src/gromacs/mdlib/nsgrid.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 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "config.h"
  41
  42 #include <stdlib.h>
  43
  44 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  46 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  47 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  48 #include "gromacs/legacyheaders/nsgrid.h"
  49 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  50 #include "gromacs/math/vec.h"
  51 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/domdec.h"
  53 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  54 #include <stdio.h>
  55 #include "gromacs/utility/futil.h"
  56 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  57
  58 /***********************************
  59  *         Grid Routines
  60  ***********************************/
  61
  62 const char *range_warn =
  63     "Explanation: During neighborsearching, we assign each particle to a grid\n"
  64     "based on its coordinates. If your system contains collisions or parameter\n"
  65     "errors that give particles very high velocities you might end up with some\n"
  66     "coordinates being +-Infinity or NaN (not-a-number). Obviously, we cannot\n"
  67     "put these on a grid, so this is usually where we detect those errors.\n"
  68     "Make sure your system is properly energy-minimized and that the potential\n"
  69     "energy seems reasonable before trying again.";
  70
  71 static void calc_x_av_stddev(int n, rvec *x, rvec av, rvec stddev)
  72 {
  73     dvec s1, s2;
  74     int  i, d;
  75
  76     clear_dvec(s1);
  77     clear_dvec(s2);
  78
  79     for (i = 0; i < n; i++)
  80     {
  81         for (d = 0; d < DIM; d++)
  82         {
  83             s1[d] += x[i][d];
  84             s2[d] += x[i][d]*x[i][d];
  85         }
  86     }
  87
  88     dsvmul(1.0/n, s1, s1);
  89     dsvmul(1.0/n, s2, s2);
  90
  91     for (d = 0; d < DIM; d++)
  92     {
  93         av[d]     = s1[d];
  94         stddev[d] = sqrt(s2[d] - s1[d]*s1[d]);
  95     }
  96 }
  97
  98 void get_nsgrid_boundaries_vac(real av, real stddev,
  99                                real *bound0, real *bound1,
 100                                real *bdens0, real *bdens1)
 101 {
 102     /* Set the grid to 2 times the standard deviation of
 103      * the charge group centers in both directions.
 104      * For a uniform bounded distribution the width is sqrt(3)*stddev,
 105      * so all charge groups fall within the width.
 106      * For a sphere stddev is r/sqrt(5): 99.2% falls within the width.
 107      * For a Gaussian distribution 98% fall within the width.
 108      */
 109     *bound0 = av - NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 110     *bound1 = av + NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 111
 112     *bdens0 = av - GRID_STDDEV_FAC*stddev;
 113     *bdens1 = av + GRID_STDDEV_FAC*stddev;
 114 }
 115
 116 static void dd_box_bounds_to_ns_bounds(real box0, real box_size,
 117                                        real *gr0, real *gr1)
 118 {
 119     real av, stddev;
 120
 121     /* Redetermine av and stddev from the DD box boundaries */
 122     av     = box0 + 0.5*box_size;
 123     stddev = 0.5*box_size/GRID_STDDEV_FAC;
 124
 125     *gr0 = av - NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 126     *gr1 = av + NSGRID_STDDEV_FAC*stddev;
 127 }
 128
 129 void get_nsgrid_boundaries(int nboundeddim, matrix box,
 130                            gmx_domdec_t *dd,
 131                            gmx_ddbox_t *ddbox, rvec *gr0, rvec *gr1,
 132                            int ncg, rvec *cgcm,
 133                            rvec grid_x0, rvec grid_x1,
 134                            real *grid_density)
 135 {
 136     rvec av, stddev;
 137     real vol, bdens0, bdens1;
 138     int  d;
 139
 140     if (nboundeddim < DIM)
 141     {
 142         calc_x_av_stddev(ncg, cgcm, av, stddev);
 143     }
 144
 145     vol = 1;
 146     for (d = 0; d < DIM; d++)
 147     {
 148         if (d < nboundeddim)
 149         {
 150             grid_x0[d] = (gr0 != NULL ? (*gr0)[d] : 0);
 151             grid_x1[d] = (gr1 != NULL ? (*gr1)[d] : box[d][d]);
 152             vol       *= (grid_x1[d] - grid_x0[d]);
 153         }
 154         else
 155         {
 156             if (ddbox == NULL)
 157             {
 158                 get_nsgrid_boundaries_vac(av[d], stddev[d],
 159                                           &grid_x0[d], &grid_x1[d],
 160                                           &bdens0, &bdens1);
 161             }
 162             else
 163             {
 164                 /* Temporary fix which uses global ddbox boundaries
 165                  * for unbounded dimensions.
 166                  * Should be replaced by local boundaries, which makes
 167                  * the ns grid smaller and does not require global comm.
 168                  */
 169                 dd_box_bounds_to_ns_bounds(ddbox->box0[d], ddbox->box_size[d],
 170                                            &grid_x0[d], &grid_x1[d]);
 171                 bdens0 = grid_x0[d];
 172                 bdens1 = grid_x1[d];
 173             }
 174             /* Check for a DD cell not at a lower edge */
 175             if (dd != NULL && gr0 != NULL && dd->ci[d] > 0)
 176             {
 177                 grid_x0[d] = (*gr0)[d];
 178                 bdens0     = (*gr0)[d];
 179             }
 180             /* Check for a DD cell not at a higher edge */
 181             if (dd != NULL && gr1 != NULL && dd->ci[d] < dd->nc[d]-1)
 182             {
 183                 grid_x1[d] = (*gr1)[d];
 184                 bdens1     = (*gr1)[d];
 185             }
 186             vol *= (bdens1 - bdens0);
 187         }
 188
 189         if (debug)
 190         {
 191             fprintf(debug, "Set grid boundaries dim %d: %f %f\n",
 192                     d, grid_x0[d], grid_x1[d]);
 193         }
 194     }
 195
 196     *grid_density = ncg/vol;
 197 }
 198
 199 static void set_grid_sizes(matrix box, rvec izones_x0, rvec izones_x1, real rlist,
 200                            const gmx_domdec_t *dd, const gmx_ddbox_t *ddbox,
 201                            t_grid *grid,
 202                            real grid_density)
 203 {
 204     int      i, j;
 205     gmx_bool bDD, bDDRect;
 206     rvec     av, stddev;
 207     rvec     izones_size;
 208     real     inv_r_ideal, size, add_tric, radd;
 209
 210     for (i = 0; (i < DIM); i++)
 211     {
 212         if (debug)
 213         {
 214             fprintf(debug,
 215                     "set_grid_sizes, i-zone bounds for dim %d: %6.3f %6.3f\n",
 216                     i, izones_x0[i], izones_x1[i]);
 217         }
 218         izones_size[i] = izones_x1[i] - izones_x0[i];
 219     }
 220
 221     /* Use the ideal number of cg's per cell to set the ideal cell size */
 222     inv_r_ideal = pow(grid_density/grid->ncg_ideal, 1.0/3.0);
 223     if (rlist > 0 && inv_r_ideal*rlist < 1)
 224     {
 225         inv_r_ideal = 1/rlist;
 226     }
 227     if (debug)
 228     {
 229         fprintf(debug, "CG density %f ideal ns cell size %f\n",
 230                 grid_density, 1/inv_r_ideal);
 231     }
 232
 233     clear_rvec(grid->cell_offset);
 234     for (i = 0; (i < DIM); i++)
 235     {
 236         /* Initial settings, for DD might change below */
 237         grid->cell_offset[i] = izones_x0[i];
 238         size                 = izones_size[i];
 239
 240         bDD = dd && (dd->nc[i] > 1);
 241         if (!bDD)
 242         {
 243             bDDRect = FALSE;
 244         }
 245         else
 246         {
 247             /* With DD grid cell jumps only the first decomposition
 248              * direction has uniform DD cell boundaries.
 249              */
 250             bDDRect = !(ddbox->tric_dir[i] ||
 251                         (dd->bGridJump && i != dd->dim[0]));
 252
 253             radd = rlist;
 254             if (i >= ddbox->npbcdim &&
 255                 (rlist == 0 ||
 256                  izones_x1[i] + radd > ddbox->box0[i] + ddbox->box_size[i]))
 257             {
 258                 radd = ddbox->box0[i] + ddbox->box_size[i] - izones_x1[i];
 259                 if (radd < 0)
 260                 {
 261                     radd = 0;
 262                 }
 263             }
 264
 265             /* With DD we only need a grid of one DD cell size + rlist */
 266             if (bDDRect)
 267             {
 268                 size += radd;
 269             }
 270             else
 271             {
 272                 size += radd/ddbox->skew_fac[i];
 273             }
 274
 275             /* Check if the cell boundary in this direction is
 276              * perpendicular to the Cartesian axis.
 277              */
 278             for (j = i+1; j < grid->npbcdim; j++)
 279             {
 280                 if (box[j][i] != 0)
 281                 {
 282                     /* Correct the offset for the home cell location */
 283                     grid->cell_offset[i] += izones_x0[j]*box[j][i]/box[j][j];
 284
 285                     /* Correct the offset and size for the off-diagonal
 286                      * displacement of opposing DD cell corners.
 287                      */
 288                     /* Without rouding we would need to add:
 289                      * box[j][i]*rlist/(dd->skew_fac[i]*box[j][j])
 290                      */
 291                     /* Determine the shift for the corners of the triclinic box */
 292                     add_tric = izones_size[j]*box[j][i]/box[j][j];
 293                     if (dd->ndim == 1 && j == ZZ)
 294                     {
 295                         /* With 1D domain decomposition the cg's are not in
 296                          * the triclinic box, but trilinic x-y and rectangular y-z.
 297                          * Therefore we need to add the shift from the trilinic
 298                          * corner to the corner at y=0.
 299                          */
 300                         add_tric += -box[YY][XX]*box[ZZ][YY]/box[YY][YY];
 301                     }
 302                     if (box[j][i] < 0)
 303                     {
 304                         grid->cell_offset[i] += add_tric;
 305                         size                 -= add_tric;
 306                     }
 307                     else
 308                     {
 309                         size += add_tric;
 310                     }
 311                 }
 312             }
 313         }
 314         if (!bDDRect)
 315         {
 316             /* No DD or the box is triclinic is this direction:
 317              * we will use the normal grid ns that checks all cells
 318              * that are within cut-off distance of the i-particle.
 319              */
 320             grid->n[i] = (int)(size*inv_r_ideal + 0.5);
 321             if (grid->n[i] < 2)
 322             {
 323                 grid->n[i] = 2;
 324             }
 325             grid->cell_size[i] = size/grid->n[i];
 326             grid->ncpddc[i]    = 0;
 327         }
 328         else
 329         {
 330             /* We use grid->ncpddc[i] such that all particles
 331              * in one ns cell belong to a single DD cell only.
 332              * We can then beforehand exclude certain ns grid cells
 333              * for non-home i-particles.
 334              */
 335             grid->ncpddc[i] = (int)(izones_size[i]*inv_r_ideal + 0.5);
 336             if (grid->ncpddc[i] < 2)
 337             {
 338                 grid->ncpddc[i] = 2;
 339             }
 340             grid->cell_size[i] = izones_size[i]/grid->ncpddc[i];
 341             grid->n[i]         = grid->ncpddc[i] + (int)(radd/grid->cell_size[i]) + 1;
 342         }
 343         if (debug)
 344         {
 345             fprintf(debug, "grid dim %d size %d x %f: %f - %f\n",
 346                     i, grid->n[i], grid->cell_size[i],
 347                     grid->cell_offset[i],
 348                     grid->cell_offset[i]+grid->n[i]*grid->cell_size[i]);
 349         }
 350     }
 351
 352     if (debug)
 353     {
 354         fprintf(debug, "CG ncg ideal %d, actual density %.1f\n",
 355                 grid->ncg_ideal, grid_density*grid->cell_size[XX]*grid->cell_size[YY]*grid->cell_size[ZZ]);
 356     }
 357 }
 358
 359 t_grid *init_grid(FILE *fplog, t_forcerec *fr)
 360 {
 361     int     d, m;
 362     char   *ptr;
 363     t_grid *grid;
 364
 365     snew(grid, 1);
 366
 367     grid->npbcdim = ePBC2npbcdim(fr->ePBC);
 368
 369     if (fr->ePBC == epbcXY && fr->nwall == 2)
 370     {
 371         grid->nboundeddim = 3;
 372     }
 373     else
 374     {
 375         grid->nboundeddim = grid->npbcdim;
 376     }
 377
 378     if (debug)
 379     {
 380         fprintf(debug, "The coordinates are bounded in %d dimensions\n",
 381                 grid->nboundeddim);
 382     }
 383
 384     /* The ideal number of cg's per ns grid cell seems to be 10 */
 385     grid->ncg_ideal = 10;
 386     ptr             = getenv("GMX_NSCELL_NCG");
 387     if (ptr)
 388     {
 389         sscanf(ptr, "%d", &grid->ncg_ideal);
 390         if (fplog)
 391         {
 392             fprintf(fplog, "Set ncg_ideal to %d\n", grid->ncg_ideal);
 393         }
 394         if (grid->ncg_ideal <= 0)
 395         {
 396             gmx_fatal(FARGS, "The number of cg's per cell should be > 0");
 397         }
 398     }
 399     if (debug)
 400     {
 401         fprintf(debug, "Set ncg_ideal to %d\n", grid->ncg_ideal);
 402     }
 403
 404     return grid;
 405 }
 406
 407 void done_grid(t_grid *grid)
 408 {
 409     grid->nr      = 0;
 410     clear_ivec(grid->n);
 411     grid->ncells  = 0;
 412     sfree(grid->cell_index);
 413     sfree(grid->a);
 414     sfree(grid->index);
 415     sfree(grid->nra);
 416     grid->cells_nalloc = 0;
 417     sfree(grid->dcx2);
 418     sfree(grid->dcy2);
 419     sfree(grid->dcz2);
 420     grid->dc_nalloc = 0;
 421
 422     if (debug)
 423     {
 424         fprintf(debug, "Successfully freed memory for grid pointers.");
 425     }
 426 }
 427
 428 int xyz2ci_(int nry, int nrz, int x, int y, int z)
 429 /* Return the cell index */
 430 {
 431     return (nry*nrz*x+nrz*y+z);
 432 }
 433
 434 void ci2xyz(t_grid *grid, int i, int *x, int *y, int *z)
 435 /* Return x,y and z from the cell index */
 436 {
 437     int ci;
 438
 439     range_check_mesg(i, 0, grid->nr, range_warn);
 440
 441     ci  = grid->cell_index[i];
 442     *x  = ci / (grid->n[YY]*grid->n[ZZ]);
 443     ci -= (*x)*grid->n[YY]*grid->n[ZZ];
 444     *y  = ci / grid->n[ZZ];
 445     ci -= (*y)*grid->n[ZZ];
 446     *z  = ci;
 447 }
 448
 449 static int ci_not_used(ivec n)
 450 {
 451     /* Return an improbable value */
 452     return xyz2ci(n[YY], n[ZZ], 3*n[XX], 3*n[YY], 3*n[ZZ]);
 453 }
 454
 455 static void set_grid_ncg(t_grid *grid, int ncg)
 456 {
 457     int nr_old, i;
 458
 459     grid->nr = ncg;
 460     if (grid->nr+1 > grid->nr_alloc)
 461     {
 462         nr_old         = grid->nr_alloc;
 463         grid->nr_alloc = over_alloc_dd(grid->nr) + 1;
 464         srenew(grid->cell_index, grid->nr_alloc);
 465         for (i = nr_old; i < grid->nr_alloc; i++)
 466         {
 467             grid->cell_index[i] = 0;
 468         }
 469         srenew(grid->a, grid->nr_alloc);
 470     }
 471 }
 472
 473 void grid_first(FILE *fplog, t_grid *grid,
 474                 gmx_domdec_t *dd, const gmx_ddbox_t *ddbox,
 475                 matrix box, rvec izones_x0, rvec izones_x1,
 476                 real rlistlong, real grid_density)
 477 {
 478     int    i, m;
 479     ivec   cx;
 480
 481     set_grid_sizes(box, izones_x0, izones_x1, rlistlong, dd, ddbox, grid, grid_density);
 482
 483     grid->ncells = grid->n[XX]*grid->n[YY]*grid->n[ZZ];
 484
 485     if (grid->ncells+1 > grid->cells_nalloc)
 486     {
 487         /* Allocate double the size so we have some headroom */
 488         grid->cells_nalloc = 2*grid->ncells;
 489         srenew(grid->nra,  grid->cells_nalloc+1);
 490         srenew(grid->index, grid->cells_nalloc+1);
 491
 492         if (fplog)
 493         {
 494             fprintf(fplog, "Grid: %d x %d x %d cells\n",
 495                     grid->n[XX], grid->n[YY], grid->n[ZZ]);
 496         }
 497     }
 498
 499     m = max(grid->n[XX], max(grid->n[YY], grid->n[ZZ]));
 500     if (m > grid->dc_nalloc)
 501     {
 502         /* Allocate with double the initial size for box scaling */
 503         grid->dc_nalloc = 2*m;
 504         srenew(grid->dcx2, grid->dc_nalloc);
 505         srenew(grid->dcy2, grid->dc_nalloc);
 506         srenew(grid->dcz2, grid->dc_nalloc);
 507     }
 508
 509     grid->nr = 0;
 510     for (i = 0; (i < grid->ncells); i++)
 511     {
 512         grid->nra[i] = 0;
 513     }
 514 }
 515
 516 static void calc_bor(int cg0, int cg1, int ncg, int CG0[2], int CG1[2])
 517 {
 518     if (cg1 > ncg)
 519     {
 520         CG0[0] = cg0;
 521         CG1[0] = ncg;
 522         CG0[1] = 0;
 523         CG1[1] = cg1-ncg;
 524     }
 525     else
 526     {
 527         CG0[0] = cg0;
 528         CG1[0] = cg1;
 529         CG0[1] = 0;
 530         CG1[1] = 0;
 531     }
 532     if (debug)
 533     {
 534         int m;
 535
 536         fprintf(debug, "calc_bor: cg0=%d, cg1=%d, ncg=%d\n", cg0, cg1, ncg);
 537         for (m = 0; (m < 2); m++)
 538         {
 539             fprintf(debug, "CG0[%d]=%d, CG1[%d]=%d\n", m, CG0[m], m, CG1[m]);
 540         }
 541     }
 542
 543 }
 544
 545 void calc_elemnr(t_grid *grid, int cg0, int cg1, int ncg)
 546 {
 547     int     CG0[2], CG1[2];
 548     int    *cell_index = grid->cell_index;
 549     int    *nra        = grid->nra;
 550     int     i, m, ncells;
 551     int     ci, not_used;
 552
 553     ncells = grid->ncells;
 554     if (ncells <= 0)
 555     {
 556         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 557     }
 558
 559     not_used = ci_not_used(grid->n);
 560
 561     calc_bor(cg0, cg1, ncg, CG0, CG1);
 562     for (m = 0; (m < 2); m++)
 563     {
 564         for (i = CG0[m]; (i < CG1[m]); i++)
 565         {
 566             ci = cell_index[i];
 567             if (ci != not_used)
 568             {
 569                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 570                 nra[ci]++;
 571             }
 572         }
 573     }
 574 }
 575
 576 void calc_ptrs(t_grid *grid)
 577 {
 578     int *index = grid->index;
 579     int *nra   = grid->nra;
 580     int  ix, iy, iz, ci, nr;
 581     int  nnra, ncells;
 582
 583     ncells = grid->ncells;
 584     if (ncells <= 0)
 585     {
 586         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 587     }
 588
 589     ci = nr = 0;
 590     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 591     {
 592         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 593         {
 594             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 595             {
 596                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 597                 index[ci] = nr;
 598                 nnra      = nra[ci];
 599                 nr       += nnra;
 600                 nra[ci]   = 0;
 601             }
 602         }
 603     }
 604 }
 605
 606 void grid_last(t_grid *grid, int cg0, int cg1, int ncg)
 607 {
 608     int     CG0[2], CG1[2];
 609     int     i, m;
 610     int     ci, not_used, ind, ncells;
 611     int    *cell_index = grid->cell_index;
 612     int    *nra        = grid->nra;
 613     int    *index      = grid->index;
 614     int    *a          = grid->a;
 615
 616     ncells = grid->ncells;
 617     if (ncells <= 0)
 618     {
 619         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 620     }
 621
 622     not_used = ci_not_used(grid->n);
 623
 624     calc_bor(cg0, cg1, ncg, CG0, CG1);
 625     for (m = 0; (m < 2); m++)
 626     {
 627         for (i = CG0[m]; (i < CG1[m]); i++)
 628         {
 629             ci     = cell_index[i];
 630             if (ci != not_used)
 631             {
 632                 range_check_mesg(ci, 0, ncells, range_warn);
 633                 ind    = index[ci]+nra[ci]++;
 634                 range_check_mesg(ind, 0, grid->nr, range_warn);
 635                 a[ind] = i;
 636             }
 637         }
 638     }
 639 }
 640
 641 void fill_grid(gmx_domdec_zones_t *dd_zones,
 642                t_grid *grid, int ncg_tot,
 643                int cg0, int cg1, rvec cg_cm[])
 644 {
 645     int       *cell_index;
 646     int        nrx, nry, nrz;
 647     rvec       n_box, offset;
 648     int        zone, ccg0, ccg1, cg, d, not_used;
 649     ivec       shift0, useall, b0, b1, ind;
 650     gmx_bool   bUse;
 651
 652     if (cg0 == -1)
 653     {
 654         /* We have already filled the grid up to grid->ncg,
 655          * continue from there.
 656          */
 657         cg0 = grid->nr;
 658     }
 659
 660     set_grid_ncg(grid, ncg_tot);
 661
 662     cell_index = grid->cell_index;
 663
 664     /* Initiate cell borders */
 665     nrx = grid->n[XX];
 666     nry = grid->n[YY];
 667     nrz = grid->n[ZZ];
 668     for (d = 0; d < DIM; d++)
 669     {
 670         if (grid->cell_size[d] > 0)
 671         {
 672             n_box[d] = 1/grid->cell_size[d];
 673         }
 674         else
 675         {
 676             n_box[d] = 0;
 677         }
 678     }
 679     copy_rvec(grid->cell_offset, offset);
 680
 681     if (debug)
 682     {
 683         fprintf(debug, "Filling grid from %d to %d\n", cg0, cg1);
 684     }
 685
 686     debug_gmx();
 687     if (dd_zones == NULL)
 688     {
 689         for (cg = cg0; cg < cg1; cg++)
 690         {
 691             for (d = 0; d < DIM; d++)
 692             {
 693                 ind[d] = (cg_cm[cg][d] - offset[d])*n_box[d];
 694                 /* With pbc we should be done here.
 695                  * Without pbc cg's outside the grid
 696                  * should be assigned to the closest grid cell.
 697                  */
 698                 if (ind[d] < 0)
 699                 {
 700                     ind[d] = 0;
 701                 }
 702                 else if (ind[d] >= grid->n[d])
 703                 {
 704                     ind[d] = grid->n[d] - 1;
 705                 }
 706             }
 707             cell_index[cg] = xyz2ci(nry, nrz, ind[XX], ind[YY], ind[ZZ]);
 708         }
 709     }
 710     else
 711     {
 712         for (zone = 0; zone < dd_zones->n; zone++)
 713         {
 714             ccg0 = dd_zones->cg_range[zone];
 715             ccg1 = dd_zones->cg_range[zone+1];
 716             if (ccg1 <= cg0 || ccg0 >= cg1)
 717             {
 718                 continue;
 719             }
 720
 721             /* Determine the ns grid cell limits for this DD zone */
 722             for (d = 0; d < DIM; d++)
 723             {
 724                 shift0[d] = dd_zones->shift[zone][d];
 725                 useall[d] = (shift0[d] == 0 || d >= grid->npbcdim);
 726                 /* Check if we need to do normal or optimized grid assignments.
 727                  * Normal is required for dims without DD or triclinic dims.
 728                  * DD edge cell on dims without pbc will be automatically
 729                  * be correct, since the shift=0 zones with have b0 and b1
 730                  * set to the grid boundaries and there are no shift=1 zones.
 731                  */
 732                 if (grid->ncpddc[d] == 0)
 733                 {
 734                     b0[d] = 0;
 735                     b1[d] = grid->n[d];
 736                 }
 737                 else
 738                 {
 739                     if (shift0[d] == 0)
 740                     {
 741                         b0[d] = 0;
 742                         b1[d] = grid->ncpddc[d];
 743                     }
 744                     else
 745                     {
 746                         /* shift = 1 */
 747                         b0[d] = grid->ncpddc[d];
 748                         b1[d] = grid->n[d];
 749                     }
 750                 }
 751             }
 752
 753             not_used = ci_not_used(grid->n);
 754
 755             /* Put all the charge groups of this DD zone on the grid */
 756             for (cg = ccg0; cg < ccg1; cg++)
 757             {
 758                 if (cell_index[cg] == -1)
 759                 {
 760                     /* This cg has moved to another node */
 761                     cell_index[cg] = NSGRID_SIGNAL_MOVED_FAC*grid->ncells;
 762                     continue;
 763                 }
 764
 765                 bUse = TRUE;
 766                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 767                 {
 768                     ind[d] = (cg_cm[cg][d] - offset[d])*n_box[d];
 769                     /* Here we have to correct for rounding problems,
 770                      * as this cg_cm to cell index operation is not necessarily
 771                      * binary identical to the operation for the DD zone assignment
 772                      * and therefore a cg could end up in an unused grid cell.
 773                      * For dimensions without pbc we need to check
 774                      * for cells on the edge if charge groups are beyond
 775                      * the grid and if so, store them in the closest cell.
 776                      */
 777                     if (ind[d] < b0[d])
 778                     {
 779                         ind[d] = b0[d];
 780                     }
 781                     else if (ind[d] >= b1[d])
 782                     {
 783                         if (useall[d])
 784                         {
 785                             ind[d] = b1[d] - 1;
 786                         }
 787                         else
 788                         {
 789                             /* Charge groups in this DD zone further away than the cut-off
 790                              * in direction do not participate in non-bonded interactions.
 791                              */
 792                             bUse = FALSE;
 793                         }
 794                     }
 795                 }
 796                 if (cg > grid->nr_alloc)
 797                 {
 798                     fprintf(stderr, "WARNING: nra_alloc %d cg0 %d cg1 %d cg %d\n",
 799                             grid->nr_alloc, cg0, cg1, cg);
 800                 }
 801                 if (bUse)
 802                 {
 803                     cell_index[cg] = xyz2ci(nry, nrz, ind[XX], ind[YY], ind[ZZ]);
 804                 }
 805                 else
 806                 {
 807                     cell_index[cg] = not_used;
 808                 }
 809             }
 810         }
 811     }
 812     debug_gmx();
 813
 814 }
 815
 816 void check_grid(t_grid *grid)
 817 {
 818     int ix, iy, iz, ci, cci, nra;
 819
 820     if (grid->ncells <= 0)
 821     {
 822         gmx_fatal(FARGS, "Number of grid cells is zero. Probably the system and box collapsed.\n");
 823     }
 824
 825     ci  = 0;
 826     cci = 0;
 827     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 828     {
 829         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 830         {
 831             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 832             {
 833                 if (ci > 0)
 834                 {
 835                     nra = grid->index[ci]-grid->index[cci];
 836                     if (nra != grid->nra[cci])
 837                     {
 838                         gmx_fatal(FARGS, "nra=%d, grid->nra=%d, cci=%d",
 839                                   nra, grid->nra[cci], cci);
 840                     }
 841                 }
 842                 cci = xyz2ci(grid->n[YY], grid->n[ZZ], ix, iy, iz);
 843                 range_check_mesg(cci, 0, grid->ncells, range_warn);
 844
 845                 if (cci != ci)
 846                 {
 847                     gmx_fatal(FARGS, "ci = %d, cci = %d", ci, cci);
 848                 }
 849             }
 850         }
 851     }
 852 }
 853
 854 void print_grid(FILE *log, t_grid *grid)
 855 {
 856     int i, nra, index;
 857     int ix, iy, iz, ci;
 858
 859     fprintf(log, "nr:        %d\n", grid->nr);
 860     fprintf(log, "nrx:       %d\n", grid->n[XX]);
 861     fprintf(log, "nry:       %d\n", grid->n[YY]);
 862     fprintf(log, "nrz:       %d\n", grid->n[ZZ]);
 863     fprintf(log, "ncg_ideal: %d\n", grid->ncg_ideal);
 864     fprintf(log, "    i  cell_index\n");
 865     for (i = 0; (i < grid->nr); i++)
 866     {
 867         fprintf(log, "%5d  %5d\n", i, grid->cell_index[i]);
 868     }
 869     fprintf(log, "cells\n");
 870     fprintf(log, " ix iy iz   nr  index  cgs...\n");
 871     ci = 0;
 872     for (ix = 0; (ix < grid->n[XX]); ix++)
 873     {
 874         for (iy = 0; (iy < grid->n[YY]); iy++)
 875         {
 876             for (iz = 0; (iz < grid->n[ZZ]); iz++, ci++)
 877             {
 878                 index = grid->index[ci];
 879                 nra   = grid->nra[ci];
 880                 fprintf(log, "%3d%3d%3d%5d%5d", ix, iy, iz, nra, index);
 881                 for (i = 0; (i < nra); i++)
 882                 {
 883                     fprintf(log, "%5d", grid->a[index+i]);
 884                 }
 885                 fprintf(log, "\n");
 886             }
 887         }
 888     }
 889     fflush(log);
 890 }