source: sasview/sansmodels/src/c_models/bcc.cpp @ ccb7363

ESS_GUIESS_GUI_DocsESS_GUI_batch_fittingESS_GUI_bumps_abstractionESS_GUI_iss1116ESS_GUI_iss879ESS_GUI_iss959ESS_GUI_openclESS_GUI_orderingESS_GUI_sync_sascalccostrafo411magnetic_scattrelease-4.1.1release-4.1.2release-4.2.2release_4.0.1ticket-1009ticket-1094-headlessticket-1242-2d-resolutionticket-1243ticket-1249ticket885unittest-saveload
Last change on this file since ccb7363 was 0ba3b08, checked in by Mathieu Doucet <doucetm@…>, 13 years ago

refactored bunch of models

  • Property mode set to 100644
File size: 9.0 KB
Line 
1/**
2        This software was developed by the University of Tennessee as part of the
3        Distributed Data Analysis of Neutron Scattering Experiments (DANSE)
4        project funded by the US National Science Foundation.
5
6        If you use DANSE applications to do scientific research that leads to
7        publication, we ask that you acknowledge the use of the software with the
8        following sentence:
9
10        "This work benefited from DANSE software developed under NSF award DMR-0520547."
11
12        copyright 2008, University of Tennessee
13 */
14
15/**
16 * Scattering model classes
17 * The classes use the IGOR library found in
18 *   sansmodels/src/libigor
19 *
20 */
21
22#include <math.h>
23#include "parameters.hh"
24#include <stdio.h>
25using namespace std;
26#include "bcc.h"
27
28extern "C" {
29        #include "libSphere.h"
30}
31
32// Convenience structure
33typedef struct {
34  double scale;
35  double dnn;
36  double d_factor;
37  double radius;
38  double sldSph;
39  double sldSolv;
40  double background;
41  double theta;
42  double phi;
43  double psi;
44
45} BCParameters;
46
47/**
48 * Function to evaluate 2D scattering function
49 * @param pars: parameters of the BCCCrystalModel
50 * @param q: q-value
51 * @param q_x: q_x / q
52 * @param q_y: q_y / q
53 * @return: function value
54 */
55static double bc_analytical_2D_scaled(BCParameters *pars, double q, double q_x, double q_y) {
56  double b3_x, b3_y, b3_z, b1_x, b1_y;
57  double q_z;
58  double alpha, cos_val_b3, cos_val_b2, cos_val_b1;
59  double a1_dot_q, a2_dot_q,a3_dot_q;
60  double answer;
61  double Pi = 4.0*atan(1.0);
62  double aa, Da, qDa_2, latticeScale, Zq, Fkq, Fkq_2;
63
64  //convert angle degree to radian
65  double pi = 4.0*atan(1.0);
66  double theta = pars->theta * pi/180.0;
67  double phi = pars->phi * pi/180.0;
68  double psi = pars->psi * pi/180.0;
69
70  double dp[5];
71  dp[0] = 1.0;
72  dp[1] = pars->radius;
73  dp[2] = pars->sldSph;
74  dp[3] = pars->sldSolv;
75  dp[4] = 0.0;
76
77  aa = pars->dnn;
78  Da = pars->d_factor*aa;
79  qDa_2 = pow(q*Da,2.0);
80
81  //the occupied volume of the lattice
82  latticeScale = 2.0*(4.0/3.0)*Pi*(dp[1]*dp[1]*dp[1])/pow(aa/sqrt(3.0/4.0),3.0);
83  // q vector
84  q_z = 0.0; // for SANS; assuming qz is negligible
85  /// Angles here are respect to detector coordinate
86  ///  instead of against q coordinate(PRB 36(46), 3(6), 1754(3854))
87    // b3 axis orientation
88    b3_x = sin(theta) * cos(phi);//negative sign here???
89    b3_y = sin(theta) * sin(phi);
90    b3_z = cos(theta);
91    cos_val_b3 =  b3_x*q_x + b3_y*q_y + b3_z*q_z;
92
93    alpha = acos(cos_val_b3);
94    // b1 axis orientation
95    b1_x = sin(psi);
96    b1_y = cos(psi);
97  cos_val_b1 = (b1_x*q_x + b1_y*q_y);
98    // b2 axis orientation
99  cos_val_b2 = sin(acos(cos_val_b1));
100  // alpha corrections
101  cos_val_b2 *= sin(alpha);
102  cos_val_b1 *= sin(alpha);
103
104    // Compute the angle btw vector q and the a3 axis
105    a3_dot_q = 0.5*aa*q*(cos_val_b2+cos_val_b1-cos_val_b3);
106
107    // a1 axis
108    a1_dot_q = 0.5*aa*q*(cos_val_b3+cos_val_b2-cos_val_b1);
109
110    // a2 axis
111    a2_dot_q = 0.5*aa*q*(cos_val_b3+cos_val_b1-cos_val_b2);
112
113    // The following test should always pass
114    if (fabs(cos_val_b3)>1.0) {
115      printf("bcc_ana_2D: Unexpected error: cos(alpha)>1\n");
116      return 0;
117    }
118    // Get Fkq and Fkq_2
119    Fkq = exp(-0.5*pow(Da/aa,2.0)*(a1_dot_q*a1_dot_q+a2_dot_q*a2_dot_q+a3_dot_q*a3_dot_q));
120    Fkq_2 = Fkq*Fkq;
121    // Call Zq=Z1*Z2*Z3
122    Zq = (1.0-Fkq_2)/(1.0-2.0*Fkq*cos(a1_dot_q)+Fkq_2);
123    Zq *= (1.0-Fkq_2)/(1.0-2.0*Fkq*cos(a2_dot_q)+Fkq_2);
124    Zq *= (1.0-Fkq_2)/(1.0-2.0*Fkq*cos(a3_dot_q)+Fkq_2);
125
126  // Use SphereForm directly from libigor
127  answer = SphereForm(dp,q)*Zq;
128
129  //consider scales
130  answer *= latticeScale * pars->scale;
131
132  // This FIXES a singualrity the kernel in libigor.
133  if ( answer == INFINITY || answer == NAN){
134    answer = 0.0;
135  }
136
137  // add background
138  answer += pars->background;
139
140  return answer;
141}
142
143/**
144 * Function to evaluate 2D scattering function
145 * @param pars: parameters of the BCC_ParaCrystal
146 * @param q: q-value
147 * @return: function value
148 */
149static double bc_analytical_2DXY(BCParameters *pars, double qx, double qy){
150  double q;
151  q = sqrt(qx*qx+qy*qy);
152  return bc_analytical_2D_scaled(pars, q, qx/q, qy/q);
153}
154
155BCCrystalModel :: BCCrystalModel() {
156        scale      = Parameter(1.0);
157        dnn             = Parameter(220.0);
158        d_factor = Parameter(0.06);
159        radius     = Parameter(40.0, true);
160        radius.set_min(0.0);
161        sldSph   = Parameter(3.0e-6);
162        sldSolv   = Parameter(6.3e-6);
163        background = Parameter(0.0);
164        theta  = Parameter(0.0, true);
165        phi    = Parameter(0.0, true);
166        psi    = Parameter(0.0, true);
167}
168
169/**
170 * Function to evaluate 1D scattering function
171 * The NIST IGOR library is used for the actual calculation.
172 * @param q: q-value
173 * @return: function value
174 */
175double BCCrystalModel :: operator()(double q) {
176        double dp[7];
177
178        // Fill parameter array for IGOR library
179        // Add the background after averaging
180        dp[0] = scale();
181        dp[1] = dnn();
182        dp[2] = d_factor();
183        dp[3] = radius();
184        dp[4] = sldSph();
185        dp[5] = sldSolv();
186        dp[6] = 0.0;
187
188        // Get the dispersion points for the radius
189        vector<WeightPoint> weights_rad;
190        radius.get_weights(weights_rad);
191
192        // Perform the computation, with all weight points
193        double sum = 0.0;
194        double norm = 0.0;
195        double vol = 0.0;
196        double result;
197
198        // Loop over radius weight points
199        for(size_t i=0; i<weights_rad.size(); i++) {
200                dp[3] = weights_rad[i].value;
201
202                //Un-normalize SphereForm by volume
203                result = BCC_ParaCrystal(dp, q) * pow(weights_rad[i].value,3);
204                // This FIXES a singualrity in the kernel in libigor.
205                if ( result == INFINITY || result == NAN){
206                        result = 0.0;
207                }
208                sum += weights_rad[i].weight
209                        * result;
210                //Find average volume
211                vol += weights_rad[i].weight
212                        * pow(weights_rad[i].value,3);
213
214                norm += weights_rad[i].weight;
215        }
216
217        if (vol != 0.0 && norm != 0.0) {
218                //Re-normalize by avg volume
219                sum = sum/(vol/norm);}
220        return sum/norm + background();
221}
222
223/**
224 * Function to evaluate 2D scattering function
225 * @param q_x: value of Q along x
226 * @param q_y: value of Q along y
227 * @return: function value
228 */
229double BCCrystalModel :: operator()(double qx, double qy) {
230        BCParameters dp;
231        dp.scale      = scale();
232        dp.dnn   = dnn();
233        dp.d_factor   = d_factor();
234        dp.radius  = radius();
235        dp.sldSph   = sldSph();
236        dp.sldSolv   = sldSolv();
237        dp.background = 0.0;
238        dp.theta  = theta();
239        dp.phi    = phi();
240        dp.psi    = psi();
241        double pi = 4.0*atan(1.0);
242        // Get the dispersion points for the radius
243        vector<WeightPoint> weights_rad;
244        radius.get_weights(weights_rad);
245
246        // Get angular averaging for theta
247        vector<WeightPoint> weights_theta;
248        theta.get_weights(weights_theta);
249
250        // Get angular averaging for phi
251        vector<WeightPoint> weights_phi;
252        phi.get_weights(weights_phi);
253
254        // Get angular averaging for psi
255        vector<WeightPoint> weights_psi;
256        psi.get_weights(weights_psi);
257
258        // Perform the computation, with all weight points
259        double sum = 0.0;
260        double norm = 0.0;
261        double norm_vol = 0.0;
262        double vol = 0.0;
263
264        // Loop over radius weight points
265        for(size_t i=0; i<weights_rad.size(); i++) {
266                dp.radius = weights_rad[i].value;
267                // Average over theta distribution
268                for(size_t j=0; j< weights_theta.size(); j++) {
269                        dp.theta = weights_theta[j].value;
270                        // Average over phi distribution
271                        for(size_t k=0; k< weights_phi.size(); k++) {
272                                dp.phi = weights_phi[k].value;
273                                // Average over phi distribution
274                                for(size_t l=0; l< weights_psi.size(); l++) {
275                                        dp.psi = weights_psi[l].value;
276                                        //Un-normalize SphereForm by volume
277                                        double _ptvalue = weights_rad[i].weight
278                                                                                * weights_theta[j].weight
279                                                                                * weights_phi[k].weight
280                                                                                * weights_psi[l].weight
281                                                                                * bc_analytical_2DXY(&dp, qx, qy);
282                                                                                //* pow(weights_rad[i].value,3.0);
283                                        // Consider when there is infinity or nan.
284                                        // Actual value for this singular point are typically zero.
285                                        if ( _ptvalue == INFINITY || _ptvalue == NAN){
286                                                _ptvalue = 0.0;
287                                        }
288                                        if (weights_theta.size()>1) {
289                                                _ptvalue *= fabs(sin(weights_theta[j].value*pi/180.0));
290                                        }
291                                        sum += _ptvalue;
292                                        // This model dose not need the volume of spheres correction!!!
293                                        norm += weights_rad[i].weight
294                                                        * weights_theta[j].weight
295                                                        * weights_phi[k].weight
296                                                        * weights_psi[l].weight;
297                                }
298                        }
299                }
300        }
301        // Averaging in theta needs an extra normalization
302        // factor to account for the sin(theta) term in the
303        // integration (see documentation).
304        if (weights_theta.size()>1) norm = norm / asin(1.0);
305
306        if (vol != 0.0 && norm_vol != 0.0) {
307                //Re-normalize by avg volume
308                sum = sum/(vol/norm_vol);}
309
310        return sum/norm + background();
311}
312
313/**
314 * Function to evaluate 2D scattering function
315 * @param pars: parameters of the BCCCrystal
316 * @param q: q-value
317 * @param phi: angle phi
318 * @return: function value
319 */
320double BCCrystalModel :: evaluate_rphi(double q, double phi) {
321        return (*this).operator()(q);
322}
323
324/**
325 * Function to calculate effective radius
326 * @return: effective radius value
327 */
328double BCCrystalModel :: calculate_ER() {
329        //NOT implemented yet!!!
330        return 0.0;
331}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.