STEER/STEERBase/AliMagWrapCheb.h

   1
   2 // Author: ruben.shahoyan@cern.ch   20/03/2007
   3
   4 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   5 //                                                                               //
   6 //  Wrapper for the set of mag.field parameterizations by Chebyshev polinomials  //
   7 //  To obtain the field in cartesian coordinates/components use                  //
   8 //    Field(double* xyz, double* bxyz);                                          //
   9 //  For cylindrical coordinates/components:                                      //
  10 //    FieldCyl(double* rphiz, double* brphiz)                                    //
  11 //                                                                               //
  12 //  The solenoid part is parameterized in the volume  R<500, -550<Z<550 cm       //
  13 //                                                                               //
  14 //  The region R<423 cm,  -343.3<Z<481.3 for 30kA and -343.3<Z<481.3 for 12kA    //
  15 //  is parameterized using measured data while outside the Tosca calculation     //
  16 //  is used (matched to data on the boundary of the measurements)                //
  17 //                                                                               //
  18 //  Two options are possible:                                                    //
  19 //  1) _BRING_TO_BOUNDARY_ is defined in the AliCheb3D:                          //
  20 //     If the querried point is outside of the validity region then the field    //
  21 //     at the closest point on the fitted surface is returned.                   //
  22 //  2) _BRING_TO_BOUNDARY_ is not defined in the AliCheb3D:                      //
  23 //     If the querried point is outside of the validity region the return        //
  24 //     value for the field components are set to 0.                              //
  25 //                                                                               //
  26 //  To obtain the field integral in the TPC region from given point to nearest   //
  27 //  cathod plane (+- 250 cm) use:                                                //
  28 //  GetTPCInt(double* xyz, double* bxyz);  for Cartesian frame                   //
  29 //  or                                                                           //
  30 //  GetTPCIntCyl(Double_t *rphiz, Double_t *b); for Cylindrical frame            //
  31 //                                                                               //
  32 //                                                                               //
  33 //  The units are kiloGauss and cm.                                              //
  34 //                                                                               //
  35 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  36
  37 #ifndef ALIMAGWRAPCHEB_H
  38 #define ALIMAGWRAPCHEB_H
  39
  40 #include <TMath.h>
  41 #include <TNamed.h>
  42 #include <TObjArray.h>
  43 #include <TStopwatch.h>
  44 #include "AliCheb3D.h"
  45
  46 #ifndef _MAGCHEB_CACHE_
  47 #define _MAGCHEB_CACHE_  // use to spead up, but then Field calls are not thread safe
  48 #endif
  49
  50 class TSystem;
  51 class TArrayF;
  52 class TArrayI;
  53
  54 class AliMagWrapCheb: public TNamed
  55 {
  56  public:
  57   AliMagWrapCheb();
  58   AliMagWrapCheb(const AliMagWrapCheb& src);
  59   ~AliMagWrapCheb() {Clear();}
  60   //
  61   void       CopyFrom(const AliMagWrapCheb& src);
  62   AliMagWrapCheb& operator=(const AliMagWrapCheb& rhs);
  63   virtual void Clear(const Option_t * = "");
  64   //
  65   Int_t      GetNParamsSol()                              const {return fNParamsSol;}
  66   Int_t      GetNSegZSol()                                const {return fNZSegSol;}
  67   Float_t*   GetSegZSol()                                 const {return fSegZSol;}
  68   //
  69   Int_t      GetNParamsTPCInt()                           const {return fNParamsTPC;}
  70   Int_t      GetNSegZTPCInt()                             const {return fNZSegTPC;}
  71   //
  72   Int_t      GetNParamsTPCRatInt()                        const {return fNParamsTPCRat;}
  73   Int_t      GetNSegZTPCRatInt()                          const {return fNZSegTPCRat;}
  74   //
  75   Int_t      GetNParamsDip()                              const {return fNParamsDip;}
  76   Int_t      GetNSegZDip()                                const {return fNZSegDip;}
  77   //
  78   Float_t    GetMaxZ()                                    const {return GetMaxZSol();}
  79   Float_t    GetMinZ()                                    const {return fParamsDip ? GetMinZDip() : GetMinZSol();}
  80   //
  81   Float_t    GetMinZSol()                                 const {return fMinZSol;}
  82   Float_t    GetMaxZSol()                                 const {return fMaxZSol;}
  83   Float_t    GetMaxRSol()                                 const {return fMaxRSol;}
  84   //
  85   Float_t    GetMinZDip()                                 const {return fMinZDip;}
  86   Float_t    GetMaxZDip()                                 const {return fMaxZDip;}
  87   //
  88   Float_t    GetMinZTPCInt()                              const {return fMinZTPC;}
  89   Float_t    GetMaxZTPCInt()                              const {return fMaxZTPC;}
  90   Float_t    GetMaxRTPCInt()                              const {return fMaxRTPC;}
  91   //
  92   Float_t    GetMinZTPCRatInt()                           const {return fMinZTPCRat;}
  93   Float_t    GetMaxZTPCRatInt()                           const {return fMaxZTPCRat;}
  94   Float_t    GetMaxRTPCRatInt()                           const {return fMaxRTPCRat;}
  95   //
  96   AliCheb3D* GetParamSol(Int_t ipar)                      const {return (AliCheb3D*)fParamsSol->UncheckedAt(ipar);}
  97   AliCheb3D* GetParamTPCRatInt(Int_t ipar)                const {return (AliCheb3D*)fParamsTPCRat->UncheckedAt(ipar);}
  98   AliCheb3D* GetParamTPCInt(Int_t ipar)                   const {return (AliCheb3D*)fParamsTPC->UncheckedAt(ipar);}
  99   AliCheb3D* GetParamDip(Int_t ipar)                      const {return (AliCheb3D*)fParamsDip->UncheckedAt(ipar);}
 100   //
 101   virtual void Print(Option_t * = "")                     const;
 102   //
 103   virtual void Field(const Double_t *xyz, Double_t *b)    const;
 104   Double_t     GetBz(const Double_t *xyz)                 const;
 105   //
 106   void FieldCyl(const Double_t *rphiz, Double_t  *b)      const;
 107   void GetTPCInt(const Double_t *xyz, Double_t *b)        const;
 108   void GetTPCIntCyl(const Double_t *rphiz, Double_t *b)   const;
 109   void GetTPCRatInt(const Double_t *xyz, Double_t *b)     const;
 110   void GetTPCRatIntCyl(const Double_t *rphiz, Double_t *b) const;
 111   //
 112   Int_t       FindSolSegment(const Double_t *xyz)         const;
 113   Int_t       FindTPCSegment(const Double_t *xyz)         const;
 114   Int_t       FindTPCRatSegment(const Double_t *xyz)      const;
 115   Int_t       FindDipSegment(const Double_t *xyz)         const;
 116   static void CylToCartCylB(const Double_t *rphiz, const Double_t *brphiz,Double_t *bxyz);
 117   static void CylToCartCartB(const Double_t *xyz,  const Double_t *brphiz,Double_t *bxyz);
 118   static void CartToCylCartB(const Double_t *xyz,  const Double_t *bxyz,  Double_t *brphiz);
 119   static void CartToCylCylB(const Double_t *rphiz, const Double_t *bxyz,  Double_t *brphiz);
 120   static void CartToCyl(const Double_t *xyz,  Double_t *rphiz);
 121   static void CylToCart(const Double_t *rphiz,Double_t *xyz);
 122   //
 123 #ifdef  _INC_CREATION_ALICHEB3D_                          // see AliCheb3D.h for explanation
 124   void         LoadData(const char* inpfile);
 125   //
 126   AliMagWrapCheb(const char* inputFile);
 127   void       SaveData(const char* outfile)                const;
 128   Int_t      SegmentDimension(Float_t** seg,const TObjArray* par,int npar, int dim,
 129                               Float_t xmn,Float_t xmx,Float_t ymn,Float_t ymx,Float_t zmn,Float_t zmx);
 130   //
 131   void       AddParamSol(const AliCheb3D* param);
 132   void       AddParamTPCInt(const AliCheb3D* param);
 133   void       AddParamTPCRatInt(const AliCheb3D* param);
 134   void       AddParamDip(const AliCheb3D* param);
 135   void       BuildTable(Int_t npar,TObjArray *parArr, Int_t &nZSeg, Int_t &nYSeg, Int_t &nXSeg,
 136                         Float_t &minZ,Float_t &maxZ,Float_t **segZ,Float_t **segY,Float_t **segX,
 137                         Int_t **begSegY,Int_t **nSegY,Int_t **begSegX,Int_t **nSegX,Int_t **segID);
 138   void       BuildTableSol();
 139   void       BuildTableDip();
 140   void       BuildTableTPCInt();
 141   void       BuildTableTPCRatInt();
 142   void       ResetTPCInt();
 143   void       ResetTPCRatInt();
 144   void       ResetSol();
 145   void       ResetDip();
 146   //
 147   //
 148 #endif
 149   //
 150  protected:
 151   void     FieldCylSol(const Double_t *rphiz, Double_t *b)    const;
 152   Double_t FieldCylSolBz(const Double_t *rphiz)               const;
 153   //
 154  protected:
 155   //
 156   Int_t      fNParamsSol;            // Total number of parameterization pieces for solenoid
 157   Int_t      fNZSegSol;              // number of distinct Z segments in Solenoid
 158   Int_t      fNPSegSol;              // number of distinct P segments in Solenoid
 159   Int_t      fNRSegSol;              // number of distinct R segments in Solenoid
 160   Float_t*   fSegZSol;               //[fNZSegSol] coordinates of distinct Z segments in Solenoid
 161   Float_t*   fSegPSol;               //[fNPSegSol] coordinated of P segments for each Zsegment in Solenoid
 162   Float_t*   fSegRSol;               //[fNRSegSol] coordinated of R segments for each Psegment in Solenoid
 163   Int_t*     fBegSegPSol;            //[fNPSegSol] beginning of P segments array for each Z segment
 164   Int_t*     fNSegPSol;              //[fNZSegSol] number of P segments for each Z segment
 165   Int_t*     fBegSegRSol;            //[fNPSegSol] beginning of R segments array for each P segment
 166   Int_t*     fNSegRSol;              //[fNPSegSol] number of R segments for each P segment
 167   Int_t*     fSegIDSol;              //[fNRSegSol] ID of the solenoid parameterization for given RPZ segment
 168   Float_t    fMinZSol;               // Min Z of Solenoid parameterization
 169   Float_t    fMaxZSol;               // Max Z of Solenoid parameterization
 170   TObjArray* fParamsSol;             // Parameterization pieces for Solenoid field
 171   Float_t    fMaxRSol;               // max raduis for Solenoid field
 172   //
 173   Int_t      fNParamsTPC;            // Total number of parameterization pieces for TPCint
 174   Int_t      fNZSegTPC;              // number of distinct Z segments in TPCint
 175   Int_t      fNPSegTPC;              // number of distinct P segments in TPCint
 176   Int_t      fNRSegTPC;              // number of distinct R segments in TPCint
 177   Float_t*   fSegZTPC;               //[fNZSegTPC] coordinates of distinct Z segments in TPCint
 178   Float_t*   fSegPTPC;               //[fNPSegTPC] coordinated of P segments for each Zsegment in TPCint
 179   Float_t*   fSegRTPC;               //[fNRSegTPC] coordinated of R segments for each Psegment in TPCint
 180   Int_t*     fBegSegPTPC;            //[fNPSegTPC] beginning of P segments array for each Z segment
 181   Int_t*     fNSegPTPC;              //[fNZSegTPC] number of P segments for each Z segment
 182   Int_t*     fBegSegRTPC;            //[fNPSegTPC] beginning of R segments array for each P segment
 183   Int_t*     fNSegRTPC;              //[fNPSegTPC] number of R segments for each P segment
 184   Int_t*     fSegIDTPC;              //[fNRSegTPC] ID of the TPCint parameterization for given RPZ segment
 185   Float_t    fMinZTPC;               // Min Z of TPCint parameterization
 186   Float_t    fMaxZTPC;               // Max Z of TPCint parameterization
 187   TObjArray* fParamsTPC;             // Parameterization pieces for TPCint field
 188   Float_t    fMaxRTPC;               // max raduis for Solenoid field integral in TPC
 189   //
 190   Int_t      fNParamsTPCRat;         // Total number of parameterization pieces for tr.field to Bz integrals in TPC region
 191   Int_t      fNZSegTPCRat;           // number of distinct Z segments in TpcRatInt
 192   Int_t      fNPSegTPCRat;           // number of distinct P segments in TpcRatInt
 193   Int_t      fNRSegTPCRat;           // number of distinct R segments in TpcRatInt
 194   Float_t*   fSegZTPCRat;            //[fNZSegTPCRat] coordinates of distinct Z segments in TpcRatInt
 195   Float_t*   fSegPTPCRat;            //[fNPSegTPCRat] coordinated of P segments for each Zsegment in TpcRatInt
 196   Float_t*   fSegRTPCRat;            //[fNRSegTPCRat] coordinated of R segments for each Psegment in TpcRatInt
 197   Int_t*     fBegSegPTPCRat;         //[fNPSegTPCRat] beginning of P segments array for each Z segment
 198   Int_t*     fNSegPTPCRat;           //[fNZSegTPCRat] number of P segments for each Z segment
 199   Int_t*     fBegSegRTPCRat;         //[fNPSegTPCRat] beginning of R segments array for each P segment
 200   Int_t*     fNSegRTPCRat;           //[fNPSegTPCRat] number of R segments for each P segment
 201   Int_t*     fSegIDTPCRat;           //[fNRSegTPCRat] ID of the TpcRatInt parameterization for given RPZ segment
 202   Float_t    fMinZTPCRat;            // Min Z of TpcRatInt parameterization
 203   Float_t    fMaxZTPCRat;            // Max Z of TpcRatInt parameterization
 204   TObjArray* fParamsTPCRat;          // Parameterization pieces for TpcRatInt field
 205   Float_t    fMaxRTPCRat;            // max raduis for Solenoid field ratios integral in TPC
 206   //
 207   Int_t      fNParamsDip;            // Total number of parameterization pieces for dipole
 208   Int_t      fNZSegDip;              // number of distinct Z segments in Dipole
 209   Int_t      fNYSegDip;              // number of distinct Y segments in Dipole
 210   Int_t      fNXSegDip;              // number of distinct X segments in Dipole
 211   Float_t*   fSegZDip;               //[fNZSegDip] coordinates of distinct Z segments in Dipole
 212   Float_t*   fSegYDip;               //[fNYSegDip] coordinated of Y segments for each Zsegment in Dipole
 213   Float_t*   fSegXDip;               //[fNXSegDip] coordinated of X segments for each Ysegment in Dipole
 214   Int_t*     fBegSegYDip;            //[fNZSegDip] beginning of Y segments array for each Z segment
 215   Int_t*     fNSegYDip;              //[fNZSegDip] number of Y segments for each Z segment
 216   Int_t*     fBegSegXDip;            //[fNYSegDip] beginning of X segments array for each Y segment
 217   Int_t*     fNSegXDip;              //[fNYSegDip] number of X segments for each Y segment
 218   Int_t*     fSegIDDip;              //[fNXSegDip] ID of the dipole parameterization for given XYZ segment
 219   Float_t    fMinZDip;               // Min Z of Dipole parameterization
 220   Float_t    fMaxZDip;               // Max Z of Dipole parameterization
 221   TObjArray* fParamsDip;             // Parameterization pieces for Dipole field
 222   //
 223 #ifdef _MAGCHEB_CACHE_
 224   mutable AliCheb3D* fCacheSol;              //! last used solenoid patch
 225   mutable AliCheb3D* fCacheDip;              //! last used dipole patch
 226   mutable AliCheb3D* fCacheTPCInt;           //! last used patch for TPC integral
 227   mutable AliCheb3D* fCacheTPCRat;           //! last used patch for TPC normalized integral
 228 #endif
 229   //
 230   ClassDef(AliMagWrapCheb,8)         // Wrapper class for the set of Chebishev parameterizations of Alice mag.field
 231   //
 232  };
 233
 234
 235 //__________________________________________________________________________________________
 236 inline void AliMagWrapCheb::FieldCyl(const Double_t *rphiz, Double_t *b) const
 237 {
 238   // compute field in Cylindircal coordinates
 239   //  if (rphiz[2]<GetMinZSol() || rphiz[2]>GetMaxZSol() || rphiz[0]>GetMaxRSol()) {for (int i=3;i--;) b[i]=0; return;}
 240   b[0] = b[1] = b[2] = 0;
 241   FieldCylSol(rphiz,b);
 242 }
 243
 244 //__________________________________________________________________________________________________
 245 inline void AliMagWrapCheb::CylToCartCylB(const Double_t *rphiz, const Double_t *brphiz,Double_t *bxyz)
 246 {
 247   // convert field in cylindrical coordinates to cartesian system, point is in cyl.system
 248   Double_t btr = TMath::Sqrt(brphiz[0]*brphiz[0]+brphiz[1]*brphiz[1]);
 249   Double_t psiPLUSphi = TMath::ATan2(brphiz[1],brphiz[0]) + rphiz[1];
 250   bxyz[0] = btr*TMath::Cos(psiPLUSphi);
 251   bxyz[1] = btr*TMath::Sin(psiPLUSphi);
 252   bxyz[2] = brphiz[2];
 253   //
 254 }
 255
 256 //__________________________________________________________________________________________________
 257 inline void AliMagWrapCheb::CylToCartCartB(const Double_t* xyz, const Double_t *brphiz, Double_t *bxyz)
 258 {
 259   // convert field in cylindrical coordinates to cartesian system, point is in cart.system
 260   Double_t btr = TMath::Sqrt(brphiz[0]*brphiz[0]+brphiz[1]*brphiz[1]);
 261   Double_t phiPLUSpsi = TMath::ATan2(xyz[1],xyz[0]) +  TMath::ATan2(brphiz[1],brphiz[0]);
 262   bxyz[0] = btr*TMath::Cos(phiPLUSpsi);
 263   bxyz[1] = btr*TMath::Sin(phiPLUSpsi);
 264   bxyz[2] = brphiz[2];
 265   //
 266 }
 267
 268 //__________________________________________________________________________________________________
 269 inline void AliMagWrapCheb::CartToCylCartB(const Double_t *xyz, const Double_t *bxyz, Double_t *brphiz)
 270 {
 271   // convert field in cylindrical coordinates to cartesian system, poin is in cart.system
 272   Double_t btr = TMath::Sqrt(bxyz[0]*bxyz[0]+bxyz[1]*bxyz[1]);
 273   Double_t psiMINphi = TMath::ATan2(bxyz[1],bxyz[0]) - TMath::ATan2(xyz[1],xyz[0]);
 274   //
 275   brphiz[0] = btr*TMath::Cos(psiMINphi);
 276   brphiz[1] = btr*TMath::Sin(psiMINphi);
 277   brphiz[2] = bxyz[2];
 278   //
 279 }
 280
 281 //__________________________________________________________________________________________________
 282 inline void AliMagWrapCheb::CartToCylCylB(const Double_t *rphiz, const Double_t *bxyz, Double_t *brphiz)
 283 {
 284   // convert field in cylindrical coordinates to cartesian system, point is in cyl.system
 285   Double_t btr = TMath::Sqrt(bxyz[0]*bxyz[0]+bxyz[1]*bxyz[1]);
 286   Double_t psiMINphi =  TMath::ATan2(bxyz[1],bxyz[0]) - rphiz[1];
 287   brphiz[0] = btr*TMath::Cos(psiMINphi);
 288   brphiz[1] = btr*TMath::Sin(psiMINphi);
 289   brphiz[2] = bxyz[2];
 290   //
 291 }
 292
 293 //__________________________________________________________________________________________________
 294 inline void AliMagWrapCheb::CartToCyl(const Double_t *xyz, Double_t *rphiz)
 295 {
 296   rphiz[0] = TMath::Sqrt(xyz[0]*xyz[0]+xyz[1]*xyz[1]);
 297   rphiz[1] = TMath::ATan2(xyz[1],xyz[0]);
 298   rphiz[2] = xyz[2];
 299 }
 300
 301 //__________________________________________________________________________________________________
 302 inline void AliMagWrapCheb::CylToCart(const Double_t *rphiz, Double_t *xyz)
 303 {
 304   xyz[0] = rphiz[0]*TMath::Cos(rphiz[1]);
 305   xyz[1] = rphiz[0]*TMath::Sin(rphiz[1]);
 306   xyz[2] = rphiz[2];
 307 }
 308
 309 #endif