| 1 | /**
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| 2 | * @file bspline.hpp
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| 3 | * @author Julian Iseringhausen <isering@ins.uni-bonn.de>
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| 4 | * @date Mon Nov 21 13:27:22 2011
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| 6 | * @brief B-Splines for molecular dynamics.
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| 7 | *
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| 8 | */
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| 10 | #ifndef BSPLINE_HPP_
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| 11 | #define BSPLINE_HPP_
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| 13 | #include "base/helper.hpp"
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| 14 | #include "base/index.hpp"
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| 15 | #include "base/polynomial.hpp"
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| 16 | #include "base/vector.hpp"
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| 17 | #include "grid/grid.hpp"
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| 18 | #include "units/particle/particle.hpp"
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| 19 |
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| 20 | namespace VMG
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| 21 | {
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| 22 |
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| 23 | namespace Particle
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| 24 | {
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| 25 |
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| 26 | class BSpline
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| 27 | {
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| 28 | public:
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| 29 | BSpline(const vmg_float& width);
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| 30 |
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| 31 | vmg_float EvaluateSpline(const vmg_float& val) const
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| 32 | {
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| 33 | for (unsigned int i=0; i<intervals.size(); ++i)
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|---|
| 34 | if (val < intervals[i])
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|---|
| 35 | return spline_nom[i](val) / spline_denom[i](val);
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| 36 | return 0.0;
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| 37 | }
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| 38 |
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| 39 | void SetSpline(Grid& grid, const Particle& p, const int& near_field_cells) const
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| 40 | {
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| 41 | assert(p.Pos().X() >= grid.Extent().Begin().X() && p.Pos().X() < grid.Extent().End().X());
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|---|
| 42 | assert(p.Pos().Y() >= grid.Extent().Begin().Y() && p.Pos().Y() < grid.Extent().End().Y());
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|---|
| 43 | assert(p.Pos().Z() >= grid.Extent().Begin().Z() && p.Pos().Z() < grid.Extent().End().Z());
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| 44 |
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| 45 | std::vector<vmg_float> vals(Helper::intpow(2*near_field_cells+1,3));
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| 46 | vmg_float temp_val;
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| 47 | vmg_float int_val = 0.0;
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| 48 | int c = 0;
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| 49 |
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| 50 | Index i;
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| 51 | Vector dir;
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| 52 |
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| 53 | const Index index_global = static_cast<Index>((p.Pos() - grid.Extent().Begin()) / grid.Extent().MeshWidth());
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|---|
| 54 | assert(index_global.X() >= grid.Global().LocalBegin().X() && index_global.X() < grid.Global().LocalEnd().X());
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|---|
| 55 | assert(index_global.Y() >= grid.Global().LocalBegin().Y() && index_global.Y() < grid.Global().LocalEnd().Y());
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|---|
| 56 | assert(index_global.Z() >= grid.Global().LocalBegin().Z() && index_global.Z() < grid.Global().LocalEnd().Z());
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|---|
| 57 |
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|---|
| 58 | const Index index_local = index_global - grid.Global().LocalBegin() + grid.Local().Begin();
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|---|
| 59 | assert(index_local.X() >= grid.Local().Begin().X() && index_local.X() < grid.Local().End().X());
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|---|
| 60 | assert(index_local.Y() >= grid.Local().Begin().Y() && index_local.Y() < grid.Local().End().Y());
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|---|
| 61 | assert(index_local.Z() >= grid.Local().Begin().Z() && index_local.Z() < grid.Local().End().Z());
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|---|
| 62 |
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|---|
| 63 | const Vector pos_beg = p.Pos() - grid.Extent().Begin() - grid.Extent().MeshWidth() * (index_global - near_field_cells);
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| 64 | const Vector& h = grid.Extent().MeshWidth();
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| 65 |
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| 66 | // Iterate over all grid points which lie in the support of the interpolating B-Spline
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| 67 | dir[0] = pos_beg[0];
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|---|
| 68 | for (i.X()=-1*near_field_cells; i.X()<=near_field_cells; ++i.X()) {
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|---|
| 69 | dir[1] = pos_beg[1];
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|---|
| 70 | for (i.Y()=-1*near_field_cells; i.Y()<=near_field_cells; ++i.Y()) {
|
|---|
| 71 | dir[2] = pos_beg[2];
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|---|
| 72 | for (i.Z()=-1*near_field_cells; i.Z()<=near_field_cells; ++i.Z()) {
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|---|
| 73 |
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| 74 | // Compute distance from grid point to particle
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| 75 | temp_val = EvaluateSpline(dir.Length());
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| 76 | vals[c++] = temp_val * p.Charge();
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| 77 | int_val += temp_val;
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| 78 |
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|---|
| 79 | dir[2] -= h[2];
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|---|
| 80 | }
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|---|
| 81 | dir[1] -= h[1];
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|---|
| 82 | }
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|---|
| 83 | dir[0] -= h[0];
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|---|
| 84 | }
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| 85 |
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| 86 | // Reciprocal value of the numerically integrated spline
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| 87 | int_val = 1.0 / (int_val * grid.Extent().MeshWidth().Product());
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| 88 |
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| 89 | c = 0;
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|---|
| 90 | for (i.X()=-1*near_field_cells; i.X()<=near_field_cells; ++i.X())
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|---|
| 91 | for (i.Y()=-1*near_field_cells; i.Y()<=near_field_cells; ++i.Y())
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|---|
| 92 | for (i.Z()=-1*near_field_cells; i.Z()<=near_field_cells; ++i.Z())
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|---|
| 93 | grid(index_local+i) += vals[c++] * int_val;
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| 94 |
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| 95 | }
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| 96 |
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| 97 | vmg_float EvaluatePotential(const vmg_float& val) const
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| 98 | {
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|---|
| 99 | for (unsigned int i=0; i<intervals.size(); ++i)
|
|---|
| 100 | if (val < intervals[i])
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|---|
| 101 | return potential_nom[i](val) / potential_denom[i](val);
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|---|
| 102 | return potential_nom.back()(val) / potential_denom.back()(val);
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|---|
| 103 | }
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| 104 |
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|---|
| 105 | vmg_float EvaluateField(const vmg_float& val) const
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|---|
| 106 | {
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| 107 | for (unsigned int i=0; i<intervals.size(); ++i)
|
|---|
| 108 | if (val < intervals[i])
|
|---|
| 109 | return field_nom[i](val) / field_denom[i](val);
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|---|
| 110 | return 0.0;
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| 111 | }
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| 112 |
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|---|
| 113 | const vmg_float& GetAntiDerivativeAtZero() const
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| 114 | {
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| 115 | return antid;
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| 116 | }
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| 117 |
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| 118 | private:
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| 119 | std::vector<Polynomial> spline_nom, spline_denom;
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| 120 | std::vector<Polynomial> potential_nom, potential_denom;
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|---|
| 121 | std::vector<Polynomial> field_nom, field_denom;
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|---|
| 122 | vmg_float antid;
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|---|
| 123 | std::vector<vmg_float> intervals;
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|---|
| 124 |
|
|---|
| 125 | vmg_float R;
|
|---|
| 126 | };
|
|---|
| 127 |
|
|---|
| 128 | }
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|---|
| 129 |
|
|---|
| 130 | }
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| 131 |
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|---|
| 132 | #endif /* BSPLINE_HPP_ */
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