,y] - last index in row-major order*/
 374     /*Create int1(t,xy) and int2(t,xy) arrays with correct number of interf_t elements*/
 375     xysize = xslices*yslices;
 376     snew(int1, tblocks);
 377     snew(int2, tblocks);
 378     for (i = 0; i < tblocks; i++)
 379     {
 380         snew(int1[i], xysize);
 381         snew(int2[i], xysize);
 382         for (j = 0; j < xysize; j++)
 383         {
 384             snew(int1[i][j], 1);
 385             snew(int2[i][j], 1);
 386             init_interf(int1[i][j]);
 387             init_interf(int2[i][j]);
 388         }
 389     }
 390
 391     if (method == methBISECT)
 392     {
 393         densmid = onehalf*(dens1+dens2);
 394         snew(zperm, zslices);
 395         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 396         {
 397             for (i = 0; i < xslices; i++)
 398             {
 399                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 400                 {
 401                     rangeArray(zperm, zslices); /*reset permutation array to identity*/
 402                     /*Binsearch returns slice-nr where the order param is  <= setpoint sgmid*/
 403                     ndx1 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, 0, zslices/2-1, densmid, 1);
 404                     ndx2 = start_binsearch(Densmap[n][i][j], zperm, zslices/2, zslices-1, densmid, -1);
 405
 406                     /* Linear interpolation (for use later if time allows)
 407                      * rho_1s= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]]
 408                      * rho_1e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]] - in worst case might be far off
 409                      * rho_2s =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2+1]]
 410                      * rho_2e =Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]
 411                      * For 1st interface we have:
 412                        densl= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1]];
 413                        densr= Densmap[n][i][j][zperm[ndx1+1]];
 414                        alpha=(densmid-densl)/(densr-densl);
 415                        deltandx=zperm[ndx1+1]-zperm[ndx1];
 416
 417                        if(debug){
 418                        printf("Alpha, Deltandx  %f %i\n", alpha,deltandx);
 419                        }
 420                        if(abs(alpha)>1.0 || abs(deltandx)>3){
 421                        pos=zperm[ndx1];
 422                        spread=-1;
 423                        }
 424                        else {
 425                        pos=zperm[ndx1]+alpha*deltandx;
 426                        spread=binwidth*deltandx;
 427                        }
 428                      * For the 2nd interface  can use the same formulation, since alpha should become negative ie:
 429                      * alpha=(densmid-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]])/(Densmap[n][i][j][zperm[nxd2+1]]-Densmap[n][i][j][zperm[ndx2]]);
 430                      * deltandx=zperm[ndx2+1]-zperm[ndx2];
 431                      * pos=zperm[ndx2]+alpha*deltandx;   */
 432
 433                     /*After filtering we use the direct approach        */
 434                     int1[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx1]+onehalf)*binwidth;
 435                     int1[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 436                     int2[n][j+(i*yslices)]->Z = (zperm[ndx2]+onehalf)*binwidth;
 437                     int2[n][j+(i*yslices)]->t = binwidth;
 438                 }
 439             }
 440         }
 441     }
 442
 443     if (method == methFUNCFIT)
 444     {
 445         /*Assume a box divided in 2 along midpoint of z for starters*/
 446         startpoint = 0.0;
 447         endpoint   = binwidth*zslices;
 448         splitpoint = (startpoint+endpoint)/2.0;
 449         /*Initial fit proposals*/
 450         beginfit1[0] = dens1;
 451         beginfit1[1] = dens2;
 452         beginfit1[2] = (splitpoint/2);
 453         beginfit1[3] = 0.5;
 454
 455         beginfit2[0] = dens2;
 456         beginfit2[1] = dens1;
 457         beginfit2[2] = (3*splitpoint/2);
 458         beginfit2[3] = 0.5;
 459
 460         snew(zDensavg, zslices);
 461         snew(sigma1, zslices);
 462         snew(sigma2, zslices);
 463
 464         for (k = 0; k < zslices; k++)
 465         {
 466             sigma1[k] = sigma2[k] = 1;
 467         }
 468         /*Calculate average density along z - avoid smoothing by using coarse-grained-mesh*/
 469         for (k = 0; k < zslices; k++)
 470         {
 471             for (n = 0; n < tblocks; n++)
 472             {
 473                 for (i = 0; i < xslices; i++)
 474                 {
 475                     for (j = 0; j < yslices; j++)
 476                     {
 477                         zDensavg[k] += (Densmap[n][i][j][k]/(xslices*yslices*tblocks));
 478                     }
 479                 }
 480             }
 481         }
 482
 483         if (debug)
 484         {
 485             xvg = xvgropen("DensprofileonZ.xvg", "Averaged Densityprofile on Z", "z[nm]", "Density[kg/m^3]", oenv);
 486             for (k = 0; k < zslices; k++)
 487             {
 488                 fprintf(xvg, "%4f.3   %8f.4\n", k*binwidth, zDensavg[k]);
 489             }
 490             xvgrclose(xvg);
 491         }
 492
 493         /*Fit average density in z over whole trajectory to obtain tentative fit-parameters in fit1 and fit2*/
 494
 495         /*Fit 1st half of box*/
 496         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit1, 3);
 497         /*Fit 2nd half of box*/
 498         do_lmfit(zslices, zDensavg, sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, beginfit2, 3);
 499
 500         /*Initialise the const arrays for storing the average fit parameters*/
 501         avgfit1 = beginfit1;
 502         avgfit2 = beginfit2;
 503
 504
 505
 506         /*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*/
 507         for (n = 0; n < tblocks; n++)
 508         {
 509             for (i = 0; i < xslices; i++)
 510             {
 511                 for (j = 0; j < yslices; j++)
 512                 {
 513                     /*Reinitialise fit for each mesh-point*/
 514                     srenew(fit1, 4);
 515                     srenew(fit2, 4);
 516                     for (k = 0; k < 4; k++)
 517                     {
 518                         fit1[k] = avgfit1[k];
 519                         fit2[k] = avgfit2[k];
 520                     }
 521                     /*Now fit and store in structures in row-major order int[n][i][j]*/
 522                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma1, binwidth, NULL, startpoint, splitpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit1, 1);
 523                     int1[n][j+(yslices*i)]->Z = fit1[2];
 524                     int1[n][j+(yslices*i)]->t = fit1[3];
 525                     do_lmfit(zslices, Densmap[n][i][j], sigma2, binwidth, NULL, splitpoint, endpoint, oenv, FALSE, effnERF, fit2, 2);
 526                     int2[n][j+(yslices*i)]->Z = fit2[2];
 527                     int2[n][j+(yslices*i)]->t = fit2[3];
 528                 }
 529             }
 530         }
 531     }
 532
 533
 534     *intf1 = int1;
 535     *intf2 = int2;
 536
 537 }
 538
 539 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 )
 540 {
 541     char   numbuf[13];
 542     int    n, i, j;
 543     real **profile1, **profile2;
 544     real   max1, max2, min1, min2, *xticks, *yticks;
 545     t_rgb  lo = {0, 0, 0};
 546     t_rgb  hi = {1, 1, 1};
 547     FILE  *xpmfile1, *xpmfile2;
 548
 549 /*Prepare xpm structures for output*/
 550
 551 /*Allocate memory to tick's and matrices*/
 552     snew (xticks, xbins+1);
 553     snew (yticks, ybins+1);
 554
 555     profile1 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 556     profile2 = mk_matrix(xbins, ybins, FALSE);
 557
 558     for (i = 0; i < xbins+1; i++)
 559     {
 560         xticks[i] += bw;
 561     }
 562     for (j = 0; j < ybins+1; j++)
 563     {
 564         yticks[j] += bw;
 565     }
 566
 567     xpmfile1 = gmx_ffopen(outfiles[0], "w");
 568     xpmfile2 = gmx_ffopen(outfiles[1], "w");
 569
 570     max1 = max2 = 0.0;
 571     min1 = min2 = zbins*bwz;
 572
 573     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 574     {
 575         sprintf(numbuf, "tblock: %4i", n);
 576 /*Filling matrices for inclusion in xpm-files*/
 577         for (i = 0; i < xbins; i++)
 578         {
 579             for (j = 0; j < ybins; j++)
 580             {
 581                 profile1[i][j] = (surf1[n][j+ybins*i])->Z;
 582                 profile2[i][j] = (surf2[n][j+ybins*i])->Z;
 583                 /*Finding max and min values*/
 584                 if (profile1[i][j] > max1)
 585                 {
 586                     max1 = profile1[i][j];
 587                 }
 588                 if (profile1[i][j] < min1)
 589                 {
 590                     min1 = profile1[i][j];
 591                 }
 592                 if (profile2[i][j] > max2)
 593                 {
 594                     max2 = profile2[i][j];
 595                 }
 596                 if (profile2[i][j] < min2)
 597                 {
 598                     min2 = profile2[i][j];
 599                 }
 600             }
 601         }
 602
 603         write_xpm(xpmfile1, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile1, min1, max1, lo, hi, &maplevels);
 604         write_xpm(xpmfile2, 3, numbuf, "Height", "x[nm]", "y[nm]", xbins, ybins, xticks, yticks, profile2, min2, max2, lo, hi, &maplevels);
 605     }
 606
 607     gmx_ffclose(xpmfile1);
 608     gmx_ffclose(xpmfile2);
 609
 610
 611     sfree(profile1);
 612     sfree(profile2);
 613     sfree(xticks);
 614     sfree(yticks);
 615 }
 616
 617 static void writeraw(t_interf ***int1, t_interf ***int2, int tblocks,
 618                      int xbins, int ybins, char **fnms,
 619                      const output_env_t oenv)
 620 {
 621     FILE *raw1, *raw2;
 622     int   i, j, n;
 623
 624     raw1 = gmx_ffopen(fnms[0], "w");
 625     raw2 = gmx_ffopen(fnms[1], "w");
 626     try
 627     {
 628         gmx::BinaryInformationSettings settings;
 629         settings.generatedByHeader(true);
 630         settings.linePrefix("# ");
 631         gmx::printBinaryInformation(raw1, output_env_get_program_context(oenv),
 632                                     settings);
 633         gmx::printBinaryInformation(raw2, output_env_get_program_context(oenv),
 634                                     settings);
 635     }
 636     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
 637     fprintf(raw1, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 638     fprintf(raw2, "# Legend: nt nx ny\n# Xbin Ybin Z t\n");
 639     fprintf(raw1, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 640     fprintf(raw2, "%i %i %i\n", tblocks, xbins, ybins);
 641     for (n = 0; n < tblocks; n++)
 642     {
 643         for (i = 0; i < xbins; i++)
 644         {
 645             for (j = 0; j < ybins; j++)
 646             {
 647                 fprintf(raw1, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int1[n][j+ybins*i])->Z, (int1[n][j+ybins*i])->t);
 648                 fprintf(raw2, "%i  %i  %8.5f  %6.4f\n", i, j, (int2[n][j+ybins*i])->Z, (int2[n][j+ybins*i])->t);
 649             }
 650         }
 651     }
 652
 653     gmx_ffclose(raw1);
 654     gmx_ffclose(raw2);
 655 }
 656
 657
 658
 659 int gmx_densorder(int argc, char *argv[])
 660 {
 661     static const char *desc[] = {
 662         "[THISMODULE] reduces a two-phase density distribution",
 663         "along an axis, computed over a MD trajectory,",
 664         "to 2D surfaces fluctuating in time, by a fit to",
 665         "a functional profile for interfacial densities.",
 666         "A time-averaged spatial representation of the",
 667         "interfaces can be output with the option [TT]-tavg[tt]."
 668     };
 669
 670     /* Extra arguments - but note how you always get the begin/end
 671      * options when running the program, without mentioning them here!
 672      */
 673
 674     output_env_t       oenv;
 675     t_topology        *top;
 676     char             **grpname;
 677     int                ePBC, *ngx;
 678     static real        binw      = 0.2;
 679     static real        binwz     = 0.05;
 680     static real        dens1     = 0.00;
 681     static real        dens2     = 1000.00;
 682     static int         ftorder   = 0;
 683     static int         nsttblock = 100;
 684     static int         axis      = 2;
 685     static const char *axtitle   = "Z";
 686     atom_id          **index; /* Index list for single group*/
 687     int                xslices, yslices, zslices, tblock;
 688     static gmx_bool    bGraph   = FALSE;
 689     static gmx_bool    bCenter  = FALSE;
 690     static gmx_bool    bFourier = FALSE;
 691     static gmx_bool    bRawOut  = FALSE;
 692     static gmx_bool    bOut     = FALSE;
 693     static gmx_bool    b1d      = FALSE;
 694     static int         nlevels  = 100;
 695     /*Densitymap - Densmap[t][x][y][z]*/
 696     real           ****Densmap = NULL;
 697     /* Surfaces surf[t][surf_x,surf_y]*/
 698     t_interf        ***surf1, ***surf2;
 699
 700     static const char *meth[] = {NULL, "bisect", "functional", NULL};
 701     int                eMeth;
 702
 703     char             **graphfiles, **rawfiles, **spectra; /* Filenames for xpm-surface maps, rawdata and powerspectra */
 704     int                nfxpm = -1, nfraw, nfspect;        /* # files for interface maps and spectra = # interfaces */
 705
 706     t_pargs            pa[] = {
 707         { "-1d", FALSE, etBOOL, {&b1d},
 708           "Pseudo-1d interface geometry"},
 709         { "-bw", FALSE, etREAL, {&binw},
 710           "Binwidth of density distribution tangential to interface"},
 711         { "-bwn", FALSE, etREAL, {&binwz},
 712           "Binwidth of density distribution normal to interface"},
 713         { "-order", FALSE, etINT, {&ftorder},
 714           "Order of Gaussian filter, order 0 equates to NO filtering"},
 715         {"-axis", FALSE, etSTR, {&axtitle},
 716          "Axis Direction - X, Y or Z"},
 717         {"-method", FALSE, etENUM, {meth},
 718          "Interface location method"},
 719         {"-d1", FALSE, etREAL, {&dens1},
 720          "Bulk density phase 1 (at small z)"},
 721         {"-d2", FALSE, etREAL, {&dens2},
 722          "Bulk density phase 2 (at large z)"},
 723         { "-tblock", FALSE, etINT, {&nsttblock},
 724           "Number of frames in one time-block average"},
 725         { "-nlevel", FALSE, etINT, {&nlevels},
 726           "Number of Height levels in 2D - XPixMaps"}
 727     };
 728
 729
 730     t_filenm fnm[] = {
 731         { efTPX, "-s",  NULL, ffREAD },               /* this is for the topology */
 732         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },                /* and this for the trajectory */
 733         { efNDX, "-n", NULL, ffREAD},                 /* this is to select groups */
 734         { efDAT, "-o", "Density4D", ffOPTWR},         /* This is for outputting the entire 4D densityfield in binary format */
 735         { efOUT, "-or", NULL, ffOPTWRMULT},           /* This is for writing out the entire information in the t_interf arrays */
 736         { efXPM, "-og", "interface", ffOPTWRMULT},    /* This is for writing out the interface meshes - one xpm-file per tblock*/
 737         { efOUT, "-Spect", "intfspect", ffOPTWRMULT}, /* This is for the trajectory averaged Fourier-spectra*/
 738     };
 739
 740 #define NFILE asize(fnm)
 741
 742     /* This is the routine responsible for adding default options,
 743      * calling the X/motif interface, etc. */
 744     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_CAN_VIEW,
 745                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 746     {
 747         return 0;
 748     }
 749
 750
 751     eMeth    = nenum(meth);
 752     bFourier = opt2bSet("-Spect", NFILE, fnm);
 753     bRawOut  = opt2bSet("-or", NFILE, fnm);
 754     bGraph   = opt2bSet("-og", NFILE, fnm);
 755     bOut     = opt2bSet("-o", NFILE, fnm);
 756     top      = read_top(ftp2fn(efTPX, NFILE, fnm), &ePBC);
 757     snew(grpname, 1);
 758     snew(index, 1);
 759     snew(ngx, 1);
 760
 761 /* Calculate axis */
 762     axis = toupper(axtitle[0]) - 'X';
 763
 764     get_index(&top->atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, ngx, index, grpname);
 765
 766     density_in_time(ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), index, ngx, binw, binwz, nsttblock, &Densmap, &xslices, &yslices, &zslices, &tblock, top, ePBC, axis, bCenter, b1d, oenv);
 767
 768     if (ftorder > 0)
 769     {
 770         filterdensmap(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, 2*ftorder+1);
 771     }
 772
 773     if (bOut)
 774     {
 775         outputfield(opt2fn("-o", NFILE, fnm), Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock);
 776     }
 777
 778     interfaces_txy(Densmap, xslices, yslices, zslices, tblock, binwz, eMeth, dens1, dens2, &surf1, &surf2, oenv);
 779
 780     if (bGraph)
 781     {
 782
 783         /*Output surface-xpms*/
 784         nfxpm = opt2fns(&graphfiles, "-og", NFILE, fnm);
 785         if (nfxpm != 2)
 786         {
 787             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 788         }
 789         writesurftoxpms(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, zslices, binw, binwz, graphfiles, zslices);
 790     }
 791
 792
 793
 794
 795
 796 /*Output raw-data*/
 797     if (bRawOut)
 798     {
 799         nfraw = opt2fns(&rawfiles, "-or", NFILE, fnm);
 800         if (nfraw != 2)
 801         {
 802             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-files: %d", nfxpm);
 803         }
 804         writeraw(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, rawfiles, oenv);
 805     }
 806
 807
 808
 809     if (bFourier)
 810     {
 811         nfspect = opt2fns(&spectra, "-Spect", NFILE, fnm);
 812         if (nfspect != 2)
 813         {
 814             gmx_fatal(FARGS, "No or not correct number (2) of output-file-series: %d",
 815                       nfspect);
 816         }
 817         powerspectavg_intf(surf1, surf2, tblock, xslices, yslices, spectra);
 818     }
 819
 820     sfree(Densmap);
 821     if (bGraph || bFourier || bRawOut)
 822     {
 823         sfree(surf1);
 824         sfree(surf2);
 825     }
 826
 827     return 0;
 828 }