Move pair potentials and change to traditional Functor
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2d948a7e76
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@ -1,7 +1,7 @@
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project(${NAME}_cuda_lib CUDA CXX)
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project(${NAME}_cuda_lib CUDA CXX)
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set(HEADER_FILES
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set(HEADER_FILES
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pair_potentials.cuh
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potentials/pair_potentials.cuh
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forces.cuh
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forces.cuh
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)
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)
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set(SOURCE_FILES
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set(SOURCE_FILES
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@ -1,91 +0,0 @@
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#ifndef POTENTIALS_CUH
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#define POTENTIALS_CUH
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#include "precision.hpp"
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#include "vec3.h"
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#ifdef __CUDACC__
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#define CUDA_CALLABLE __host__ __device__
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#else
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#define CUDA_CALLABLE
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#endif
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/**
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* Result struct for the Pair Potential
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*/
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struct ForceAndEnergy {
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real energy;
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Vec3<real> force;
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CUDA_CALLABLE inline static ForceAndEnergy zero() {
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return {0.0, {0.0, 0.0, 0.0}};
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};
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};
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/**
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* Abstract implementation of a Pair Potential.
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* Pair potentials are potentials which depend solely on the distance
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* between two particles. These do not include multi-body potentials such as
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* EAM
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*
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*/
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struct PairPotential {
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real m_rcutoffsq;
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CUDA_CALLABLE PairPotential(real rcutoff) : m_rcutoffsq(rcutoff * rcutoff) {};
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#ifdef __CUDACC__
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CUDA_CALLABLE ~PairPotential();
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#else
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virtual ~PairPotential() = 0;
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#endif
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/**
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* Calculate the force and energy for a specific atom pair based on a
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* displacement vector r.
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*/
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CUDA_CALLABLE virtual ForceAndEnergy calc_force_and_energy(Vec3<real> r) = 0;
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};
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/**
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||||||
* Calculate the Lennard-Jones energy and force for the current particle pair
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* described by displacement vector r
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*/
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struct LennardJones : PairPotential {
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real m_epsilon;
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real m_sigma;
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CUDA_CALLABLE LennardJones(real sigma, real epsilon, real rcutoff)
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: PairPotential(rcutoff), m_epsilon(epsilon), m_sigma(sigma) {};
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||||||
CUDA_CALLABLE ForceAndEnergy calc_force_and_energy(Vec3<real> r) {
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real rmagsq = r.squared_norm2();
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||||||
if (rmagsq < this->m_rcutoffsq && rmagsq > 0.0) {
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real inv_rmag = 1 / std::sqrt(rmagsq);
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// Pre-Compute the terms (doing this saves on multiple devisions/pow
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// function call)
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real sigma_r = m_sigma * inv_rmag;
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||||||
real sigma_r6 = sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r;
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|
||||||
real sigma_r12 = sigma_r6 * sigma_r6;
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||||||
// Get the energy
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real energy = 4.0 * m_epsilon * (sigma_r12 - sigma_r6);
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// Get the force vector
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||||||
real force_mag =
|
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4.0 * m_epsilon *
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||||||
(12.0 * sigma_r12 * inv_rmag - 6.0 * sigma_r6 * inv_rmag);
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||||||
Vec3<real> force = r.scale(force_mag * inv_rmag);
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||||||
return {energy, force};
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} else {
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return ForceAndEnergy::zero();
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}
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};
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CUDA_CALLABLE inline ~LennardJones(){};
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};
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||||||
inline PairPotential::~PairPotential() {};
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||||||
#endif
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118
kernels/potentials/pair_potentials.cuh
Normal file
118
kernels/potentials/pair_potentials.cuh
Normal file
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@ -0,0 +1,118 @@
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#ifndef POTENTIALS_CUH
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#define POTENTIALS_CUH
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|
#include "precision.hpp"
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|
#include "vec3.h"
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#include <cmath>
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||||||
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#include <cstdio>
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||||||
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#include <variant>
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||||||
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||||||
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#ifdef __CUDACC__
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||||||
|
#define CUDA_CALLABLE __host__ __device__
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||||||
|
#else
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|
#define CUDA_CALLABLE
|
||||||
|
#endif
|
||||||
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||||||
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/**
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|
* Result struct for the Pair Potential
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*/
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struct ForceAndEnergy {
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real energy;
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|
Vec3<real> force;
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||||||
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|
CUDA_CALLABLE inline static ForceAndEnergy zero() {
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return {0.0, {0.0, 0.0, 0.0}};
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|
};
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|
};
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/**
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* Calculate the Lennard-Jones energy and force for the current particle
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* pair described by displacement vector r
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*/
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struct LennardJones {
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real m_sigma;
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real m_epsilon;
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real m_rcutoffsq;
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CUDA_CALLABLE LennardJones(real sigma, real epsilon, real rcutoff) {
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|
m_sigma = sigma;
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|
m_epsilon = epsilon;
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|
m_rcutoffsq = rcutoff * rcutoff;
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|
};
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||||||
|
CUDA_CALLABLE ForceAndEnergy calc_force_and_energy(Vec3<real> r) {
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|
real rmagsq = r.squared_norm2();
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||||||
|
if (rmagsq < m_rcutoffsq && rmagsq > 0.0) {
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|
real inv_rmag = 1 / sqrt(rmagsq);
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// Pre-Compute the terms (doing this saves on multiple devisions/pow
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// function call)
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real sigma_r = m_sigma * inv_rmag;
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|
real sigma_r6 = sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r * sigma_r;
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||||||
|
real sigma_r12 = sigma_r6 * sigma_r6;
|
||||||
|
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|
// Get the energy
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real energy = 4.0 * m_epsilon * (sigma_r12 - sigma_r6);
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// Get the force vector
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||||||
|
real force_mag =
|
||||||
|
4.0 * m_epsilon *
|
||||||
|
(12.0 * sigma_r12 * inv_rmag - 6.0 * sigma_r6 * inv_rmag);
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||||||
|
Vec3<real> force = r.scale(force_mag * inv_rmag);
|
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||||||
|
return {energy, force};
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||||||
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|
} else {
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return ForceAndEnergy::zero();
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|
}
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|
};
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||||||
|
};
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||||||
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/**
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|
* Calculate the Morse potential energy and force for the current particle pair
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|
* described by displacement vector r
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|
*/
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struct Morse {
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real m_D; // Depth of the potential well
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real m_a; // Width of the potential
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real m_r0; // Equilibrium bond distance
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real m_rcutoffsq; // Cutoff distance squared
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CUDA_CALLABLE Morse(real D, real a, real r0, real rcutoff) {
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||||||
|
m_D = D;
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||||||
|
m_a = a;
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||||||
|
m_r0 = r0;
|
||||||
|
m_rcutoffsq = rcutoff * rcutoff;
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||||||
|
};
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||||||
|
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||||||
|
CUDA_CALLABLE ForceAndEnergy calc_force_and_energy(Vec3<real> r) {
|
||||||
|
real rmagsq = r.squared_norm2();
|
||||||
|
if (rmagsq < m_rcutoffsq && rmagsq > 0.0) {
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||||||
|
real rmag = sqrt(rmagsq);
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|
real dr = rmag - m_r0;
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|
// Compute exponentials
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real exp_a_dr = exp(-m_a * dr);
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real exp_2a_dr = exp_a_dr * exp_a_dr;
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||||||
|
// Energy: V(r) = D * (exp(-2a(r - r0)) - 2*exp(-a(r - r0)))
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real energy = m_D * (exp_2a_dr - 2.0 * exp_a_dr);
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||||||
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||||||
|
// Force magnitude: F(r) = 2aD * (exp(-2a(r - r0)) - exp(-a(r - r0)))
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real force_mag = 2.0 * m_a * m_D * (exp_2a_dr - exp_a_dr);
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||||||
|
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||||||
|
// Direction: normalized vector
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||||||
|
Vec3<real> force = r.scale(force_mag / rmag);
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||||||
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||||||
|
return {energy, force};
|
||||||
|
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
return ForceAndEnergy::zero();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
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||||||
|
};
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||||||
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||||||
|
// Variant type for storing pair potential types
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|
using PairPotentials = std::variant<LennardJones, Morse>;
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||||||
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||||||
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#endif
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@ -1,4 +1,4 @@
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||||||
#include "pair_potentials.cuh"
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#include "potentials/pair_potentials.cuh"
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||||||
#include "precision.hpp"
|
#include "precision.hpp"
|
||||||
#include "gtest/gtest.h"
|
#include "gtest/gtest.h"
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||||||
#include <cmath>
|
#include <cmath>
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||||||
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@ -69,6 +69,7 @@ __global__ void lennard_jones_test_kernel(TestResults *results) {
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||||||
auto result = lj.calc_force_and_energy(r);
|
auto result = lj.calc_force_and_energy(r);
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||||||
results->energy_values[2] = result.energy;
|
results->energy_values[2] = result.energy;
|
||||||
results->force_values[2] = result.force;
|
results->force_values[2] = result.force;
|
||||||
|
|
||||||
results->at_minimum_pass =
|
results->at_minimum_pass =
|
||||||
(fabs(result.energy + epsilon) < tolerance) &&
|
(fabs(result.energy + epsilon) < tolerance) &&
|
||||||
vec3_near(Vec3<real>{0.0, 0.0, 0.0}, result.force, tolerance);
|
vec3_near(Vec3<real>{0.0, 0.0, 0.0}, result.force, tolerance);
|
||||||
|
|
|
@ -1,4 +1,4 @@
|
||||||
#include "pair_potentials.cuh"
|
#include "potentials/pair_potentials.cuh"
|
||||||
#include "precision.hpp"
|
#include "precision.hpp"
|
||||||
#include "gtest/gtest.h"
|
#include "gtest/gtest.h"
|
||||||
#include <cmath>
|
#include <cmath>
|
||||||
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