source: sasview/sansmodels/src/sans/models/c_extensions/refl.c @ 20f00bed

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 20f00bed was 339ce67, checked in by Jae Cho <jhjcho@…>, 14 years ago

added some models and tests

  • Property mode set to 100644
File size: 10.2 KB
Line 
1/**
2 * Scattering model for a sphere
3 */
4
5#include <math.h>
6#include "refl.h"
7#include <stdio.h>
8#include <stdlib.h>
9
10#define lamda 4.62
11
12typedef struct {
13        double re;
14        double im;
15} complex;
16
17typedef struct {
18        complex a;
19        complex b;
20        complex c;
21        complex d;
22} matrix;
23
24complex cassign(real, imag)
25        double real, imag;
26{
27        complex x;
28        x.re = real;
29        x.im = imag;
30        return x;
31}
32
33
34complex cadd(x,y)
35        complex x,y;
36{
37        complex z;
38        z.re = x.re + y.re;
39        z.im = x.im + y.im;
40        return z;
41}
42
43complex rcmult(x,y)
44        double x;
45    complex y;
46{
47        complex z;
48        z.re = x*y.re;
49        z.im = x*y.im;
50        return z;
51}
52
53complex csub(x,y)
54        complex x,y;
55{
56        complex z;
57        z.re = x.re - y.re;
58        z.im = x.im - y.im;
59        return z;
60}
61
62
63complex cmult(x,y)
64        complex x,y;
65{
66        complex z;
67        z.re = x.re*y.re - x.im*y.im;
68        z.im = x.re*y.im + x.im*y.re;
69        return z;
70}
71
72complex cdiv(x,y)
73        complex x,y;
74{
75        complex z;
76        z.re = (x.re*y.re + x.im*y.im)/(y.re*y.re + y.im*y.im);
77        z.im = (x.im*y.re - x.re*y.im)/(y.re*y.re + y.im*y.im);
78        return z;
79}
80
81complex cexp(b)
82        complex b;
83{
84        complex z;
85        double br,bi;
86        br=b.re;
87        bi=b.im;
88        z.re = exp(br)*cos(bi);
89        z.im = exp(br)*sin(bi);
90        return z;
91}
92
93
94complex csqrt(z)   /* see Schaum`s Math Handbook p. 22, 6.6 and 6.10 */
95        complex z;
96{
97        complex c;
98        double zr,zi,x,y,r,w;
99
100        zr=z.re;
101        zi=z.im;
102
103        if (zr==0.0 && zi==0.0)
104        {
105    c.re=0.0;
106        c.im=0.0;
107    return c;
108        }
109        else
110        {
111                x=fabs(zr);
112                y=fabs(zi);
113                if (x>y)
114                {
115                        r=y/x;
116                        w=sqrt(x)*sqrt(0.5*(1.0+sqrt(1.0+r*r)));
117                }
118                else
119                {
120                        r=x/y;
121                        w=sqrt(y)*sqrt(0.5*(r+sqrt(1.0+r*r)));
122                }
123                if (zr >=0.0)
124                {
125                        c.re=w;
126                        c.im=zi/(2.0*w);
127                }
128                else
129                {
130                        c.im=(zi >= 0) ? w : -w;
131                        c.re=zi/(2.0*c.im);
132                }
133                return c;
134        }
135}
136
137complex ccos(b)
138        complex b;
139{
140        complex neg,negb,zero,two,z,i,bi,negbi;
141        zero = cassign(0.0,0.0);
142        two = cassign(2.0,0.0);
143        i = cassign(0.0,1.0);
144        bi = cmult(b,i);
145        negbi = csub(zero,bi);
146        z = cdiv(cadd(cexp(bi),cexp(negbi)),two);
147        return z;
148}
149
150double errfunc(n_sub, i)
151        double n_sub;
152        int i;
153{
154        double bin_size, ind, func;
155        ind = i;
156        // i range = [ -4..4], x range = [ -2.5..2.5]
157        bin_size = n_sub/2.0/2.5;  //size of each sub-layer
158        // rescale erf so that 0 < erf < 1 in -2.5 <= x <= 2.5
159        func = (erf(ind/bin_size)/2.0+0.5);
160        return func;
161}
162
163double linefunc(n_sub, i)
164        double n_sub;
165        int i;
166{
167        double bin_size, ind, func;
168        ind = i + 0.5;
169        // i range = [ -4..4], x range = [ -2.5..2.5]
170        bin_size = 1.0/n_sub;  //size of each sub-layer
171        // rescale erf so that 0 < erf < 1 in -2.5 <= x <= 2.5
172        func = ((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size);
173        return func;
174}
175
176double parabolic_r(n_sub, i)
177        double n_sub;
178        int i;
179{
180        double bin_size, ind, func;
181        ind = i + 0.5;
182        // i range = [ -4..4], x range = [ 0..1]
183        bin_size = 1.0/n_sub;  //size of each sub-layer; n_sub = 0 is a singular point (error)
184        func = ((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size)*((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size);
185        return func;
186}
187
188double parabolic_l(n_sub, i)
189        double n_sub;
190        int i;
191{
192        double bin_size,ind, func;
193        ind = i + 0.5;
194        bin_size = 1.0/n_sub;  //size of each sub-layer; n_sub = 0 is a singular point (error)
195        func =1.0-(((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size) - 1.0) *(((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size) - 1.0);
196        return func;
197}
198
199double cubic_r(n_sub, i)
200        double n_sub;
201        int i;
202{
203        double bin_size,ind, func;
204        ind = i + 0.5;
205        // i range = [ -4..4], x range = [ 0..1]
206        bin_size = 1.0/n_sub;  //size of each sub-layer; n_sub = 0 is a singular point (error)
207        func = ((ind+ floor(n_sub/2.0))*bin_size)*((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size)*((ind + floor(n_sub/2.0))*bin_size);
208        return func;
209}
210
211double cubic_l(n_sub, i)
212        double n_sub;
213        int i;
214{
215        double bin_size,ind, func;
216        ind = i + 0.5;
217        bin_size = 1.0/n_sub;  //size of each sub-layer; n_sub = 0 is a singular point (error)
218        func = 1.0+(((ind + floor(n_sub/2.0)))*bin_size - 1.0)*(((ind + floor(n_sub/2.0)))*bin_size - 1.0)*(((ind + floor(n_sub/2.0)))*bin_size - 1.0);
219        return func;
220}
221
222double interfunc(fun_type, n_sub, i, sld_l, sld_r)
223        double n_sub, sld_l, sld_r;
224        int fun_type, i;
225{
226        double sld_i, func;
227        switch(fun_type){
228                case 1 :
229                        func = linefunc(n_sub, i);
230                        break;
231                case 2 :
232                        func = parabolic_r(n_sub, i);
233                        break;
234                case 3 :
235                        func = parabolic_l(n_sub, i);
236                        break;
237                case 4 :
238                        func = cubic_r(n_sub, i);
239                        break;
240                case 5 :
241                        func = cubic_l(n_sub, i);
242                        break;
243                default:
244                        func = errfunc(n_sub, i);
245                        break;
246        }
247        if (sld_r>sld_l){
248                sld_i = (sld_r-sld_l)*func+sld_l; //sld_cal(sld[i],sld[i+1],n_sub,dz,thick);
249        }
250        else if (sld_r<sld_l){
251                func = 1.0-func;
252                sld_i = (sld_l-sld_r)*func+sld_r; //sld_cal(sld[i],sld[i+1],n_sub,dz,thick);
253        }
254        else{
255                sld_i = sld_r;
256        }
257        return sld_i;
258}
259
260double re_kernel(double dp[], double q) {
261        int n = dp[0];
262        int i,j,fun_type[n+2];
263
264        double scale = dp[1];
265        double thick_inter_sub = dp[2];
266        double sld_sub = dp[4];
267        double sld_super = dp[5];
268        double background = dp[6];
269
270        double sld[n+2],sld_im[n+2],thick_inter[n+2],thick[n+2],total_thick;
271        fun_type[0] = dp[3];
272        for (i =1; i<=n; i++){
273                sld[i] = dp[i+6];
274                thick_inter[i]= dp[i+16];
275                thick[i] = dp[i+26];
276                fun_type[i] = dp[i+36];
277                sld_im[i] = dp[i+46];
278
279                total_thick += thick[i] + thick_inter[i];
280        }
281        sld[0] = sld_sub;
282        sld[n+1] = sld_super;
283        sld_im[0] = fabs(dp[0+56]);
284        sld_im[n+1] = fabs(dp[1+56]);
285        thick[0] = total_thick/5.0;
286        thick[n+1] = total_thick/5.0;
287        thick_inter[0] = thick_inter_sub;
288        thick_inter[n+1] = 0.0;
289
290        double nsl=21.0; //nsl = Num_sub_layer:  MUST ODD number in double //no other number works now
291        int n_s, floor_nsl;
292    double sld_i,sldim_i,dz,phi,R,ko2;
293    double sign,erfunc;
294    double pi;
295        complex  inv_n,phi1,alpha,alpha2,kn,fnm,fnp,rn,Xn,nn,nn2,an,nnp1,one,zero,two,n_sub,n_sup,knp1,Xnp1;
296        pi = 4.0*atan(1.0);
297    one = cassign(1.0,0.0);
298        //zero = cassign(0.0,0.0);
299        two= cassign(0.0,-2.0);
300
301        floor_nsl = floor(nsl/2.0);
302
303        //Checking if floor is available.
304        //no imaginary sld inputs in this function yet
305    n_sub=cassign(1.0-sld_sub*pow(lamda,2.0)/(2.0*pi),pow(lamda,2.0)/(2.0*pi)*sld_im[0]);
306    n_sup=cassign(1.0-sld_super*pow(lamda,2.0)/(2.0*pi),pow(lamda,2.0)/(2.0*pi)*sld_im[n+1]);
307    ko2 = pow(2.0*pi/lamda,2.0);
308
309    phi = asin(lamda*q/(4.0*pi));
310    phi1 = cdiv(rcmult(phi,one),n_sup);
311    alpha = cmult(n_sup,ccos(phi1));
312        alpha2 = cmult(alpha,alpha);
313
314    nnp1=n_sub;
315    knp1=csqrt(rcmult(ko2,csub(cmult(nnp1,nnp1),alpha2)));  //nnp1*ko*sin(phinp1)
316    Xnp1=cassign(0.0,0.0);
317    dz = 0.0;
318    // iteration for # of layers +sub from the top
319    for (i=1;i<=n+1; i++){
320                //iteration for 9 sub-layers
321                for (j=0;j<2;j++){
322                        for (n_s=-floor_nsl;n_s<=floor_nsl; n_s++){
323                                if (j==1){
324                                        if (i==n+1)
325                                                break;
326                                        dz = thick[i];
327                                        sld_i = sld[i];
328                                        sldim_i = sld_im[i];
329                                }
330                                else{
331                                        dz = thick_inter[i-1]/nsl;
332                                        if (sld[i-1] == sld[i]){
333                                                sld_i = sld[i];
334                                        }
335                                        else{
336                                                sld_i = interfunc(fun_type[i-1],nsl, n_s, sld[i-1], sld[i]);
337                                        }
338                                        if (sld_im[i-1] == sld_im[i]){
339                                                sldim_i = sld_im[i];
340                                        }
341                                        else{
342                                                sldim_i = interfunc(fun_type[i-1],nsl, n_s, sld_im[i-1], sld_im[i]);
343                                        }
344                                }
345                                nn = cassign(1.0-sld_i*pow(lamda,2.0)/(2.0*pi),pow(lamda,2.0)/(2.0*pi)*sldim_i);
346                                nn2=cmult(nn,nn);
347
348                                kn=csqrt(rcmult(ko2,csub(nn2,alpha2)));        //nn*ko*sin(phin)
349                                an=cexp(rcmult(dz,cmult(two,kn)));
350
351                                fnm=csub(kn,knp1);
352                                fnp=cadd(kn,knp1);
353                                rn=cdiv(fnm,fnp);
354                                Xn=cmult(an,cdiv(cadd(rn,Xnp1),cadd(one,cmult(rn,Xnp1))));    //Xn=an*((rn+Xnp1*anp1)/(1+rn*Xnp1*anp1))
355
356                                Xnp1=Xn;
357                                knp1=kn;
358
359                                if (j==1)
360                                        break;
361                        }
362                }
363    }
364    R=pow(Xn.re,2.0)+pow(Xn.im,2.0);
365    // This temperarily fixes the total reflection for Rfunction and linear.
366    // ToDo: Show why it happens that Xn.re=0 and Xn.im >1!
367    if (Xn.im == 0.0){
368        R=1.0;
369    }
370    R *= scale;
371    R += background;
372
373    return R;
374
375}
376/**
377 * Function to evaluate 1D scattering function
378 * @param pars: parameters of the sphere
379 * @param q: q-value
380 * @return: function value
381 */
382double refl_analytical_1D(ReflParameters *pars, double q) {
383        double dp[59];
384
385        dp[0] = pars->n_layers;
386        dp[1] = pars->scale;
387        dp[2] = pars->thick_inter0;
388        dp[3] = pars->func_inter0;
389        dp[4] = pars->sld_sub0;
390        dp[5] = pars->sld_medium;
391        dp[6] = pars->background;
392
393        dp[7] = pars->sld_flat1;
394        dp[8] = pars->sld_flat2;
395        dp[9] = pars->sld_flat3;
396        dp[10] = pars->sld_flat4;
397        dp[11] = pars->sld_flat5;
398        dp[12] = pars->sld_flat6;
399        dp[13] = pars->sld_flat7;
400        dp[14] = pars->sld_flat8;
401        dp[15] = pars->sld_flat9;
402        dp[16] = pars->sld_flat10;
403
404        dp[17] = pars->thick_inter1;
405        dp[18] = pars->thick_inter2;
406        dp[19] = pars->thick_inter3;
407        dp[20] = pars->thick_inter4;
408        dp[21] = pars->thick_inter5;
409        dp[22] = pars->thick_inter6;
410        dp[23] = pars->thick_inter7;
411        dp[24] = pars->thick_inter8;
412        dp[25] = pars->thick_inter9;
413        dp[26] = pars->thick_inter10;
414
415        dp[27] = pars->thick_flat1;
416        dp[28] = pars->thick_flat2;
417        dp[29] = pars->thick_flat3;
418        dp[30] = pars->thick_flat4;
419        dp[31] = pars->thick_flat5;
420        dp[32] = pars->thick_flat6;
421        dp[33] = pars->thick_flat7;
422        dp[34] = pars->thick_flat8;
423        dp[35] = pars->thick_flat9;
424        dp[36] = pars->thick_flat10;
425
426        dp[37] = pars->func_inter1;
427        dp[38] = pars->func_inter2;
428        dp[39] = pars->func_inter3;
429        dp[40] = pars->func_inter4;
430        dp[41] = pars->func_inter5;
431        dp[42] = pars->func_inter6;
432        dp[43] = pars->func_inter7;
433        dp[44] = pars->func_inter8;
434        dp[45] = pars->func_inter9;
435        dp[46] = pars->func_inter10;
436
437        dp[47] = pars->sldIM_flat1;
438        dp[48] = pars->sldIM_flat2;
439        dp[49] = pars->sldIM_flat3;
440        dp[50] = pars->sldIM_flat4;
441        dp[51] = pars->sldIM_flat5;
442        dp[52] = pars->sldIM_flat6;
443        dp[53] = pars->sldIM_flat7;
444        dp[54] = pars->sldIM_flat8;
445        dp[55] = pars->sldIM_flat9;
446        dp[56] = pars->sldIM_flat10;
447
448        dp[57] = pars->sldIM_sub0;
449        dp[58] = pars->sldIM_medium;
450
451        return re_kernel(dp, q);
452}
453
454/**
455 * Function to evaluate 2D scattering function
456 * @param pars: parameters of the sphere
457 * @param q: q-value
458 * @return: function value
459 */
460double refl_analytical_2D(ReflParameters *pars, double q, double phi) {
461        return refl_analytical_1D(pars,q);
462}
463
464double refl_analytical_2DXY(ReflParameters *pars, double qx, double qy){
465        return refl_analytical_1D(pars,sqrt(qx*qx+qy*qy));
466}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.