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