src/gromacs/gmxana/gmx_rotacf.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <string.h>
  41
  42 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  43 #include "gromacs/utility/futil.h"
  44 #include "gromacs/topology/index.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  46 #include "gstat.h"
  47 #include "gromacs/math/vec.h"
  48 #include "gromacs/legacyheaders/viewit.h"
  49 #include "gmx_ana.h"
  50 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  51
  52 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  53 #include "gromacs/pbcutil/rmpbc.h"
  54 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  55 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  56
  57 int gmx_rotacf(int argc, char *argv[])
  58 {
  59     const char     *desc[] = {
  60         "[THISMODULE] calculates the rotational correlation function",
  61         "for molecules. Atom triplets (i,j,k) must be given in the index",
  62         "file, defining two vectors ij and jk. The rotational ACF",
  63         "is calculated as the autocorrelation function of the vector",
  64         "n = ij x jk, i.e. the cross product of the two vectors.",
  65         "Since three atoms span a plane, the order of the three atoms",
  66         "does not matter. Optionally, by invoking the [TT]-d[tt] switch, you can",
  67         "calculate the rotational correlation function for linear molecules",
  68         "by specifying atom pairs (i,j) in the index file.",
  69         "[PAR]",
  70         "EXAMPLES[PAR]",
  71         "[TT]gmx rotacf -P 1 -nparm 2 -fft -n index -o rotacf-x-P1",
  72         "-fa expfit-x-P1 -beginfit 2.5 -endfit 20.0[tt][PAR]",
  73         "This will calculate the rotational correlation function using a first",
  74         "order Legendre polynomial of the angle of a vector defined by the index",
  75         "file. The correlation function will be fitted from 2.5 ps until 20.0 ps",
  76         "to a two-parameter exponential."
  77     };
  78     static gmx_bool bVec    = FALSE, bAver = TRUE;
  79
  80     t_pargs         pa[] = {
  81         { "-d",   FALSE, etBOOL, {&bVec},
  82           "Use index doublets (vectors) for correlation function instead of triplets (planes)" },
  83         { "-aver", FALSE, etBOOL, {&bAver},
  84           "Average over molecules" }
  85     };
  86
  87     t_trxstatus    *status;
  88     int             isize;
  89     atom_id        *index;
  90     char           *grpname;
  91     rvec           *x, *x_s;
  92     matrix          box;
  93     real          **c1;
  94     rvec            xij, xjk, n;
  95     int             i, m, teller, n_alloc, natoms, nvec, ai, aj, ak;
  96     unsigned long   mode;
  97     real            t, t0, t1, dt;
  98     gmx_rmpbc_t     gpbc = NULL;
  99     t_topology     *top;
 100     int             ePBC;
 101     t_filenm        fnm[] = {
 102         { efTRX, "-f", NULL,  ffREAD  },
 103         { efTPX, NULL, NULL,  ffREAD },
 104         { efNDX, NULL, NULL,  ffREAD  },
 105         { efXVG, "-o", "rotacf",  ffWRITE }
 106     };
 107 #define NFILE asize(fnm)
 108     int             npargs;
 109     t_pargs        *ppa;
 110
 111     output_env_t    oenv;
 112
 113     npargs = asize(pa);
 114     ppa    = add_acf_pargs(&npargs, pa);
 115
 116     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW | PCA_CAN_TIME,
 117                            NFILE, fnm, npargs, ppa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 118     {
 119         return 0;
 120     }
 121
 122     rd_index(ftp2fn(efNDX, NFILE, fnm), 1, &isize, &index, &grpname);
 123
 124     if (bVec)
 125     {
 126         nvec = isize/2;
 127     }
 128     else
 129     {
 130         nvec = isize/3;
 131     }
 132
 133     if (((isize % 3) != 0) && !bVec)
 134     {
 135         gmx_fatal(FARGS, "number of index elements not multiple of 3, "
 136                   "these can not be atom triplets\n");
 137     }
 138     if (((isize % 2) != 0) && bVec)
 139     {
 140         gmx_fatal(FARGS, "number of index elements not multiple of 2, "
 141                   "these can not be atom doublets\n");
 142     }
 143
 144     top = read_top(ftp2fn(efTPX, NFILE, fnm), &ePBC);
 145
 146     snew(c1, nvec);
 147     for (i = 0; (i < nvec); i++)
 148     {
 149         c1[i] = NULL;
 150     }
 151     n_alloc = 0;
 152
 153     natoms = read_first_x(oenv, &status, ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), &t, &x, box);
 154     snew(x_s, natoms);
 155
 156     gpbc = gmx_rmpbc_init(&(top->idef), ePBC, natoms);
 157
 158     /* Start the loop over frames */
 159     t1      = t0 = t;
 160     teller  = 0;
 161     do
 162     {
 163         if (teller >= n_alloc)
 164         {
 165             n_alloc += 100;
 166             for (i = 0; (i < nvec); i++)
 167             {
 168                 srenew(c1[i], DIM*n_alloc);
 169             }
 170         }
 171         t1 = t;
 172
 173         /* Remove periodicity */
 174         gmx_rmpbc_copy(gpbc, natoms, box, x, x_s);
 175
 176         /* Compute crossproducts for all vectors, if triplets.
 177          * else, just get the vectors in case of doublets.
 178          */
 179         if (bVec == FALSE)
 180         {
 181             for (i = 0; (i < nvec); i++)
 182             {
 183                 ai = index[3*i];
 184                 aj = index[3*i+1];
 185                 ak = index[3*i+2];
 186                 rvec_sub(x_s[ai], x_s[aj], xij);
 187                 rvec_sub(x_s[aj], x_s[ak], xjk);
 188                 cprod(xij, xjk, n);
 189                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 190                 {
 191                     c1[i][DIM*teller+m] = n[m];
 192                 }
 193             }
 194         }
 195         else
 196         {
 197             for (i = 0; (i < nvec); i++)
 198             {
 199                 ai = index[2*i];
 200                 aj = index[2*i+1];
 201                 rvec_sub(x_s[ai], x_s[aj], n);
 202                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 203                 {
 204                     c1[i][DIM*teller+m] = n[m];
 205                 }
 206             }
 207         }
 208         /* Increment loop counter */
 209         teller++;
 210     }
 211     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 212     close_trj(status);
 213     fprintf(stderr, "\nDone with trajectory\n");
 214
 215     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 216
 217
 218     /* Autocorrelation function */
 219     if (teller < 2)
 220     {
 221         fprintf(stderr, "Not enough frames for correlation function\n");
 222     }
 223     else
 224     {
 225         dt = (t1 - t0)/(teller-1);
 226
 227         mode = eacVector;
 228
 229         do_autocorr(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), oenv, "Rotational Correlation Function",
 230                     teller, nvec, c1, dt, mode, bAver);
 231     }
 232
 233     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 234
 235     return 0;
 236 }