src/gromacs/gmxpreprocess/gen_vsite.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 <stdio.h>
  41 #include <stdlib.h>
  42 #include <string.h>
  43
  44 #include "gen_vsite.h"
  45 #include "resall.h"
  46 #include "add_par.h"
  47 #include "gromacs/math/vec.h"
  48 #include "toputil.h"
  49 #include "gromacs/math/units.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  51 #include "gromacs/utility/futil.h"
  52 #include "gpp_atomtype.h"
  53 #include "fflibutil.h"
  54
  55 #include "gromacs/topology/residuetypes.h"
  56 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  57 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  58 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  59 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  60
  61 #define MAXNAME 32
  62 #define OPENDIR     '[' /* starting sign for directive          */
  63 #define CLOSEDIR    ']' /* ending sign for directive            */
  64
  65 typedef struct {
  66     char       atomtype[MAXNAME];  /* Type for the XH3/XH2 atom */
  67     gmx_bool   isplanar;           /* If true, the atomtype above and the three connected
  68                                     * ones are in a planar geometry. The two next entries
  69                                     * are undefined in that case
  70                                     */
  71     int    nhydrogens;             /* number of connected hydrogens */
  72     char   nextheavytype[MAXNAME]; /* Type for the heavy atom bonded to XH2/XH3 */
  73     char   dummymass[MAXNAME];     /* The type of MNH* or MCH3* dummy mass to use */
  74 } t_vsiteconf;
  75
  76
  77 /* Structure to represent average bond and angles values in vsite aromatic
  78  * residues. Note that these are NOT necessarily the bonds and angles from the
  79  * forcefield; many forcefields (like Amber, OPLS) have some inherent strain in
  80  * 5-rings (i.e. the sum of angles is !=540, but impropers keep it planar)
  81  */
  82 typedef struct {
  83     char resname[MAXNAME];
  84     int  nbonds;
  85     int  nangles;
  86     struct vsitetop_bond {
  87         char   atom1[MAXNAME];
  88         char   atom2[MAXNAME];
  89         float  value;
  90     } *bond; /* list of bonds */
  91     struct vsitetop_angle {
  92         char   atom1[MAXNAME];
  93         char   atom2[MAXNAME];
  94         char   atom3[MAXNAME];
  95         float  value;
  96     } *angle; /* list of angles */
  97 } t_vsitetop;
  98
  99
 100 enum {
 101     DDB_CH3, DDB_NH3, DDB_NH2, DDB_PHE, DDB_TYR,
 102     DDB_TRP, DDB_HISA, DDB_HISB, DDB_HISH, DDB_DIR_NR
 103 };
 104
 105 typedef char t_dirname[STRLEN];
 106
 107 static const t_dirname ddb_dirnames[DDB_DIR_NR] = {
 108     "CH3",
 109     "NH3",
 110     "NH2",
 111     "PHE",
 112     "TYR",
 113     "TRP",
 114     "HISA",
 115     "HISB",
 116     "HISH"
 117 };
 118
 119 static int ddb_name2dir(char *name)
 120 {
 121     /* Translate a directive name to the number of the directive.
 122      * HID/HIE/HIP names are translated to the ones we use in Gromacs.
 123      */
 124
 125     int i, index;
 126
 127     index = -1;
 128
 129     for (i = 0; i < DDB_DIR_NR && index < 0; i++)
 130     {
 131         if (!gmx_strcasecmp(name, ddb_dirnames[i]))
 132         {
 133             index = i;
 134         }
 135     }
 136
 137     return index;
 138 }
 139
 140
 141 static void read_vsite_database(const char *ddbname,
 142                                 t_vsiteconf **pvsiteconflist, int *nvsiteconf,
 143                                 t_vsitetop **pvsitetoplist, int *nvsitetop)
 144 {
 145     /* This routine is a quick hack to fix the problem with hardcoded atomtypes
 146      * and aromatic vsite parameters by reading them from a ff???.vsd file.
 147      *
 148      * The file can contain sections [ NH3 ], [ CH3 ], [ NH2 ], and ring residue names.
 149      * For the NH3 and CH3 section each line has three fields. The first is the atomtype
 150      * (nb: not bonded type) of the N/C atom to be replaced, the second field is
 151      * the type of the next heavy atom it is bonded to, and the third field the type
 152      * of dummy mass that will be used for this group.
 153      *
 154      * If the NH2 group planar (sp2 N) a different vsite construct is used, so in this
 155      * case the second field should just be the word planar.
 156      */
 157
 158     FILE        *ddb;
 159     char         dirstr[STRLEN];
 160     char         pline[STRLEN];
 161     int          i, j, n, k, nvsite, ntop, curdir, prevdir;
 162     t_vsiteconf *vsiteconflist;
 163     t_vsitetop  *vsitetoplist;
 164     char        *ch;
 165     char         s1[MAXNAME], s2[MAXNAME], s3[MAXNAME], s4[MAXNAME];
 166
 167     ddb = libopen(ddbname);
 168
 169     nvsite        = *nvsiteconf;
 170     vsiteconflist = *pvsiteconflist;
 171     ntop          = *nvsitetop;
 172     vsitetoplist  = *pvsitetoplist;
 173
 174     curdir = -1;
 175
 176     snew(vsiteconflist, 1);
 177     snew(vsitetoplist, 1);
 178
 179     while (fgets2(pline, STRLEN-2, ddb) != NULL)
 180     {
 181         strip_comment(pline);
 182         trim(pline);
 183         if (strlen(pline) > 0)
 184         {
 185             if (pline[0] == OPENDIR)
 186             {
 187                 strncpy(dirstr, pline+1, STRLEN-2);
 188                 if ((ch = strchr (dirstr, CLOSEDIR)) != NULL)
 189                 {
 190                     (*ch) = 0;
 191                 }
 192                 trim (dirstr);
 193
 194                 if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HID") ||
 195                     !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISD"))
 196                 {
 197                     sprintf(dirstr, "HISA");
 198                 }
 199                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIE") ||
 200                          !gmx_strcasecmp(dirstr, "HISE"))
 201                 {
 202                     sprintf(dirstr, "HISB");
 203                 }
 204                 else if (!gmx_strcasecmp(dirstr, "HIP"))
 205                 {
 206                     sprintf(dirstr, "HISH");
 207                 }
 208
 209                 curdir = ddb_name2dir(dirstr);
 210                 if (curdir < 0)
 211                 {
 212                     gmx_fatal(FARGS, "Invalid directive %s in vsite database %s",
 213                               dirstr, ddbname);
 214                 }
 215             }
 216             else
 217             {
 218                 switch (curdir)
 219                 {
 220                     case -1:
 221                         gmx_fatal(FARGS, "First entry in vsite database must be a directive.\n");
 222                         break;
 223                     case DDB_CH3:
 224                     case DDB_NH3:
 225                     case DDB_NH2:
 226                         n = sscanf(pline, "%s%s%s", s1, s2, s3);
 227                         if (n < 3 && !gmx_strcasecmp(s2, "planar"))
 228                         {
 229                             srenew(vsiteconflist, nvsite+1);
 230                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 231                             vsiteconflist[nvsite].isplanar         = TRUE;
 232                             vsiteconflist[nvsite].nextheavytype[0] = 0;
 233                             vsiteconflist[nvsite].dummymass[0]     = 0;
 234                             vsiteconflist[nvsite].nhydrogens       = 2;
 235                             nvsite++;
 236                         }
 237                         else if (n == 3)
 238                         {
 239                             srenew(vsiteconflist, (nvsite+1));
 240                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].atomtype, s1, MAXNAME-1);
 241                             vsiteconflist[nvsite].isplanar = FALSE;
 242                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].nextheavytype, s2, MAXNAME-1);
 243                             strncpy(vsiteconflist[nvsite].dummymass, s3, MAXNAME-1);
 244                             if (curdir == DDB_NH2)
 245                             {
 246                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 2;
 247                             }
 248                             else
 249                             {
 250                                 vsiteconflist[nvsite].nhydrogens = 3;
 251                             }
 252                             nvsite++;
 253                         }
 254                         else
 255                         {
 256                             gmx_fatal(FARGS, "Not enough directives in vsite database line: %s\n", pline);
 257                         }
 258                         break;
 259                     case DDB_PHE:
 260                     case DDB_TYR:
 261                     case DDB_TRP:
 262                     case DDB_HISA:
 263                     case DDB_HISB:
 264                     case DDB_HISH:
 265                         i = 0;
 266                         while ((i < ntop) && gmx_strcasecmp(dirstr, vsitetoplist[i].resname))
 267                         {
 268                             i++;
 269                         }
 270                         /* Allocate a new topology entry if this is a new residue */
 271                         if (i == ntop)
 272                         {
 273                             srenew(vsitetoplist, ntop+1);
 274                             ntop++; /* i still points to current vsite topology entry */
 275                             strncpy(vsitetoplist[i].resname, dirstr, MAXNAME-1);
 276                             vsitetoplist[i].nbonds = vsitetoplist[i].nangles = 0;
 277                             snew(vsitetoplist[i].bond, 1);
 278                             snew(vsitetoplist[i].angle, 1);
 279                         }
 280                         n = sscanf(pline, "%s%s%s%s", s1, s2, s3, s4);
 281                         if (n == 3)
 282                         {
 283                             /* bond */
 284                             k = vsitetoplist[i].nbonds++;
 285                             srenew(vsitetoplist[i].bond, k+1);
 286                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 287                             strncpy(vsitetoplist[i].bond[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 288                             vsitetoplist[i].bond[k].value = strtod(s3, NULL);
 289                         }
 290                         else if (n == 4)
 291                         {
 292                             /* angle */
 293                             k = vsitetoplist[i].nangles++;
 294                             srenew(vsitetoplist[i].angle, k+1);
 295                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom1, s1, MAXNAME-1);
 296                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom2, s2, MAXNAME-1);
 297                             strncpy(vsitetoplist[i].angle[k].atom3, s3, MAXNAME-1);
 298                             vsitetoplist[i].angle[k].value = strtod(s4, NULL);
 299                         }
 300                         else
 301                         {
 302                             gmx_fatal(FARGS, "Need 3 or 4 values to specify bond/angle values in %s: %s\n", ddbname, pline);
 303                         }
 304                         break;
 305                     default:
 306                         gmx_fatal(FARGS, "Didnt find a case for directive %s in read_vsite_database\n", dirstr);
 307                 }
 308             }
 309         }
 310     }
 311
 312     *pvsiteconflist = vsiteconflist;
 313     *pvsitetoplist  = vsitetoplist;
 314     *nvsiteconf     = nvsite;
 315     *nvsitetop      = ntop;
 316
 317     gmx_ffclose(ddb);
 318 }
 319
 320 static int nitrogen_is_planar(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atomtype[])
 321 {
 322     /* Return 1 if atomtype exists in database list and is planar, 0 if not,
 323      * and -1 if not found.
 324      */
 325     int      i, res;
 326     gmx_bool found = FALSE;
 327     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 328     {
 329         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atomtype) && (vsiteconflist[i].nhydrogens == 2));
 330     }
 331     if (found)
 332     {
 333         res = (vsiteconflist[i-1].isplanar == TRUE);
 334     }
 335     else
 336     {
 337         res = -1;
 338     }
 339
 340     return res;
 341 }
 342
 343 static char *get_dummymass_name(t_vsiteconf vsiteconflist[], int nvsiteconf, char atom[], char nextheavy[])
 344 {
 345     /* Return the dummy mass name if found, or NULL if not set in ddb database */
 346     int      i;
 347     gmx_bool found = FALSE;
 348     for (i = 0; i < nvsiteconf && !found; i++)
 349     {
 350         found = (!gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].atomtype, atom) &&
 351                  !gmx_strcasecmp(vsiteconflist[i].nextheavytype, nextheavy));
 352     }
 353     if (found)
 354     {
 355         return vsiteconflist[i-1].dummymass;
 356     }
 357     else
 358     {
 359         return NULL;
 360     }
 361 }
 362
 363
 364
 365 static real get_ddb_bond(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 366                          const char res[],
 367                          const char atom1[], const char atom2[])
 368 {
 369     int i, j;
 370
 371     i = 0;
 372     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 373     {
 374         i++;
 375     }
 376     if (i == nvsitetop)
 377     {
 378         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 379     }
 380     j = 0;
 381     while (j < vsitetop[i].nbonds &&
 382            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom1) || strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom2)) &&
 383            ( strcmp(atom2, vsitetop[i].bond[j].atom1) || strcmp(atom1, vsitetop[i].bond[j].atom2)))
 384     {
 385         j++;
 386     }
 387     if (j == vsitetop[i].nbonds)
 388     {
 389         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find bond %s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, res);
 390     }
 391
 392     return vsitetop[i].bond[j].value;
 393 }
 394
 395
 396 static real get_ddb_angle(t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop,
 397                           const char res[], const char atom1[],
 398                           const char atom2[], const char atom3[])
 399 {
 400     int i, j;
 401
 402     i = 0;
 403     while (i < nvsitetop && gmx_strcasecmp(res, vsitetop[i].resname))
 404     {
 405         i++;
 406     }
 407     if (i == nvsitetop)
 408     {
 409         gmx_fatal(FARGS, "No vsite information for residue %s found in vsite database.\n", res);
 410     }
 411     j = 0;
 412     while (j < vsitetop[i].nangles &&
 413            ( strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom1) ||
 414              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) ||
 415              strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom3)) &&
 416            ( strcmp(atom3, vsitetop[i].angle[j].atom1) ||
 417              strcmp(atom2, vsitetop[i].angle[j].atom2) ||
 418              strcmp(atom1, vsitetop[i].angle[j].atom3)))
 419     {
 420         j++;
 421     }
 422     if (j == vsitetop[i].nangles)
 423     {
 424         gmx_fatal(FARGS, "Couldnt find angle %s-%s-%s for residue %s in vsite database.\n", atom1, atom2, atom3, res);
 425     }
 426
 427     return vsitetop[i].angle[j].value;
 428 }
 429
 430
 431 static void count_bonds(int atom, t_params *psb, char ***atomname,
 432                         int *nrbonds, int *nrHatoms, int Hatoms[], int *Heavy,
 433                         int *nrheavies, int heavies[])
 434 {
 435     int i, heavy, other, nrb, nrH, nrhv;
 436
 437     /* find heavy atom bound to this hydrogen */
 438     heavy = NOTSET;
 439     for (i = 0; (i < psb->nr) && (heavy == NOTSET); i++)
 440     {
 441         if (psb->param[i].AI == atom)
 442         {
 443             heavy = psb->param[i].AJ;
 444         }
 445         else if (psb->param[i].AJ == atom)
 446         {
 447             heavy = psb->param[i].AI;
 448         }
 449     }
 450     if (heavy == NOTSET)
 451     {
 452         gmx_fatal(FARGS, "unbound hydrogen atom %d", atom+1);
 453     }
 454     /* find all atoms bound to heavy atom */
 455     other = NOTSET;
 456     nrb   = 0;
 457     nrH   = 0;
 458     nrhv  = 0;
 459     for (i = 0; i < psb->nr; i++)
 460     {
 461         if (psb->param[i].AI == heavy)
 462         {
 463             other = psb->param[i].AJ;
 464         }
 465         else if (psb->param[i].AJ == heavy)
 466         {
 467             other = psb->param[i].AI;
 468         }
 469         if (other != NOTSET)
 470         {
 471             nrb++;
 472             if (is_hydrogen(*(atomname[other])))
 473             {
 474                 Hatoms[nrH] = other;
 475                 nrH++;
 476             }
 477             else
 478             {
 479                 heavies[nrhv] = other;
 480                 nrhv++;
 481             }
 482             other = NOTSET;
 483         }
 484     }
 485     *Heavy     = heavy;
 486     *nrbonds   = nrb;
 487     *nrHatoms  = nrH;
 488     *nrheavies = nrhv;
 489 }
 490
 491 static void print_bonds(FILE *fp, int o2n[],
 492                         int nrHatoms, int Hatoms[], int Heavy,
 493                         int nrheavies, int heavies[])
 494 {
 495     int i;
 496
 497     fprintf(fp, "Found: %d Hatoms: ", nrHatoms);
 498     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 499     {
 500         fprintf(fp, " %d", o2n[Hatoms[i]]+1);
 501     }
 502     fprintf(fp, "; %d Heavy atoms: %d", nrheavies+1, o2n[Heavy]+1);
 503     for (i = 0; i < nrheavies; i++)
 504     {
 505         fprintf(fp, " %d", o2n[heavies[i]]+1);
 506     }
 507     fprintf(fp, "\n");
 508 }
 509
 510 static int get_atype(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 511                      gmx_residuetype_t *rt)
 512 {
 513     int      type;
 514     gmx_bool bNterm;
 515     int      j;
 516     t_restp *rtpp;
 517
 518     if (at->atom[atom].m)
 519     {
 520         type = at->atom[atom].type;
 521     }
 522     else
 523     {
 524         /* get type from rtp */
 525         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 526         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 527             (at->atom[atom].resind == 0);
 528         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 529         type = rtpp->atom[j].type;
 530     }
 531     return type;
 532 }
 533
 534 static int vsite_nm2type(const char *name, gpp_atomtype_t atype)
 535 {
 536     int tp;
 537
 538     tp = get_atomtype_type(name, atype);
 539     if (tp == NOTSET)
 540     {
 541         gmx_fatal(FARGS, "Dummy mass type (%s) not found in atom type database",
 542                   name);
 543     }
 544
 545     return tp;
 546 }
 547
 548 static real get_amass(int atom, t_atoms *at, int nrtp, t_restp rtp[],
 549                       gmx_residuetype_t *rt)
 550 {
 551     real     mass;
 552     gmx_bool bNterm;
 553     int      j;
 554     t_restp *rtpp;
 555
 556     if (at->atom[atom].m)
 557     {
 558         mass = at->atom[atom].m;
 559     }
 560     else
 561     {
 562         /* get mass from rtp */
 563         rtpp   = get_restp(*(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name), nrtp, rtp);
 564         bNterm = gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[at->atom[atom].resind].name)) &&
 565             (at->atom[atom].resind == 0);
 566         j    = search_jtype(rtpp, *(at->atomname[atom]), bNterm);
 567         mass = rtpp->atom[j].m;
 568     }
 569     return mass;
 570 }
 571
 572 static void my_add_param(t_params *plist, int ai, int aj, real b)
 573 {
 574     static real c[MAXFORCEPARAM] =
 575     { NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET, NOTSET };
 576
 577     c[0] = b;
 578     add_param(plist, ai, aj, c, NULL);
 579 }
 580
 581 static void add_vsites(t_params plist[], int vsite_type[],
 582                        int Heavy, int nrHatoms, int Hatoms[],
 583                        int nrheavies, int heavies[])
 584 {
 585     int      i, j, ftype, other, moreheavy, bb;
 586     gmx_bool bSwapParity;
 587
 588     for (i = 0; i < nrHatoms; i++)
 589     {
 590         ftype = vsite_type[Hatoms[i]];
 591         /* Errors in setting the vsite_type should really be caugth earlier,
 592          * because here it's not possible to print any useful error message.
 593          * But it's still better to print a message than to segfault.
 594          */
 595         if (ftype == NOTSET)
 596         {
 597             gmx_incons("Undetected error in setting up virtual sites");
 598         }
 599         bSwapParity           = (ftype < 0);
 600         vsite_type[Hatoms[i]] = ftype = abs(ftype);
 601         if (ftype == F_BONDS)
 602         {
 603             if ( (nrheavies != 1) && (nrHatoms != 1) )
 604             {
 605                 gmx_fatal(FARGS, "cannot make constraint in add_vsites for %d heavy "
 606                           "atoms and %d hydrogen atoms", nrheavies, nrHatoms);
 607             }
 608             my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), Hatoms[i], heavies[0], NOTSET);
 609         }
 610         else
 611         {
 612             switch (ftype)
 613             {
 614                 case F_VSITE3:
 615                 case F_VSITE3FD:
 616                 case F_VSITE3OUT:
 617                     if (nrheavies < 2)
 618                     {
 619                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 3)",
 620                                   nrheavies+1,
 621                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 622                     }
 623                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], heavies[1],
 624                                      bSwapParity);
 625                     break;
 626                 case F_VSITE3FAD:
 627                 {
 628                     if (nrheavies > 1)
 629                     {
 630                         moreheavy = heavies[1];
 631                     }
 632                     else
 633                     {
 634                         /* find more heavy atoms */
 635                         other = moreheavy = NOTSET;
 636                         for (j = 0; (j < plist[F_BONDS].nr) && (moreheavy == NOTSET); j++)
 637                         {
 638                             if (plist[F_BONDS].param[j].AI == heavies[0])
 639                             {
 640                                 other = plist[F_BONDS].param[j].AJ;
 641                             }
 642                             else if (plist[F_BONDS].param[j].AJ == heavies[0])
 643                             {
 644                                 other = plist[F_BONDS].param[j].AI;
 645                             }
 646                             if ( (other != NOTSET) && (other != Heavy) )
 647                             {
 648                                 moreheavy = other;
 649                             }
 650                         }
 651                         if (moreheavy == NOTSET)
 652                         {
 653                             gmx_fatal(FARGS, "Unbound molecule part %d-%d", Heavy+1, Hatoms[0]+1);
 654                         }
 655                     }
 656                     add_vsite3_atoms(&plist[ftype], Hatoms[i], Heavy, heavies[0], moreheavy,
 657                                      bSwapParity);
 658                     break;
 659                 }
 660                 case F_VSITE4FD:
 661                 case F_VSITE4FDN:
 662                     if (nrheavies < 3)
 663                     {
 664                         gmx_fatal(FARGS, "Not enough heavy atoms (%d) for %s (min 4)",
 665                                   nrheavies+1,
 666                                   interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 667                     }
 668                     add_vsite4_atoms(&plist[ftype],
 669                                      Hatoms[0], Heavy, heavies[0], heavies[1], heavies[2]);
 670                     break;
 671
 672                 default:
 673                     gmx_fatal(FARGS, "can't use add_vsites for interaction function %s",
 674                               interaction_function[vsite_type[Hatoms[i]]].name);
 675             } /* switch ftype */
 676         }     /* else */
 677     }         /* for i */
 678 }
 679
 680 #define ANGLE_6RING (DEG2RAD*120)
 681
 682 /* cosine rule: a^2 = b^2 + c^2 - 2 b c cos(alpha) */
 683 /* get a^2 when a, b and alpha are given: */
 684 #define cosrule(b, c, alpha) ( sqr(b) + sqr(c) - 2*b*c*cos(alpha) )
 685 /* get cos(alpha) when a, b and c are given: */
 686 #define acosrule(a, b, c) ( (sqr(b)+sqr(c)-sqr(a))/(2*b*c) )
 687
 688 static int gen_vsites_6ring(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 689                             int nrfound, int *ats, real bond_cc, real bond_ch,
 690                             real xcom, gmx_bool bDoZ)
 691 {
 692     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 693     enum {
 694         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 695         atCZ, atHZ, atNR
 696     };
 697
 698     int  i, nvsite;
 699     real a, b, dCGCE, tmp1, tmp2, mtot, mG, mrest;
 700     real xCG, yCG, xCE1, yCE1, xCE2, yCE2;
 701     /* CG, CE1 and CE2 stay and each get a part of the total mass,
 702      * so the c-o-m stays the same.
 703      */
 704
 705     if (bDoZ)
 706     {
 707         if (atNR != nrfound)
 708         {
 709             gmx_incons("Generating vsites on 6-rings");
 710         }
 711     }
 712
 713     /* constraints between CG, CE1 and CE2: */
 714     dCGCE = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
 715     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE);
 716     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE2], dCGCE);
 717     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atCE2], dCGCE);
 718
 719     /* rest will be vsite3 */
 720     mtot   = 0;
 721     nvsite = 0;
 722     for (i = 0; i <  (bDoZ ? atNR : atHZ); i++)
 723     {
 724         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 725         if (i != atCG && i != atCE1 && i != atCE2 && (bDoZ || (i != atHZ && i != atCZ) ) )
 726         {
 727             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
 728             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
 729             nvsite++;
 730         }
 731     }
 732     /* Distribute mass so center-of-mass stays the same.
 733      * The center-of-mass in the call is defined with x=0 at
 734      * the CE1-CE2 bond and y=0 at the line from CG to the middle of CE1-CE2 bond.
 735      */
 736     xCG  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
 737     yCG  = 0;
 738     xCE1 = 0;
 739     yCE1 = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 740     xCE2 = 0;
 741     yCE2 = -bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 742
 743     mG                             = at->atom[ats[atCG]].m = at->atom[ats[atCG]].mB = xcom*mtot/xCG;
 744     mrest                          = mtot-mG;
 745     at->atom[ats[atCE1]].m         = at->atom[ats[atCE1]].mB =
 746             at->atom[ats[atCE2]].m = at->atom[ats[atCE2]].mB = mrest / 2;
 747
 748     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
 749     tmp1  = dCGCE*sin(ANGLE_6RING*0.5);
 750     tmp2  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING) + tmp1;
 751     tmp1 *= 2;
 752     a     = b = -bond_ch / tmp1;
 753     /* HE1 and HE2: */
 754     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 755                      ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 756     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 757                      ats[atHE2], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 758     /* CD1, CD2 and CZ: */
 759     a = b = tmp2 / tmp1;
 760     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 761                      ats[atCD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 762     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 763                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 764     if (bDoZ)
 765     {
 766         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 767                          ats[atCZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 768     }
 769     /* HD1, HD2 and HZ: */
 770     a = b = ( bond_ch + tmp2 ) / tmp1;
 771     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 772                      ats[atHD1], ats[atCE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
 773     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 774                      ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atCE2], ats[atCG], a, b);
 775     if (bDoZ)
 776     {
 777         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
 778                          ats[atHZ], ats[atCG], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
 779     }
 780
 781     return nvsite;
 782 }
 783
 784 static int gen_vsites_phe(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 785                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 786 {
 787     real bond_cc, bond_ch;
 788     real xcom, mtot;
 789     int  i;
 790     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 791     enum {
 792         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
 793         atCZ, atHZ, atNR
 794     };
 795     real x[atNR], y[atNR];
 796     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length.
 797      * (angle is always 120 degrees).
 798      */
 799     bond_cc = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "CE1");
 800     bond_ch = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "PHE", "CD1", "HD1");
 801
 802     x[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
 803     y[atCG]  = 0;
 804     x[atCD1] = -bond_cc;
 805     y[atCD1] = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
 806     x[atHD1] = x[atCD1]+bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
 807     y[atHD1] = y[atCD1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
 808     x[atCE1] = 0;
 809     y[atCE1] = y[atCD1];
 810     x[atHE1] = x[atCE1]-bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
 811     y[atHE1] = y[atCE1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
 812     x[atCD2] = x[atCD1];
 813     y[atCD2] = -y[atCD1];
 814     x[atHD2] = x[atHD1];
 815     y[atHD2] = -y[atHD1];
 816     x[atCE2] = x[atCE1];
 817     y[atCE2] = -y[atCE1];
 818     x[atHE2] = x[atHE1];
 819     y[atHE2] = -y[atHE1];
 820     x[atCZ]  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING);
 821     y[atCZ]  = 0;
 822     x[atHZ]  = x[atCZ]+bond_ch;
 823     y[atHZ]  = 0;
 824
 825     xcom = mtot = 0;
 826     for (i = 0; i < atNR; i++)
 827     {
 828         xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
 829         mtot += at->atom[ats[i]].m;
 830     }
 831     xcom /= mtot;
 832
 833     return gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, TRUE);
 834 }
 835
 836 static void calc_vsite3_param(real xd, real yd, real xi, real yi, real xj, real yj,
 837                               real xk, real yk, real *a, real *b)
 838 {
 839     /* determine parameters by solving the equation system, since we know the
 840      * virtual site coordinates here.
 841      */
 842     real dx_ij, dx_ik, dy_ij, dy_ik;
 843     real b_ij, b_ik;
 844
 845     dx_ij = xj-xi;
 846     dy_ij = yj-yi;
 847     dx_ik = xk-xi;
 848     dy_ik = yk-yi;
 849     b_ij  = sqrt(dx_ij*dx_ij+dy_ij*dy_ij);
 850     b_ik  = sqrt(dx_ik*dx_ik+dy_ik*dy_ik);
 851
 852     *a = ( (xd-xi)*dy_ik - dx_ik*(yd-yi) ) / (dx_ij*dy_ik - dx_ik*dy_ij);
 853     *b = ( yd - yi - (*a)*dy_ij ) / dy_ik;
 854 }
 855
 856
 857 static int gen_vsites_trp(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
 858                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
 859                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
 860                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
 861                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
 862                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
 863                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
 864 {
 865 #define NMASS 2
 866     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
 867     enum {
 868         atCB,  atCG,  atCD1, atHD1, atCD2, atNE1, atHE1, atCE2, atCE3, atHE3,
 869         atCZ2, atHZ2, atCZ3, atHZ3, atCH2, atHH2, atNR
 870     };
 871     /* weights for determining the COM's of both rings (M1 and M2): */
 872     real mw[NMASS][atNR] = {
 873         {   0,     1,     1,     1,   0.5,     1,     1,   0.5,     0,     0,
 874             0,     0,     0,     0,     0,     0 },
 875         {   0,     0,     0,     0,   0.5,     0,     0,   0.5,     1,     1,
 876             1,     1,     1,     1,     1,     1 }
 877     };
 878
 879     real xi[atNR], yi[atNR];
 880     real xcom[NMASS], ycom[NMASS], I, alpha;
 881     real lineA, lineB, dist;
 882     real b_CD2_CE2, b_NE1_CE2, b_CG_CD2, b_CH2_HH2, b_CE2_CZ2;
 883     real b_NE1_HE1, b_CD2_CE3, b_CE3_CZ3, b_CB_CG;
 884     real b_CZ2_CH2, b_CZ2_HZ2, b_CD1_HD1, b_CE3_HE3;
 885     real b_CG_CD1, b_CZ3_HZ3;
 886     real a_NE1_CE2_CD2, a_CE2_CD2_CG, a_CB_CG_CD2, a_CE2_CD2_CE3;
 887     real a_CB_CG_CD1, a_CD2_CG_CD1, a_CE2_CZ2_HZ2, a_CZ2_CH2_HH2;
 888     real a_CD2_CE2_CZ2, a_CD2_CE3_CZ3, a_CE3_CZ3_HZ3, a_CG_CD1_HD1;
 889     real a_CE2_CZ2_CH2, a_HE1_NE1_CE2, a_CD2_CE3_HE3;
 890     real xM[NMASS];
 891     int  atM[NMASS], tpM, i, i0, j, nvsite;
 892     real mwtot, mtot, mM[NMASS], dCBM1, dCBM2, dM1M2;
 893     real a, b, c[MAXFORCEPARAM];
 894     rvec r_ij, r_ik, t1, t2;
 895     char name[10];
 896
 897     if (atNR != nrfound)
 898     {
 899         gmx_incons("atom types in gen_vsites_trp");
 900     }
 901     /* Get geometry from database */
 902     b_CD2_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2");
 903     b_NE1_CE2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2");
 904     b_CG_CD1  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1");
 905     b_CG_CD2  = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD2");
 906     b_CB_CG   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG");
 907     b_CE2_CZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2");
 908     b_CD2_CE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3");
 909     b_CE3_CZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3");
 910     b_CZ2_CH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2");
 911
 912     b_CD1_HD1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD1", "HD1");
 913     b_CZ2_HZ2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "HZ2");
 914     b_NE1_HE1 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "HE1");
 915     b_CH2_HH2 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CH2", "HH2");
 916     b_CE3_HE3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "HE3");
 917     b_CZ3_HZ3 = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ3", "HZ3");
 918
 919     a_NE1_CE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "NE1", "CE2", "CD2");
 920     a_CE2_CD2_CG  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CG");
 921     a_CB_CG_CD2   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD2");
 922     a_CD2_CG_CD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CG", "CD1");
 923     a_CB_CG_CD1   = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CB", "CG", "CD1");
 924
 925     a_CE2_CD2_CE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CD2", "CE3");
 926     a_CD2_CE2_CZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE2", "CZ2");
 927     a_CD2_CE3_CZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "CZ3");
 928     a_CE3_CZ3_HZ3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE3", "CZ3", "HZ3");
 929     a_CZ2_CH2_HH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CZ2", "CH2", "HH2");
 930     a_CE2_CZ2_HZ2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "HZ2");
 931     a_CE2_CZ2_CH2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CE2", "CZ2", "CH2");
 932     a_CG_CD1_HD1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CG", "CD1", "HD1");
 933     a_HE1_NE1_CE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "HE1", "NE1", "CE2");
 934     a_CD2_CE3_HE3 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TRP", "CD2", "CE3", "HE3");
 935
 936     /* Calculate local coordinates.
 937      * y-axis (x=0) is the bond CD2-CE2.
 938      * x-axis (y=0) is perpendicular to the bond CD2-CE2 and
 939      * intersects the middle of the bond.
 940      */
 941     xi[atCD2] = 0;
 942     yi[atCD2] = -0.5*b_CD2_CE2;
 943
 944     xi[atCE2] = 0;
 945     yi[atCE2] = 0.5*b_CD2_CE2;
 946
 947     xi[atNE1] = -b_NE1_CE2*sin(a_NE1_CE2_CD2);
 948     yi[atNE1] = yi[atCE2]-b_NE1_CE2*cos(a_NE1_CE2_CD2);
 949
 950     xi[atCG] = -b_CG_CD2*sin(a_CE2_CD2_CG);
 951     yi[atCG] = yi[atCD2]+b_CG_CD2*cos(a_CE2_CD2_CG);
 952
 953     alpha    = a_CE2_CD2_CG + M_PI - a_CB_CG_CD2;
 954     xi[atCB] = xi[atCG]-b_CB_CG*sin(alpha);
 955     yi[atCB] = yi[atCG]+b_CB_CG*cos(alpha);
 956
 957     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - M_PI;
 958     xi[atCD1] = xi[atCG]-b_CG_CD1*sin(alpha);
 959     yi[atCD1] = yi[atCG]+b_CG_CD1*cos(alpha);
 960
 961     xi[atCE3] = b_CD2_CE3*sin(a_CE2_CD2_CE3);
 962     yi[atCE3] = yi[atCD2]+b_CD2_CE3*cos(a_CE2_CD2_CE3);
 963
 964     xi[atCZ2] = b_CE2_CZ2*sin(a_CD2_CE2_CZ2);
 965     yi[atCZ2] = yi[atCE2]-b_CE2_CZ2*cos(a_CD2_CE2_CZ2);
 966
 967     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - M_PI;
 968     xi[atCZ3] = xi[atCE3]+b_CE3_CZ3*sin(alpha);
 969     yi[atCZ3] = yi[atCE3]+b_CE3_CZ3*cos(alpha);
 970
 971     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - M_PI;
 972     xi[atCH2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_CH2*sin(alpha);
 973     yi[atCH2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_CH2*cos(alpha);
 974
 975     /* hydrogens */
 976     alpha     = a_CE2_CD2_CG + a_CD2_CG_CD1 - a_CG_CD1_HD1;
 977     xi[atHD1] = xi[atCD1]-b_CD1_HD1*sin(alpha);
 978     yi[atHD1] = yi[atCD1]+b_CD1_HD1*cos(alpha);
 979
 980     alpha     = a_NE1_CE2_CD2 + M_PI - a_HE1_NE1_CE2;
 981     xi[atHE1] = xi[atNE1]-b_NE1_HE1*sin(alpha);
 982     yi[atHE1] = yi[atNE1]-b_NE1_HE1*cos(alpha);
 983
 984     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + M_PI - a_CD2_CE3_HE3;
 985     xi[atHE3] = xi[atCE3]+b_CE3_HE3*sin(alpha);
 986     yi[atHE3] = yi[atCE3]+b_CE3_HE3*cos(alpha);
 987
 988     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + M_PI - a_CE2_CZ2_HZ2;
 989     xi[atHZ2] = xi[atCZ2]+b_CZ2_HZ2*sin(alpha);
 990     yi[atHZ2] = yi[atCZ2]-b_CZ2_HZ2*cos(alpha);
 991
 992     alpha     = a_CD2_CE2_CZ2 + a_CE2_CZ2_CH2 - a_CZ2_CH2_HH2;
 993     xi[atHZ3] = xi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*sin(alpha);
 994     yi[atHZ3] = yi[atCZ3]+b_CZ3_HZ3*cos(alpha);
 995
 996     alpha     = a_CE2_CD2_CE3 + a_CD2_CE3_CZ3 - a_CE3_CZ3_HZ3;
 997     xi[atHH2] = xi[atCH2]+b_CH2_HH2*sin(alpha);
 998     yi[atHH2] = yi[atCH2]-b_CH2_HH2*cos(alpha);
 999
1000     /* Determine coeff. for the line CB-CG */
1001     lineA = (yi[atCB]-yi[atCG])/(xi[atCB]-xi[atCG]);
1002     lineB = yi[atCG]-lineA*xi[atCG];
1003
1004     /* Calculate masses for each ring and put it on the dummy masses */
1005     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1006     {
1007         mM[j] = xcom[j] = ycom[j] = 0;
1008     }
1009     for (i = 0; i < atNR; i++)
1010     {
1011         if (i != atCB)
1012         {
1013             for (j = 0; j < NMASS; j++)
1014             {
1015                 mM[j]   += mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1016                 xcom[j] += xi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1017                 ycom[j] += yi[i] * mw[j][i] * at->atom[ats[i]].m;
1018             }
1019         }
1020     }
1021     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1022     {
1023         xcom[j] /= mM[j];
1024         ycom[j] /= mM[j];
1025     }
1026
1027     /* get dummy mass type */
1028     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1029     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with CB */
1030     i0 = ats[atCB];
1031     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1032     {
1033         atM[j] = i0+*nadd+j;
1034     }
1035     if (debug)
1036     {
1037         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, (*o2n)[i0]+1);
1038     }
1039     *nadd += NMASS;
1040     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1041     {
1042         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1043     }
1044     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1045     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1046     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1047     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1048     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1049     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1050     {
1051         (*newatomname)[at->nr+*nadd-1-j] = NULL;
1052     }
1053
1054     /* Dummy masses will be placed at the center-of-mass in each ring. */
1055
1056     /* calc initial position for dummy masses in real (non-local) coordinates.
1057      * Cheat by using the routine to calculate virtual site parameters. It is
1058      * much easier when we have the coordinates expressed in terms of
1059      * CB, CG, CD2.
1060      */
1061     rvec_sub(x[ats[atCB]], x[ats[atCG]], r_ij);
1062     rvec_sub(x[ats[atCD2]], x[ats[atCG]], r_ik);
1063     calc_vsite3_param(xcom[0], ycom[0], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1064                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1065     svmul(a, r_ij, t1);
1066     svmul(b, r_ik, t2);
1067     rvec_add(t1, t2, t1);
1068     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[0]]);
1069
1070     calc_vsite3_param(xcom[1], ycom[1], xi[atCG], yi[atCG], xi[atCB], yi[atCB],
1071                       xi[atCD2], yi[atCD2], &a, &b);
1072     svmul(a, r_ij, t1);
1073     svmul(b, r_ik, t2);
1074     rvec_add(t1, t2, t1);
1075     rvec_add(t1, x[ats[atCG]], (*newx)[atM[1]]);
1076
1077     /* set parameters for the masses */
1078     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1079     {
1080         sprintf(name, "MW%d", j+1);
1081         (*newatomname)  [atM[j]]         = put_symtab(symtab, name);
1082         (*newatom)      [atM[j]].m       = (*newatom)[atM[j]].mB    = mM[j];
1083         (*newatom)      [atM[j]].q       = (*newatom)[atM[j]].qB    = 0.0;
1084         (*newatom)      [atM[j]].type    = (*newatom)[atM[j]].typeB = tpM;
1085         (*newatom)      [atM[j]].ptype   = eptAtom;
1086         (*newatom)      [atM[j]].resind  = at->atom[i0].resind;
1087         (*newatom)      [atM[j]].elem[0] = 'M';
1088         (*newatom)      [atM[j]].elem[1] = '\0';
1089         (*newvsite_type)[atM[j]]         = NOTSET;
1090         (*newcgnr)      [atM[j]]         = (*cgnr)[i0];
1091     }
1092     /* renumber cgnr: */
1093     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1094     {
1095         (*cgnr)[i]++;
1096     }
1097
1098     /* constraints between CB, M1 and M2 */
1099     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
1100     dCBM1 = sqrt( sqr(xcom[0]-xi[atCB]) + sqr(ycom[0]-yi[atCB]) );
1101     dM1M2 = sqrt( sqr(xcom[0]-xcom[1]) + sqr(ycom[0]-ycom[1]) );
1102     dCBM2 = sqrt( sqr(xcom[1]-xi[atCB]) + sqr(ycom[1]-yi[atCB]) );
1103     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[0], dCBM1);
1104     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCB],       add_shift+atM[1], dCBM2);
1105     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], dM1M2);
1106
1107     /* rest will be vsite3 */
1108     nvsite = 0;
1109     for (i = 0; i < atNR; i++)
1110     {
1111         if (i != atCB)
1112         {
1113             at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1114             (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1115             nvsite++;
1116         }
1117     }
1118
1119     /* now define all vsites from M1, M2, CB, ie:
1120        r_d = r_M1 + a r_M1_M2 + b r_M1_CB */
1121     for (i = 0; i < atNR; i++)
1122     {
1123         if ( (*vsite_type)[ats[i]] == F_VSITE3)
1124         {
1125             calc_vsite3_param(xi[i], yi[i], xcom[0], ycom[0], xcom[1], ycom[1], xi[atCB], yi[atCB], &a, &b);
1126             add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1127                              ats[i], add_shift+atM[0], add_shift+atM[1], ats[atCB], a, b);
1128         }
1129     }
1130     return nvsite;
1131 #undef NMASS
1132 }
1133
1134
1135 static int gen_vsites_tyr(gpp_atomtype_t atype, rvec *newx[],
1136                           t_atom *newatom[], char ***newatomname[],
1137                           int *o2n[], int *newvsite_type[], int *newcgnr[],
1138                           t_symtab *symtab, int *nadd, rvec x[], int *cgnr[],
1139                           t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1140                           int nrfound, int *ats, int add_shift,
1141                           t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1142 {
1143     int  nvsite, i, i0, j, atM, tpM;
1144     real dCGCE, dCEOH, dCGM, tmp1, a, b;
1145     real bond_cc, bond_ch, bond_co, bond_oh, angle_coh;
1146     real xcom, mtot;
1147     real vmass, vdist, mM;
1148     rvec r1;
1149     char name[10];
1150
1151     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1152     enum {
1153         atCG, atCD1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atCE2, atHE2,
1154         atCZ, atOH, atHH, atNR
1155     };
1156     real xi[atNR], yi[atNR];
1157     /* CG, CE1, CE2 (as in general 6-ring) and OH and HH stay,
1158        rest gets virtualized.
1159        Now we have two linked triangles with one improper keeping them flat */
1160     if (atNR != nrfound)
1161     {
1162         gmx_incons("Number of atom types in gen_vsites_tyr");
1163     }
1164
1165     /* Aromatic rings have 6-fold symmetry, so we only need one bond length
1166      * for the ring part (angle is always 120 degrees).
1167      */
1168     bond_cc   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "CE1");
1169     bond_ch   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CD1", "HD1");
1170     bond_co   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH");
1171     bond_oh   = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "OH", "HH");
1172     angle_coh = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, "TYR", "CZ", "OH", "HH");
1173
1174     xi[atCG]  = -bond_cc+bond_cc*cos(ANGLE_6RING);
1175     yi[atCG]  = 0;
1176     xi[atCD1] = -bond_cc;
1177     yi[atCD1] = bond_cc*sin(0.5*ANGLE_6RING);
1178     xi[atHD1] = xi[atCD1]+bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
1179     yi[atHD1] = yi[atCD1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
1180     xi[atCE1] = 0;
1181     yi[atCE1] = yi[atCD1];
1182     xi[atHE1] = xi[atCE1]-bond_ch*cos(ANGLE_6RING);
1183     yi[atHE1] = yi[atCE1]+bond_ch*sin(ANGLE_6RING);
1184     xi[atCD2] = xi[atCD1];
1185     yi[atCD2] = -yi[atCD1];
1186     xi[atHD2] = xi[atHD1];
1187     yi[atHD2] = -yi[atHD1];
1188     xi[atCE2] = xi[atCE1];
1189     yi[atCE2] = -yi[atCE1];
1190     xi[atHE2] = xi[atHE1];
1191     yi[atHE2] = -yi[atHE1];
1192     xi[atCZ]  = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING);
1193     yi[atCZ]  = 0;
1194     xi[atOH]  = xi[atCZ]+bond_co;
1195     yi[atOH]  = 0;
1196
1197     xcom = mtot = 0;
1198     for (i = 0; i < atOH; i++)
1199     {
1200         xcom += xi[i]*at->atom[ats[i]].m;
1201         mtot += at->atom[ats[i]].m;
1202     }
1203     xcom /= mtot;
1204
1205     /* first do 6 ring as default,
1206        except CZ (we'll do that different) and HZ (we don't have that): */
1207     nvsite = gen_vsites_6ring(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, bond_cc, bond_ch, xcom, FALSE);
1208
1209     /* then construct CZ from the 2nd triangle */
1210     /* vsite3 construction: r_d = r_i + a r_ij + b r_ik */
1211     a = b = 0.5 * bond_co / ( bond_co - bond_cc*cos(ANGLE_6RING) );
1212     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1213                      ats[atCZ], ats[atOH], ats[atCE1], ats[atCE2], a, b);
1214     at->atom[ats[atCZ]].m = at->atom[ats[atCZ]].mB = 0;
1215
1216     /* constraints between CE1, CE2 and OH */
1217     dCGCE = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_cc, ANGLE_6RING) );
1218     dCEOH = sqrt( cosrule(bond_cc, bond_co, ANGLE_6RING) );
1219     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE1], ats[atOH], dCEOH);
1220     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCE2], ats[atOH], dCEOH);
1221
1222     /* We also want to constrain the angle C-O-H, but since CZ is constructed
1223      * we need to introduce a constraint to CG.
1224      * CG is much further away, so that will lead to instabilities in LINCS
1225      * when we constrain both CG-HH and OH-HH distances. Instead of requiring
1226      * the use of lincs_order=8 we introduce a dummy mass three times further
1227      * away from OH than HH. The mass is accordingly a third, with the remaining
1228      * 2/3 moved to OH. This shouldnt cause any problems since the forces will
1229      * apply to the HH constructed atom and not directly on the virtual mass.
1230      */
1231
1232     vdist                   = 2.0*bond_oh;
1233     mM                      = at->atom[ats[atHH]].m/2.0;
1234     at->atom[ats[atOH]].m  += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1235     at->atom[ats[atOH]].mB += mM; /* add 1/2 of original H mass */
1236     at->atom[ats[atHH]].m   = at->atom[ats[atHH]].mB = 0;
1237
1238     /* get dummy mass type */
1239     tpM = vsite_nm2type("MW", atype);
1240     /* make space for 1 mass: shift HH only */
1241     i0  = ats[atHH];
1242     atM = i0+*nadd;
1243     if (debug)
1244     {
1245         fprintf(stderr, "Inserting 1 dummy mass at %d\n", (*o2n)[i0]+1);
1246     }
1247     (*nadd)++;
1248     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1249     {
1250         (*o2n)[j] = j+*nadd;
1251     }
1252     srenew(*newx, at->nr+*nadd);
1253     srenew(*newatom, at->nr+*nadd);
1254     srenew(*newatomname, at->nr+*nadd);
1255     srenew(*newvsite_type, at->nr+*nadd);
1256     srenew(*newcgnr, at->nr+*nadd);
1257     (*newatomname)[at->nr+*nadd-1] = NULL;
1258
1259     /* Calc the dummy mass initial position */
1260     rvec_sub(x[ats[atHH]], x[ats[atOH]], r1);
1261     svmul(2.0, r1, r1);
1262     rvec_add(r1, x[ats[atHH]], (*newx)[atM]);
1263
1264     strcpy(name, "MW1");
1265     (*newatomname)  [atM]         = put_symtab(symtab, name);
1266     (*newatom)      [atM].m       = (*newatom)[atM].mB    = mM;
1267     (*newatom)      [atM].q       = (*newatom)[atM].qB    = 0.0;
1268     (*newatom)      [atM].type    = (*newatom)[atM].typeB = tpM;
1269     (*newatom)      [atM].ptype   = eptAtom;
1270     (*newatom)      [atM].resind  = at->atom[i0].resind;
1271     (*newatom)      [atM].elem[0] = 'M';
1272     (*newatom)      [atM].elem[1] = '\0';
1273     (*newvsite_type)[atM]         = NOTSET;
1274     (*newcgnr)      [atM]         = (*cgnr)[i0];
1275     /* renumber cgnr: */
1276     for (i = i0; i < at->nr; i++)
1277     {
1278         (*cgnr)[i]++;
1279     }
1280
1281     (*vsite_type)[ats[atHH]] = F_VSITE2;
1282     nvsite++;
1283     /* assume we also want the COH angle constrained: */
1284     tmp1 = bond_cc*cos(0.5*ANGLE_6RING) + dCGCE*sin(ANGLE_6RING*0.5) + bond_co;
1285     dCGM = sqrt( cosrule(tmp1, vdist, angle_coh) );
1286     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], add_shift+atM, dCGM);
1287     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atOH], add_shift+atM, vdist);
1288
1289     add_vsite2_param(&plist[F_VSITE2],
1290                      ats[atHH], ats[atOH], add_shift+atM, 1.0/2.0);
1291     return nvsite;
1292 }
1293
1294 static int gen_vsites_his(t_atoms *at, int *vsite_type[], t_params plist[],
1295                           int nrfound, int *ats, t_vsitetop *vsitetop, int nvsitetop)
1296 {
1297     int  nvsite, i;
1298     real a, b, alpha, dCGCE1, dCGNE2;
1299     real sinalpha, cosalpha;
1300     real xcom, ycom, mtot;
1301     real mG, mrest, mCE1, mNE2;
1302     real b_CG_ND1, b_ND1_CE1, b_CE1_NE2, b_CG_CD2, b_CD2_NE2;
1303     real b_ND1_HD1, b_NE2_HE2, b_CE1_HE1, b_CD2_HD2;
1304     real a_CG_ND1_CE1, a_CG_CD2_NE2, a_ND1_CE1_NE2, a_CE1_NE2_CD2;
1305     real a_NE2_CE1_HE1, a_NE2_CD2_HD2, a_CE1_ND1_HD1, a_CE1_NE2_HE2;
1306     char resname[10];
1307
1308     /* these MUST correspond to the atnms array in do_vsite_aromatics! */
1309     enum {
1310         atCG, atND1, atHD1, atCD2, atHD2, atCE1, atHE1, atNE2, atHE2, atNR
1311     };
1312     real x[atNR], y[atNR];
1313
1314     /* CG, CE1 and NE2 stay, each gets part of the total mass,
1315        rest gets virtualized */
1316     /* check number of atoms, 3 hydrogens may be missing: */
1317     /* assert( nrfound >= atNR-3 || nrfound <= atNR );
1318      * Don't understand the above logic. Shouldn't it be && rather than || ???
1319      */
1320     if ((nrfound < atNR-3) || (nrfound > atNR))
1321     {
1322         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1323     }
1324
1325     /* avoid warnings about uninitialized variables */
1326     b_ND1_HD1 = b_NE2_HE2 = b_CE1_HE1 = b_CD2_HD2 = a_NE2_CE1_HE1 =
1327                         a_NE2_CD2_HD2 = a_CE1_ND1_HD1 = a_CE1_NE2_HE2 = 0;
1328
1329     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1330     {
1331         if (ats[atHE2] != NOTSET)
1332         {
1333             sprintf(resname, "HISH");
1334         }
1335         else
1336         {
1337             sprintf(resname, "HISA");
1338         }
1339     }
1340     else
1341     {
1342         sprintf(resname, "HISB");
1343     }
1344
1345     /* Get geometry from database */
1346     b_CG_ND1      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1");
1347     b_ND1_CE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1");
1348     b_CE1_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2");
1349     b_CG_CD2      = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2");
1350     b_CD2_NE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "NE2");
1351     a_CG_ND1_CE1  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "ND1", "CE1");
1352     a_CG_CD2_NE2  = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CG", "CD2", "NE2");
1353     a_ND1_CE1_NE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "CE1", "NE2");
1354     a_CE1_NE2_CD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "CD2");
1355
1356     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1357     {
1358         b_ND1_HD1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "ND1", "HD1");
1359         a_CE1_ND1_HD1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "ND1", "HD1");
1360     }
1361     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1362     {
1363         b_NE2_HE2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "HE2");
1364         a_CE1_NE2_HE2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "NE2", "HE2");
1365     }
1366     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1367     {
1368         b_CD2_HD2     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CD2", "HD2");
1369         a_NE2_CD2_HD2 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CD2", "HD2");
1370     }
1371     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1372     {
1373         b_CE1_HE1     = get_ddb_bond(vsitetop, nvsitetop, resname, "CE1", "HE1");
1374         a_NE2_CE1_HE1 = DEG2RAD*get_ddb_angle(vsitetop, nvsitetop, resname, "NE2", "CE1", "HE1");
1375     }
1376
1377     /* constraints between CG, CE1 and NE1 */
1378     dCGCE1   = sqrt( cosrule(b_CG_ND1, b_ND1_CE1, a_CG_ND1_CE1) );
1379     dCGNE2   = sqrt( cosrule(b_CG_CD2, b_CD2_NE2, a_CG_CD2_NE2) );
1380
1381     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atCE1], dCGCE1);
1382     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), ats[atCG], ats[atNE2], dCGNE2);
1383     /* we already have a constraint CE1-NE2, so we don't add it again */
1384
1385     /* calculate the positions in a local frame of reference.
1386      * The x-axis is the line from CG that makes a right angle
1387      * with the bond CE1-NE2, and the y-axis the bond CE1-NE2.
1388      */
1389     /* First calculate the x-axis intersection with y-axis (=yCE1).
1390      * Get cos(angle CG-CE1-NE2) :
1391      */
1392     cosalpha = acosrule(dCGNE2, dCGCE1, b_CE1_NE2);
1393     x[atCE1] = 0;
1394     y[atCE1] = cosalpha*dCGCE1;
1395     x[atNE2] = 0;
1396     y[atNE2] = y[atCE1]-b_CE1_NE2;
1397     sinalpha = sqrt(1-cosalpha*cosalpha);
1398     x[atCG]  = -sinalpha*dCGCE1;
1399     y[atCG]  = 0;
1400     x[atHE1] = x[atHE2] = x[atHD1] = x[atHD2] = 0;
1401     y[atHE1] = y[atHE2] = y[atHD1] = y[atHD2] = 0;
1402
1403     /* calculate ND1 and CD2 positions from CE1 and NE2 */
1404
1405     x[atND1] = -b_ND1_CE1*sin(a_ND1_CE1_NE2);
1406     y[atND1] = y[atCE1]-b_ND1_CE1*cos(a_ND1_CE1_NE2);
1407
1408     x[atCD2] = -b_CD2_NE2*sin(a_CE1_NE2_CD2);
1409     y[atCD2] = y[atNE2]+b_CD2_NE2*cos(a_CE1_NE2_CD2);
1410
1411     /* And finally the hydrogen positions */
1412     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1413     {
1414         x[atHE1] = x[atCE1] + b_CE1_HE1*sin(a_NE2_CE1_HE1);
1415         y[atHE1] = y[atCE1] - b_CE1_HE1*cos(a_NE2_CE1_HE1);
1416     }
1417     /* HD2 - first get (ccw) angle from (positive) y-axis */
1418     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1419     {
1420         alpha    = a_CE1_NE2_CD2 + M_PI - a_NE2_CD2_HD2;
1421         x[atHD2] = x[atCD2] - b_CD2_HD2*sin(alpha);
1422         y[atHD2] = y[atCD2] + b_CD2_HD2*cos(alpha);
1423     }
1424     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1425     {
1426         /* HD1 - first get (cw) angle from (positive) y-axis */
1427         alpha    = a_ND1_CE1_NE2 + M_PI - a_CE1_ND1_HD1;
1428         x[atHD1] = x[atND1] - b_ND1_HD1*sin(alpha);
1429         y[atHD1] = y[atND1] - b_ND1_HD1*cos(alpha);
1430     }
1431     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1432     {
1433         x[atHE2] = x[atNE2] + b_NE2_HE2*sin(a_CE1_NE2_HE2);
1434         y[atHE2] = y[atNE2] + b_NE2_HE2*cos(a_CE1_NE2_HE2);
1435     }
1436     /* Have all coordinates now */
1437
1438     /* calc center-of-mass; keep atoms CG, CE1, NE2 and
1439      * set the rest to vsite3
1440      */
1441     mtot   = xcom = ycom = 0;
1442     nvsite = 0;
1443     for (i = 0; i < atNR; i++)
1444     {
1445         if (ats[i] != NOTSET)
1446         {
1447             mtot += at->atom[ats[i]].m;
1448             xcom += x[i]*at->atom[ats[i]].m;
1449             ycom += y[i]*at->atom[ats[i]].m;
1450             if (i != atCG && i != atCE1 && i != atNE2)
1451             {
1452                 at->atom[ats[i]].m    = at->atom[ats[i]].mB = 0;
1453                 (*vsite_type)[ats[i]] = F_VSITE3;
1454                 nvsite++;
1455             }
1456         }
1457     }
1458     if (nvsite+3 != nrfound)
1459     {
1460         gmx_incons("Generating vsites for HIS");
1461     }
1462
1463     xcom /= mtot;
1464     ycom /= mtot;
1465
1466     /* distribute mass so that com stays the same */
1467     mG    = xcom*mtot/x[atCG];
1468     mrest = mtot-mG;
1469     mCE1  = (ycom-y[atNE2])*mrest/(y[atCE1]-y[atNE2]);
1470     mNE2  = mrest-mCE1;
1471
1472     at->atom[ats[atCG]].m  = at->atom[ats[atCG]].mB = mG;
1473     at->atom[ats[atCE1]].m = at->atom[ats[atCE1]].mB = mCE1;
1474     at->atom[ats[atNE2]].m = at->atom[ats[atNE2]].mB = mNE2;
1475
1476     /* HE1 */
1477     if (ats[atHE1] != NOTSET)
1478     {
1479         calc_vsite3_param(x[atHE1], y[atHE1], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1480                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1481         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1482                          ats[atHE1], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1483     }
1484     /* HE2 */
1485     if (ats[atHE2] != NOTSET)
1486     {
1487         calc_vsite3_param(x[atHE2], y[atHE2], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1488                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1489         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1490                          ats[atHE2], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1491     }
1492
1493     /* ND1 */
1494     calc_vsite3_param(x[atND1], y[atND1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1495                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1496     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1497                      ats[atND1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1498
1499     /* CD2 */
1500     calc_vsite3_param(x[atCD2], y[atCD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1501                       x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1502     add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1503                      ats[atCD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1504
1505     /* HD1 */
1506     if (ats[atHD1] != NOTSET)
1507     {
1508         calc_vsite3_param(x[atHD1], y[atHD1], x[atNE2], y[atNE2], x[atCE1], y[atCE1],
1509                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1510         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1511                          ats[atHD1], ats[atNE2], ats[atCE1], ats[atCG], a, b);
1512     }
1513     /* HD2 */
1514     if (ats[atHD2] != NOTSET)
1515     {
1516         calc_vsite3_param(x[atHD2], y[atHD2], x[atCE1], y[atCE1], x[atNE2], y[atNE2],
1517                           x[atCG], y[atCG], &a, &b);
1518         add_vsite3_param(&plist[F_VSITE3],
1519                          ats[atHD2], ats[atCE1], ats[atNE2], ats[atCG], a, b);
1520     }
1521     return nvsite;
1522 }
1523
1524 static gmx_bool is_vsite(int vsite_type)
1525 {
1526     if (vsite_type == NOTSET)
1527     {
1528         return FALSE;
1529     }
1530     switch (abs(vsite_type) )
1531     {
1532         case F_VSITE3:
1533         case F_VSITE3FD:
1534         case F_VSITE3OUT:
1535         case F_VSITE3FAD:
1536         case F_VSITE4FD:
1537         case F_VSITE4FDN:
1538             return TRUE;
1539         default:
1540             return FALSE;
1541     }
1542 }
1543
1544 static char atomnamesuffix[] = "1234";
1545
1546 void do_vsites(int nrtp, t_restp rtp[], gpp_atomtype_t atype,
1547                t_atoms *at, t_symtab *symtab, rvec *x[],
1548                t_params plist[], int *vsite_type[], int *cgnr[],
1549                real mHmult, gmx_bool bVsiteAromatics,
1550                const char *ffdir)
1551 {
1552 #define MAXATOMSPERRESIDUE 16
1553     int               i, j, k, m, i0, ni0, whatres, resind, add_shift, ftype, nvsite, nadd;
1554     int               ai, aj, ak, al;
1555     int               nrfound = 0, needed, nrbonds, nrHatoms, Heavy, nrheavies, tpM, tpHeavy;
1556     int               Hatoms[4], heavies[4], bb;
1557     gmx_bool          bWARNING, bAddVsiteParam, bFirstWater;
1558     matrix            tmpmat;
1559     gmx_bool         *bResProcessed;
1560     real              mHtot, mtot, fact, fact2;
1561     rvec              rpar, rperp, temp;
1562     char              name[10], tpname[32], nexttpname[32], *ch;
1563     rvec             *newx;
1564     int              *o2n, *newvsite_type, *newcgnr, ats[MAXATOMSPERRESIDUE];
1565     t_atom           *newatom;
1566     t_params         *params;
1567     char           ***newatomname;
1568     char             *resnm = NULL;
1569     int               ndb, f;
1570     char            **db;
1571     int               nvsiteconf, nvsitetop, cmplength;
1572     gmx_bool          isN, planarN, bFound;
1573     gmx_residuetype_t*rt;
1574
1575     t_vsiteconf      *vsiteconflist;
1576     /* pointer to a list of CH3/NH3/NH2 configuration entries.
1577      * See comments in read_vsite_database. It isnt beautiful,
1578      * but it had to be fixed, and I dont even want to try to
1579      * maintain this part of the code...
1580      */
1581     t_vsitetop *vsitetop;
1582     /* Pointer to a list of geometry (bond/angle) entries for
1583      * residues like PHE, TRP, TYR, HIS, etc., where we need
1584      * to know the geometry to construct vsite aromatics.
1585      * Note that equilibrium geometry isnt necessarily the same
1586      * as the individual bond and angle values given in the
1587      * force field (rings can be strained).
1588      */
1589
1590     /* if bVsiteAromatics=TRUE do_vsites will specifically convert atoms in
1591        PHE, TRP, TYR and HIS to a construction of virtual sites */
1592     enum                    {
1593         resPHE, resTRP, resTYR, resHIS, resNR
1594     };
1595     const char *resnms[resNR]   = {   "PHE",  "TRP",  "TYR",  "HIS" };
1596     /* Amber03 alternative names for termini */
1597     const char *resnmsN[resNR]  = {  "NPHE", "NTRP", "NTYR", "NHIS" };
1598     const char *resnmsC[resNR]  = {  "CPHE", "CTRP", "CTYR", "CHIS" };
1599     /* HIS can be known as HISH, HIS1, HISA, HID, HIE, HIP, etc. too */
1600     gmx_bool    bPartial[resNR]  = {  FALSE,  FALSE,  FALSE,   TRUE  };
1601     /* the atnms for every residue MUST correspond to the enums in the
1602        gen_vsites_* (one for each residue) routines! */
1603     /* also the atom names in atnms MUST be in the same order as in the .rtp! */
1604     const char *atnms[resNR][MAXATOMSPERRESIDUE+1] = {
1605         { "CG", /* PHE */
1606           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1607           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1608           "CZ", "HZ", NULL },
1609         { "CB", /* TRP */
1610           "CG",
1611           "CD1", "HD1", "CD2",
1612           "NE1", "HE1", "CE2", "CE3", "HE3",
1613           "CZ2", "HZ2", "CZ3", "HZ3",
1614           "CH2", "HH2", NULL },
1615         { "CG", /* TYR */
1616           "CD1", "HD1", "CD2", "HD2",
1617           "CE1", "HE1", "CE2", "HE2",
1618           "CZ", "OH", "HH", NULL },
1619         { "CG", /* HIS */
1620           "ND1", "HD1", "CD2", "HD2",
1621           "CE1", "HE1", "NE2", "HE2", NULL }
1622     };
1623
1624     if (debug)
1625     {
1626         printf("Searching for atoms to make virtual sites ...\n");
1627         fprintf(debug, "# # # VSITES # # #\n");
1628     }
1629
1630     ndb           = fflib_search_file_end(ffdir, ".vsd", FALSE, &db);
1631     nvsiteconf    = 0;
1632     vsiteconflist = NULL;
1633     nvsitetop     = 0;
1634     vsitetop      = NULL;
1635     for (f = 0; f < ndb; f++)
1636     {
1637         read_vsite_database(db[f], &vsiteconflist, &nvsiteconf, &vsitetop, &nvsitetop);
1638         sfree(db[f]);
1639     }
1640     sfree(db);
1641
1642     bFirstWater = TRUE;
1643     nvsite      = 0;
1644     nadd        = 0;
1645     /* we need a marker for which atoms should *not* be renumbered afterwards */
1646     add_shift = 10*at->nr;
1647     /* make arrays where masses can be inserted into */
1648     snew(newx, at->nr);
1649     snew(newatom, at->nr);
1650     snew(newatomname, at->nr);
1651     snew(newvsite_type, at->nr);
1652     snew(newcgnr, at->nr);
1653     /* make index array to tell where the atoms go to when masses are inserted */
1654     snew(o2n, at->nr);
1655     for (i = 0; i < at->nr; i++)
1656     {
1657         o2n[i] = i;
1658     }
1659     /* make index to tell which residues were already processed */
1660     snew(bResProcessed, at->nres);
1661
1662     gmx_residuetype_init(&rt);
1663
1664     /* generate vsite constructions */
1665     /* loop over all atoms */
1666     resind = -1;
1667     for (i = 0; (i < at->nr); i++)
1668     {
1669         if (at->atom[i].resind != resind)
1670         {
1671             resind = at->atom[i].resind;
1672             resnm  = *(at->resinfo[resind].name);
1673         }
1674         /* first check for aromatics to virtualize */
1675         /* don't waste our effort on DNA, water etc. */
1676         /* Only do the vsite aromatic stuff when we reach the
1677          * CA atom, since there might be an X2/X3 group on the
1678          * N-terminus that must be treated first.
1679          */
1680         if (bVsiteAromatics &&
1681             !strcmp(*(at->atomname[i]), "CA") &&
1682             !bResProcessed[resind] &&
1683             gmx_residuetype_is_protein(rt, *(at->resinfo[resind].name)) )
1684         {
1685             /* mark this residue */
1686             bResProcessed[resind] = TRUE;
1687             /* find out if this residue needs converting */
1688             whatres = NOTSET;
1689             for (j = 0; j < resNR && whatres == NOTSET; j++)
1690             {
1691
1692                 cmplength = bPartial[j] ? strlen(resnm)-1 : strlen(resnm);
1693
1694                 bFound = ((gmx_strncasecmp(resnm, resnms[j], cmplength) == 0) ||
1695                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsN[j], cmplength) == 0) ||
1696                           (gmx_strncasecmp(resnm, resnmsC[j], cmplength) == 0));
1697
1698                 if (bFound)
1699                 {
1700                     whatres = j;
1701                     /* get atoms we will be needing for the conversion */
1702                     nrfound = 0;
1703                     for (k = 0; atnms[j][k]; k++)
1704                     {
1705                         ats[k] = NOTSET;
1706                         for (m = i; m < at->nr && at->atom[m].resind == resind && ats[k] == NOTSET; m++)
1707                         {
1708                             if (gmx_strcasecmp(*(at->atomname[m]), atnms[j][k]) == 0)
1709                             {
1710                                 ats[k] = m;
1711                                 nrfound++;
1712                             }
1713                         }
1714                     }
1715
1716                     /* now k is number of atom names in atnms[j] */
1717                     if (j == resHIS)
1718                     {
1719                         needed = k-3;
1720                     }
1721                     else
1722                     {
1723                         needed = k;
1724                     }
1725                     if (nrfound < needed)
1726                     {
1727                         gmx_fatal(FARGS, "not enough atoms found (%d, need %d) in "
1728                                   "residue %s %d while\n             "
1729                                   "generating aromatics virtual site construction",
1730                                   nrfound, needed, resnm, at->resinfo[resind].nr);
1731                     }
1732                     /* Advance overall atom counter */
1733                     i++;
1734                 }
1735             }
1736             /* the enums for every residue MUST correspond to atnms[residue] */
1737             switch (whatres)
1738             {
1739                 case resPHE:
1740                     if (debug)
1741                     {
1742                         fprintf(stderr, "PHE at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1743                     }
1744                     nvsite += gen_vsites_phe(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1745                     break;
1746                 case resTRP:
1747                     if (debug)
1748                     {
1749                         fprintf(stderr, "TRP at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1750                     }
1751                     nvsite += gen_vsites_trp(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1752                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1753                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1754                     break;
1755                 case resTYR:
1756                     if (debug)
1757                     {
1758                         fprintf(stderr, "TYR at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1759                     }
1760                     nvsite += gen_vsites_tyr(atype, &newx, &newatom, &newatomname, &o2n,
1761                                              &newvsite_type, &newcgnr, symtab, &nadd, *x, cgnr,
1762                                              at, vsite_type, plist, nrfound, ats, add_shift, vsitetop, nvsitetop);
1763                     break;
1764                 case resHIS:
1765                     if (debug)
1766                     {
1767                         fprintf(stderr, "HIS at %d\n", o2n[ats[0]]+1);
1768                     }
1769                     nvsite += gen_vsites_his(at, vsite_type, plist, nrfound, ats, vsitetop, nvsitetop);
1770                     break;
1771                 case NOTSET:
1772                     /* this means this residue won't be processed */
1773                     break;
1774                 default:
1775                     gmx_fatal(FARGS, "DEATH HORROR in do_vsites (%s:%d)",
1776                               __FILE__, __LINE__);
1777             } /* switch whatres */
1778               /* skip back to beginning of residue */
1779             while (i > 0 && at->atom[i-1].resind == resind)
1780             {
1781                 i--;
1782             }
1783         } /* if bVsiteAromatics & is protein */
1784
1785         /* now process the rest of the hydrogens */
1786         /* only process hydrogen atoms which are not already set */
1787         if ( ((*vsite_type)[i] == NOTSET) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])))
1788         {
1789             /* find heavy atom, count #bonds from it and #H atoms bound to it
1790                and return H atom numbers (Hatoms) and heavy atom numbers (heavies) */
1791             count_bonds(i, &plist[F_BONDS], at->atomname,
1792                         &nrbonds, &nrHatoms, Hatoms, &Heavy, &nrheavies, heavies);
1793             /* get Heavy atom type */
1794             tpHeavy = get_atype(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1795             strcpy(tpname, get_atomtype_name(tpHeavy, atype));
1796
1797             bWARNING       = FALSE;
1798             bAddVsiteParam = TRUE;
1799             /* nested if's which check nrHatoms, nrbonds and atomname */
1800             if (nrHatoms == 1)
1801             {
1802                 switch (nrbonds)
1803                 {
1804                     case 2: /* -O-H */
1805                         (*vsite_type)[i] = F_BONDS;
1806                         break;
1807                     case 3: /* =CH-, -NH- or =NH+- */
1808                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE3FD;
1809                         break;
1810                     case 4: /* --CH- (tert) */
1811                         /* The old type 4FD had stability issues, so
1812                          * all new constructs should use 4FDN
1813                          */
1814                         (*vsite_type)[i] = F_VSITE4FDN;
1815
1816                         /* Check parity of heavy atoms from coordinates */
1817                         ai = Heavy;
1818                         aj = heavies[0];
1819                         ak = heavies[1];
1820                         al = heavies[2];
1821                         rvec_sub((*x)[aj], (*x)[ai], tmpmat[0]);
1822                         rvec_sub((*x)[ak], (*x)[ai], tmpmat[1]);
1823                         rvec_sub((*x)[al], (*x)[ai], tmpmat[2]);
1824
1825                         if (det(tmpmat) > 0)
1826                         {
1827                             /* swap parity */
1828                             heavies[1] = aj;
1829                             heavies[0] = ak;
1830                         }
1831
1832                         break;
1833                     default: /* nrbonds != 2, 3 or 4 */
1834                         bWARNING = TRUE;
1835                 }
1836
1837             }
1838             else if ( /*(nrHatoms == 2) && (nrbonds == 2) && REMOVED this test
1839                          DvdS 19-01-04 */
1840                 (gmx_strncasecmp(*at->atomname[Heavy], "OW", 2) == 0) )
1841             {
1842                 bAddVsiteParam = FALSE; /* this is water: skip these hydrogens */
1843                 if (bFirstWater)
1844                 {
1845                     bFirstWater = FALSE;
1846                     if (debug)
1847                     {
1848                         fprintf(debug,
1849                                 "Not converting hydrogens in water to virtual sites\n");
1850                     }
1851                 }
1852             }
1853             else if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 4) )
1854             {
1855                 /* -CH2- , -NH2+- */
1856                 (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3OUT;
1857                 (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3OUT;
1858             }
1859             else
1860             {
1861                 /* 2 or 3 hydrogen atom, with 3 or 4 bonds in total to the heavy atom.
1862                  * If it is a nitrogen, first check if it is planar.
1863                  */
1864                 isN = planarN = FALSE;
1865                 if ((nrHatoms == 2) && ((*at->atomname[Heavy])[0] == 'N'))
1866                 {
1867                     isN = TRUE;
1868                     j   = nitrogen_is_planar(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname);
1869                     if (j < 0)
1870                     {
1871                         gmx_fatal(FARGS, "No vsite database NH2 entry for type %s\n", tpname);
1872                     }
1873                     planarN = (j == 1);
1874                 }
1875                 if ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) && ( !isN || planarN ) )
1876                 {
1877                     /* =CH2 or, if it is a nitrogen NH2, it is a planar one */
1878                     (*vsite_type)[Hatoms[0]] = F_VSITE3FAD;
1879                     (*vsite_type)[Hatoms[1]] = -F_VSITE3FAD;
1880                 }
1881                 else if ( ( (nrHatoms == 2) && (nrbonds == 3) &&
1882                             ( isN && !planarN ) ) ||
1883                           ( (nrHatoms == 3) && (nrbonds == 4) ) )
1884                 {
1885                     /* CH3, NH3 or non-planar NH2 group */
1886                     int      Hat_vsite_type[3] = { F_VSITE3, F_VSITE3OUT, F_VSITE3OUT };
1887                     gmx_bool Hat_SwapParity[3] = { FALSE,    TRUE,        FALSE };
1888
1889                     if (debug)
1890                     {
1891                         fprintf(stderr, "-XH3 or nonplanar NH2 group at %d\n", i+1);
1892                     }
1893                     bAddVsiteParam = FALSE; /* we'll do this ourselves! */
1894                     /* -NH2 (umbrella), -NH3+ or -CH3 */
1895                     (*vsite_type)[Heavy]       = F_VSITE3;
1896                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1897                     {
1898                         (*vsite_type)[Hatoms[j]] = Hat_vsite_type[j];
1899                     }
1900                     /* get dummy mass type from first char of heavy atom type (N or C) */
1901
1902                     strcpy(nexttpname, get_atomtype_name(get_atype(heavies[0], at, nrtp, rtp, rt), atype));
1903                     ch = get_dummymass_name(vsiteconflist, nvsiteconf, tpname, nexttpname);
1904
1905                     if (ch == NULL)
1906                     {
1907                         if (ndb > 0)
1908                         {
1909                             gmx_fatal(FARGS, "Can't find dummy mass for type %s bonded to type %s in the virtual site database (.vsd files). Add it to the database!\n", tpname, nexttpname);
1910                         }
1911                         else
1912                         {
1913                             gmx_fatal(FARGS, "A dummy mass for type %s bonded to type %s is required, but no virtual site database (.vsd) files where found.\n", tpname, nexttpname);
1914                         }
1915                     }
1916                     else
1917                     {
1918                         strcpy(name, ch);
1919                     }
1920
1921                     tpM = vsite_nm2type(name, atype);
1922                     /* make space for 2 masses: shift all atoms starting with 'Heavy' */
1923 #define NMASS 2
1924                     i0  = Heavy;
1925                     ni0 = i0+nadd;
1926                     if (debug)
1927                     {
1928                         fprintf(stderr, "Inserting %d dummy masses at %d\n", NMASS, o2n[i0]+1);
1929                     }
1930                     nadd += NMASS;
1931                     for (j = i0; j < at->nr; j++)
1932                     {
1933                         o2n[j] = j+nadd;
1934                     }
1935
1936                     srenew(newx, at->nr+nadd);
1937                     srenew(newatom, at->nr+nadd);
1938                     srenew(newatomname, at->nr+nadd);
1939                     srenew(newvsite_type, at->nr+nadd);
1940                     srenew(newcgnr, at->nr+nadd);
1941
1942                     for (j = 0; j < NMASS; j++)
1943                     {
1944                         newatomname[at->nr+nadd-1-j] = NULL;
1945                     }
1946
1947                     /* calculate starting position for the masses */
1948                     mHtot = 0;
1949                     /* get atom masses, and set Heavy and Hatoms mass to zero */
1950                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1951                     {
1952                         mHtot                += get_amass(Hatoms[j], at, nrtp, rtp, rt);
1953                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
1954                     }
1955                     mtot              = mHtot + get_amass(Heavy, at, nrtp, rtp, rt);
1956                     at->atom[Heavy].m = at->atom[Heavy].mB = 0;
1957                     if (mHmult != 1.0)
1958                     {
1959                         mHtot *= mHmult;
1960                     }
1961                     fact2 = mHtot/mtot;
1962                     fact  = sqrt(fact2);
1963                     /* generate vectors parallel and perpendicular to rotational axis:
1964                      * rpar  = Heavy -> Hcom
1965                      * rperp = Hcom  -> H1   */
1966                     clear_rvec(rpar);
1967                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
1968                     {
1969                         rvec_inc(rpar, (*x)[Hatoms[j]]);
1970                     }
1971                     svmul(1.0/nrHatoms, rpar, rpar); /* rpar = ( H1+H2+H3 ) / 3 */
1972                     rvec_dec(rpar, (*x)[Heavy]);     /*        - Heavy          */
1973                     rvec_sub((*x)[Hatoms[0]], (*x)[Heavy], rperp);
1974                     rvec_dec(rperp, rpar);           /* rperp = H1 - Heavy - rpar */
1975                     /* calc mass positions */
1976                     svmul(fact2, rpar, temp);
1977                     for (j = 0; (j < NMASS); j++) /* xM = xN + fact2 * rpar +/- fact * rperp */
1978                     {
1979                         rvec_add((*x)[Heavy], temp, newx[ni0+j]);
1980                     }
1981                     svmul(fact, rperp, temp);
1982                     rvec_inc(newx[ni0  ], temp);
1983                     rvec_dec(newx[ni0+1], temp);
1984                     /* set atom parameters for the masses */
1985                     for (j = 0; (j < NMASS); j++)
1986                     {
1987                         /* make name: "M??#" or "M?#" (? is atomname, # is number) */
1988                         name[0] = 'M';
1989                         for (k = 0; (*at->atomname[Heavy])[k] && ( k < NMASS ); k++)
1990                         {
1991                             name[k+1] = (*at->atomname[Heavy])[k];
1992                         }
1993                         name[k+1]              = atomnamesuffix[j];
1994                         name[k+2]              = '\0';
1995                         newatomname[ni0+j]     = put_symtab(symtab, name);
1996                         newatom[ni0+j].m       = newatom[ni0+j].mB    = mtot/NMASS;
1997                         newatom[ni0+j].q       = newatom[ni0+j].qB    = 0.0;
1998                         newatom[ni0+j].type    = newatom[ni0+j].typeB = tpM;
1999                         newatom[ni0+j].ptype   = eptAtom;
2000                         newatom[ni0+j].resind  = at->atom[i0].resind;
2001                         newatom[ni0+j].elem[0] = 'M';
2002                         newatom[ni0+j].elem[1] = '\0';
2003                         newvsite_type[ni0+j]   = NOTSET;
2004                         newcgnr[ni0+j]         = (*cgnr)[i0];
2005                     }
2006                     /* add constraints between dummy masses and to heavies[0] */
2007                     /* 'add_shift' says which atoms won't be renumbered afterwards */
2008                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0,  NOTSET);
2009                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), heavies[0],  add_shift+ni0+1, NOTSET);
2010                     my_add_param(&(plist[F_CONSTRNC]), add_shift+ni0, add_shift+ni0+1, NOTSET);
2011
2012                     /* generate Heavy, H1, H2 and H3 from M1, M2 and heavies[0] */
2013                     /* note that vsite_type cannot be NOTSET, because we just set it */
2014                     add_vsite3_atoms  (&plist[(*vsite_type)[Heavy]],
2015                                        Heavy,     heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
2016                                        FALSE);
2017                     for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
2018                     {
2019                         add_vsite3_atoms(&plist[(*vsite_type)[Hatoms[j]]],
2020                                          Hatoms[j], heavies[0], add_shift+ni0, add_shift+ni0+1,
2021                                          Hat_SwapParity[j]);
2022                     }
2023 #undef NMASS
2024                 }
2025                 else
2026                 {
2027                     bWARNING = TRUE;
2028                 }
2029
2030             }
2031             if (bWARNING)
2032             {
2033                 fprintf(stderr,
2034                         "Warning: cannot convert atom %d %s (bound to a heavy atom "
2035                         "%s with \n"
2036                         "         %d bonds and %d bound hydrogens atoms) to virtual site\n",
2037                         i+1, *(at->atomname[i]), tpname, nrbonds, nrHatoms);
2038             }
2039             if (bAddVsiteParam)
2040             {
2041                 /* add vsite parameters to topology,
2042                    also get rid of negative vsite_types */
2043                 add_vsites(plist, (*vsite_type), Heavy, nrHatoms, Hatoms,
2044                            nrheavies, heavies);
2045                 /* transfer mass of virtual site to Heavy atom */
2046                 for (j = 0; j < nrHatoms; j++)
2047                 {
2048                     if (is_vsite((*vsite_type)[Hatoms[j]]))
2049                     {
2050                         at->atom[Heavy].m    += at->atom[Hatoms[j]].m;
2051                         at->atom[Heavy].mB    = at->atom[Heavy].m;
2052                         at->atom[Hatoms[j]].m = at->atom[Hatoms[j]].mB = 0;
2053                     }
2054                 }
2055             }
2056             nvsite += nrHatoms;
2057             if (debug)
2058             {
2059                 fprintf(debug, "atom %d: ", o2n[i]+1);
2060                 print_bonds(debug, o2n, nrHatoms, Hatoms, Heavy, nrheavies, heavies);
2061             }
2062         } /* if vsite NOTSET & is hydrogen */
2063
2064     }     /* for i < at->nr */
2065
2066     gmx_residuetype_destroy(rt);
2067
2068     if (debug)
2069     {
2070         fprintf(debug, "Before inserting new atoms:\n");
2071         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2072         {
2073             fprintf(debug, "%4d %4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1, o2n[i]+1,
2074                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2075                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2076                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2077                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2078                     (*cgnr)[i],
2079                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2080                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2081         }
2082         fprintf(debug, "new atoms to be inserted:\n");
2083         for (i = 0; i < at->nr+nadd; i++)
2084         {
2085             if (newatomname[i])
2086             {
2087                 fprintf(debug, "%4d %4s %4d %6d %-10s\n", i+1,
2088                         newatomname[i] ? *(newatomname[i]) : "(NULL)",
2089                         newatom[i].resind, newcgnr[i],
2090                         (newvsite_type[i] == NOTSET) ?
2091                         "NOTSET" : interaction_function[newvsite_type[i]].name);
2092             }
2093         }
2094     }
2095
2096     /* add all original atoms to the new arrays, using o2n index array */
2097     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2098     {
2099         newatomname  [o2n[i]] = at->atomname [i];
2100         newatom      [o2n[i]] = at->atom     [i];
2101         newvsite_type[o2n[i]] = (*vsite_type)[i];
2102         newcgnr      [o2n[i]] = (*cgnr)      [i];
2103         copy_rvec((*x)[i], newx[o2n[i]]);
2104     }
2105     /* throw away old atoms */
2106     sfree(at->atom);
2107     sfree(at->atomname);
2108     sfree(*vsite_type);
2109     sfree(*cgnr);
2110     sfree(*x);
2111     /* put in the new ones */
2112     at->nr      += nadd;
2113     at->atom     = newatom;
2114     at->atomname = newatomname;
2115     *vsite_type  = newvsite_type;
2116     *cgnr        = newcgnr;
2117     *x           = newx;
2118     if (at->nr > add_shift)
2119     {
2120         gmx_fatal(FARGS, "Added impossible amount of dummy masses "
2121                   "(%d on a total of %d atoms)\n", nadd, at->nr-nadd);
2122     }
2123
2124     if (debug)
2125     {
2126         fprintf(debug, "After inserting new atoms:\n");
2127         for (i = 0; i < at->nr; i++)
2128         {
2129             fprintf(debug, "%4d %4s %4d %4s %6d %-10s\n", i+1,
2130                     at->atomname[i] ? *(at->atomname[i]) : "(NULL)",
2131                     at->resinfo[at->atom[i].resind].nr,
2132                     at->resinfo[at->atom[i].resind].name ?
2133                     *(at->resinfo[at->atom[i].resind].name) : "(NULL)",
2134                     (*cgnr)[i],
2135                     ((*vsite_type)[i] == NOTSET) ?
2136                     "NOTSET" : interaction_function[(*vsite_type)[i]].name);
2137         }
2138     }
2139
2140     /* now renumber all the interactions because of the added atoms */
2141     for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
2142     {
2143         params = &(plist[ftype]);
2144         if (debug)
2145         {
2146             fprintf(debug, "Renumbering %d %s\n", params->nr,
2147                     interaction_function[ftype].longname);
2148         }
2149         for (i = 0; i < params->nr; i++)
2150         {
2151             for (j = 0; j < NRAL(ftype); j++)
2152             {
2153                 if (params->param[i].a[j] >= add_shift)
2154                 {
2155                     if (debug)
2156                     {
2157                         fprintf(debug, " [%d -> %d]", params->param[i].a[j],
2158                                 params->param[i].a[j]-add_shift);
2159                     }
2160                     params->param[i].a[j] = params->param[i].a[j]-add_shift;
2161                 }
2162                 else
2163                 {
2164                     if (debug)
2165                     {
2166                         fprintf(debug, " [%d -> %d]", params->param[i].a[j],
2167                                 o2n[params->param[i].a[j]]);
2168                     }
2169                     params->param[i].a[j] = o2n[params->param[i].a[j]];
2170                 }
2171             }
2172             if (debug)
2173             {
2174                 fprintf(debug, "\n");
2175             }
2176         }
2177     }
2178     /* now check if atoms in the added constraints are in increasing order */
2179     params = &(plist[F_CONSTRNC]);
2180     for (i = 0; i < params->nr; i++)
2181     {
2182         if (params->param[i].AI > params->param[i].AJ)
2183         {
2184             j                   = params->param[i].AJ;
2185             params->param[i].AJ = params->param[i].AI;
2186             params->param[i].AI = j;
2187         }
2188     }
2189
2190     /* clean up */
2191     sfree(o2n);
2192
2193     /* tell the user what we did */
2194     fprintf(stderr, "Marked %d virtual sites\n", nvsite);
2195     fprintf(stderr, "Added %d dummy masses\n", nadd);
2196     fprintf(stderr, "Added %d new constraints\n", plist[F_CONSTRNC].nr);
2197 }
2198
2199 void do_h_mass(t_params *psb, int vsite_type[], t_atoms *at, real mHmult,
2200                gmx_bool bDeuterate)
2201 {
2202     int i, j, a;
2203
2204     /* loop over all atoms */
2205     for (i = 0; i < at->nr; i++)
2206     {
2207         /* adjust masses if i is hydrogen and not a virtual site */
2208         if (!is_vsite(vsite_type[i]) && is_hydrogen(*(at->atomname[i])) )
2209         {
2210             /* find bonded heavy atom */
2211             a = NOTSET;
2212             for (j = 0; (j < psb->nr) && (a == NOTSET); j++)
2213             {
2214                 /* if other atom is not a virtual site, it is the one we want */
2215                 if ( (psb->param[j].AI == i) &&
2216                      !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].AJ]) )
2217                 {
2218                     a = psb->param[j].AJ;
2219                 }
2220                 else if ( (psb->param[j].AJ == i) &&
2221                           !is_vsite(vsite_type[psb->param[j].AI]) )
2222                 {
2223                     a = psb->param[j].AI;
2224                 }
2225             }
2226             if (a == NOTSET)
2227             {
2228                 gmx_fatal(FARGS, "Unbound hydrogen atom (%d) found while adjusting mass",
2229                           i+1);
2230             }
2231
2232             /* adjust mass of i (hydrogen) with mHmult
2233                and correct mass of a (bonded atom) with same amount */
2234             if (!bDeuterate)
2235             {
2236                 at->atom[a].m  -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2237                 at->atom[a].mB -= (mHmult-1.0)*at->atom[i].m;
2238             }
2239             at->atom[i].m  *= mHmult;
2240             at->atom[i].mB *= mHmult;
2241         }
2242     }
2243 }