src/gromacs/selection/centerofmass.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2009,2010,2011,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \internal \file
  36  * \brief API for calculation of centers of mass/geometry.
  37  *
  38  * This header defines a few functions that can be used to calculate
  39  * centers of mass/geometry for a group of atoms.
  40  * These routines can be used independently of the other parts of the
  41  * library, but they are also used internally by the selection engine.
  42  * In most cases, it should not be necessary to call these functions
  43  * directly.
  44  * Instead, one should write an analysis tool such that it gets all
  45  * positions through selections.
  46  *
  47  * The functions in the header can be divided into a few groups based on the
  48  * parameters they take. The simplest group of functions calculates the center
  49  * of a single group of atoms:
  50  *  - gmx_calc_cog(): Calculates the center of geometry (COG) of a given
  51  *    group of atoms.
  52  *  - gmx_calc_com(): Calculates the center of mass (COM) of a given group
  53  *    of atoms.
  54  *  - gmx_calc_comg(): Calculates either the COM or COG, based on a
  55  *    boolean flag.
  56  *
  57  * A second set of routines is provided for calculating the centers for groups
  58  * that wrap over periodic boundaries (gmx_calc_cog_pbc(), gmx_calc_com_pbc(),
  59  * gmx_calc_comg_pbc()). These functions are slower, because they need to
  60  * adjust the center iteratively.
  61  *
  62  * It is also possible to calculate centers for several groups of atoms in
  63  * one call. The functions gmx_calc_cog_block(), gmx_calc_com_block() and
  64  * gmx_calc_comg_block() take an index group and a partitioning of that index
  65  * group (as a \c t_block structure), and calculate the centers for
  66  * each group defined by the \c t_block structure separately.
  67  *
  68  * Finally, there is a function gmx_calc_comg_blocka() that takes both the
  69  * index group and the partitioning as a single \c t_blocka structure.
  70  *
  71  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  72  * \ingroup module_selection
  73  */
  74 #ifndef GMX_SELECTION_CENTEROFMASS_H
  75 #define GMX_SELECTION_CENTEROFMASS_H
  76
  77 #include "../legacyheaders/types/simple.h"
  78 #include "../math/vectypes.h"
  79
  80 struct t_block;
  81 struct t_blocka;
  82 struct t_pbc;
  83 struct t_topology;
  84
  85 /*! \brief
  86  * Calculate a single center of geometry.
  87  *
  88  * \param[in]  top    Topology structure (unused, can be NULL).
  89  * \param[in]  x      Position vectors of all atoms.
  90  * \param[in]  nrefat Number of atoms in the index.
  91  * \param[in]  index  Indices of atoms.
  92  * \param[out] xout   COG position for the indexed atoms.
  93  * \returns    0 on success.
  94  */
  95 int
  96 gmx_calc_cog(t_topology *top, rvec x[], int nrefat, atom_id index[], rvec xout);
  97 /** Calculate a single center of mass. */
  98 int
  99 gmx_calc_com(t_topology *top, rvec x[], int nrefat, atom_id index[], rvec xout);
 100 /** Calculate force on a single center of geometry. */
 101 int
 102 gmx_calc_cog_f(t_topology *top, rvec f[], int nrefat, atom_id index[], rvec fout);
 103 /*! \brief
 104  * Calculate force on a single center of mass.
 105  *
 106  * \param[in]  top    Topology structure (unused, can be NULL).
 107  * \param[in]  f      Forces on all atoms.
 108  * \param[in]  nrefat Number of atoms in the index.
 109  * \param[in]  index  Indices of atoms.
 110  * \param[out] fout   Force on the COM position for the indexed atoms.
 111  * \returns    0 on success.
 112  */
 113 int
 114 gmx_calc_com_f(t_topology *top, rvec f[], int nrefat, atom_id index[], rvec fout);
 115 /** Calculate a single center of mass/geometry. */
 116 int
 117 gmx_calc_comg(t_topology *top, rvec x[], int nrefat, atom_id index[],
 118               bool bMass, rvec xout);
 119 /** Calculate force on a single center of mass/geometry. */
 120 int
 121 gmx_calc_comg_f(t_topology *top, rvec f[], int nrefat, atom_id index[],
 122                 bool bMass, rvec fout);
 123
 124 /** Calculate a single center of geometry iteratively, taking PBC into account. */
 125 int
 126 gmx_calc_cog_pbc(t_topology *top, rvec x[], t_pbc *pbc,
 127                  int nrefat, atom_id index[], rvec xout);
 128 /** Calculate a single center of mass iteratively, taking PBC into account. */
 129 int
 130 gmx_calc_com_pbc(t_topology *top, rvec x[], t_pbc *pbc,
 131                  int nrefat, atom_id index[], rvec xout);
 132 /** Calculate a single center of mass/geometry iteratively with PBC. */
 133 int
 134 gmx_calc_comg_pbc(t_topology *top, rvec x[], t_pbc *pbc,
 135                   int nrefat, atom_id index[], bool bMass, rvec xout);
 136
 137 /*! \brief
 138  * Calculate centers of geometry for a blocked index.
 139  *
 140  * \param[in]  top   Topology structure (unused, can be NULL).
 141  * \param[in]  x     Position vectors of all atoms.
 142  * \param[in]  block t_block structure that divides \p index into blocks.
 143  * \param[in]  index Indices of atoms.
 144  * \param[out] xout  \p block->nr COG positions.
 145  * \returns    0 on success.
 146  */
 147 int
 148 gmx_calc_cog_block(t_topology *top, rvec x[], t_block *block,
 149                    atom_id index[], rvec xout[]);
 150 /** Calculate centers of mass for a blocked index. */
 151 int
 152 gmx_calc_com_block(t_topology *top, rvec x[], t_block *block,
 153                    atom_id index[], rvec xout[]);
 154 /** Calculate forces on centers of geometry for a blocked index. */
 155 int
 156 gmx_calc_cog_f_block(t_topology *top, rvec f[], t_block *block,
 157                      atom_id index[], rvec fout[]);
 158 /*! \brief
 159  * Calculate forces on centers of mass for a blocked index.
 160  *
 161  * \param[in]  top   Topology structure (unused, can be NULL).
 162  * \param[in]  f     Forces on all atoms.
 163  * \param[in]  block t_block structure that divides \p index into blocks.
 164  * \param[in]  index Indices of atoms.
 165  * \param[out] fout  \p block->nr Forces on COM positions.
 166  * \returns    0 on success.
 167  */
 168 int
 169 gmx_calc_com_f_block(t_topology *top, rvec f[], t_block *block,
 170                      atom_id index[], rvec fout[]);
 171 /** Calculate centers of mass/geometry for a blocked index. */
 172 int
 173 gmx_calc_comg_block(t_topology *top, rvec x[], t_block *block,
 174                     atom_id index[], bool bMass, rvec xout[]);
 175 /** Calculate forces on centers of mass/geometry for a blocked index. */
 176 int
 177 gmx_calc_comg_f_block(t_topology *top, rvec f[], t_block *block,
 178                       atom_id index[], bool bMass, rvec fout[]);
 179 /** Calculate centers of mass/geometry for a set of blocks; */
 180 int
 181 gmx_calc_comg_blocka(t_topology *top, rvec x[], t_blocka *block,
 182                      bool bMass, rvec xout[]);
 183 /** Calculate forces on centers of mass/geometry for a set of blocks; */
 184 int
 185 gmx_calc_comg_f_blocka(t_topology *top, rvec x[], t_blocka *block,
 186                        bool bMass, rvec xout[]);
 187
 188 #endif