TPC/AliTPCtracker.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /*
  17 $Log$
  18 Revision 1.1.2.1  2000/06/25 08:53:55  kowal2
  19 Splitted from AliTPCtracking
  20
  21 */
  22
  23 //-------------------------------------------------------
  24 //          Implementation of the TPC tracker
  25 //
  26 //   Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
  27 //-------------------------------------------------------
  28
  29 #include "AliTPCtracker.h"
  30 #include "AliTPCcluster.h"
  31 #include <TObjArray.h>
  32 #include <TFile.h>
  33 #include "AliTPCClustersArray.h"
  34 #include "AliTPCClustersRow.h"
  35
  36 const AliTPCParam *AliTPCtracker::AliTPCSector::fgParam;
  37
  38 //_____________________________________________________________________________
  39 Double_t SigmaY2(Double_t r, Double_t tgl, Double_t pt)
  40 {
  41   //
  42   // Parametrised error of the cluster reconstruction (pad direction)
  43   //
  44   // Sigma rphi
  45   const Float_t kArphi=0.41818e-2;
  46   const Float_t kBrphi=0.17460e-4;
  47   const Float_t kCrphi=0.30993e-2;
  48   const Float_t kDrphi=0.41061e-3;
  49
  50   pt=TMath::Abs(pt)*1000.;
  51   Double_t x=r/pt;
  52   tgl=TMath::Abs(tgl);
  53   Double_t s=kArphi - kBrphi*r*tgl + kCrphi*x*x + kDrphi*x;
  54   if (s<0.4e-3) s=0.4e-3;
  55   s*=1.3; //Iouri Belikov
  56
  57   return s;
  58 }
  59
  60 //_____________________________________________________________________________
  61 Double_t SigmaZ2(Double_t r, Double_t tgl)
  62 {
  63   //
  64   // Parametrised error of the cluster reconstruction (drift direction)
  65   //
  66   // Sigma z
  67   const Float_t kAz=0.39614e-2;
  68   const Float_t kBz=0.22443e-4;
  69   const Float_t kCz=0.51504e-1;
  70
  71
  72   tgl=TMath::Abs(tgl);
  73   Double_t s=kAz - kBz*r*tgl + kCz*tgl*tgl;
  74   if (s<0.4e-3) s=0.4e-3;
  75   s*=1.3; //Iouri Belikov
  76
  77   return s;
  78 }
  79
  80 //_____________________________________________________________________________
  81 inline Double_t f1(Double_t x1,Double_t y1,
  82                    Double_t x2,Double_t y2,
  83                    Double_t x3,Double_t y3)
  84 {
  85   //-----------------------------------------------------------------
  86   // Initial approximation of the track curvature
  87   //-----------------------------------------------------------------
  88   Double_t d=(x2-x1)*(y3-y2)-(x3-x2)*(y2-y1);
  89   Double_t a=0.5*((y3-y2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1)-
  90                   (y2-y1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2));
  91   Double_t b=0.5*((x2-x1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2)-
  92                   (x3-x2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1));
  93
  94   Double_t xr=TMath::Abs(d/(d*x1-a)), yr=d/(d*y1-b);
  95
  96   return -xr*yr/sqrt(xr*xr+yr*yr);
  97 }
  98
  99
 100 //_____________________________________________________________________________
 101 inline Double_t f2(Double_t x1,Double_t y1,
 102                    Double_t x2,Double_t y2,
 103                    Double_t x3,Double_t y3)
 104 {
 105   //-----------------------------------------------------------------
 106   // Initial approximation of the track curvature times center of curvature
 107   //-----------------------------------------------------------------
 108   Double_t d=(x2-x1)*(y3-y2)-(x3-x2)*(y2-y1);
 109   Double_t a=0.5*((y3-y2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1)-
 110                   (y2-y1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2));
 111   Double_t b=0.5*((x2-x1)*(y3*y3-y2*y2+x3*x3-x2*x2)-
 112                   (x3-x2)*(y2*y2-y1*y1+x2*x2-x1*x1));
 113
 114   Double_t xr=TMath::Abs(d/(d*x1-a)), yr=d/(d*y1-b);
 115
 116   return -a/(d*y1-b)*xr/sqrt(xr*xr+yr*yr);
 117 }
 118
 119 //_____________________________________________________________________________
 120 inline Double_t f3(Double_t x1,Double_t y1,
 121                    Double_t x2,Double_t y2,
 122                    Double_t z1,Double_t z2)
 123 {
 124   //-----------------------------------------------------------------
 125   // Initial approximation of the tangent of the track dip angle
 126   //-----------------------------------------------------------------
 127   return (z1 - z2)/sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2));
 128 }
 129
 130 //_____________________________________________________________________________
 131 Int_t AliTPCtracker::FindProlongation(AliTPCseed& t, const AliTPCSector *sec,
 132 Int_t s, Int_t rf)
 133 {
 134   //-----------------------------------------------------------------
 135   // This function tries to find a track prolongation.
 136   //-----------------------------------------------------------------
 137   const Int_t kSKIP=(t.GetNumberOfClusters()<10) ?
 138                         10 : Int_t(0.5*sec->GetNRows());
 139   Int_t tryAgain=kSKIP;
 140   Double_t alpha=sec->GetAlpha();
 141   Int_t ns=Int_t(2*TMath::Pi()/alpha+0.5);
 142
 143   for (Int_t nr=sec->GetRowNumber(t.GetX())-1; nr>=rf; nr--) {
 144     Double_t x=sec->GetX(nr), ymax=sec->GetMaxY(nr);
 145     if (!t.PropagateTo(x)) return 0;
 146
 147     AliTPCcluster *cl=0;
 148     UInt_t index=0;
 149     Double_t maxchi2=12.;
 150     const AliTPCRow &krow=sec[s][nr];
 151     Double_t sy2=SigmaY2(t.GetX(),t.GetTgl(),t.GetPt());
 152     Double_t sz2=SigmaZ2(t.GetX(),t.GetTgl());
 153     Double_t road=4.*sqrt(t.GetSigmaY2() + sy2), y=t.GetY(), z=t.GetZ();
 154
 155     if (road>30) {
 156       if (t.GetNumberOfClusters()>4)
 157         cerr<<t.GetNumberOfClusters()
 158         <<"FindProlongation warning: Too broad road !\n";
 159       return 0;
 160     }
 161
 162     if (krow) {
 163       for (Int_t i=krow.Find(y-road); i<krow; i++) {
 164         AliTPCcluster* c=(AliTPCcluster*)(krow[i]);
 165         if (c->GetY() > y+road) break;
 166         if (c->IsUsed()) continue;
 167         if ((c->GetZ()-z)*(c->GetZ()-z) > 16.*(t.GetSigmaZ2()+sz2)) continue;
 168         Double_t chi2=t.GetPredictedChi2(c);
 169         if (chi2 > maxchi2) continue;
 170         maxchi2=chi2;
 171         cl=c;
 172         index=krow.GetIndex(i);
 173       }
 174     }
 175     if (cl) {
 176       Float_t l=sec->GetPadPitchWidth();
 177       t.SetSampledEdx(cl->GetQ()/l,t.GetNumberOfClusters());
 178       t.Update(cl,maxchi2,index);
 179       tryAgain=kSKIP;
 180     } else {
 181       if (tryAgain==0) break;
 182       if (y > ymax) {
 183          s = (s+1) % ns;
 184          if (!t.Rotate(alpha)) return 0;
 185       } else if (y <-ymax) {
 186          s = (s-1+ns) % ns;
 187          if (!t.Rotate(-alpha)) return 0;
 188       }
 189       tryAgain--;
 190     }
 191   }
 192
 193   return 1;
 194
 195 }
 196
 197 //_____________________________________________________________________________
 198 void
 199 AliTPCtracker::MakeSeeds(TObjArray& seeds,const AliTPCSector *sec, Int_t max,
 200 Int_t i1, Int_t i2)
 201 {
 202   //-----------------------------------------------------------------
 203   // This function creates track seeds.
 204   //-----------------------------------------------------------------
 205   Double_t x[5], c[15];
 206
 207   Double_t alpha=sec->GetAlpha(), shift=sec->GetAlphaShift();
 208   Double_t cs=cos(alpha), sn=sin(alpha);
 209
 210   Double_t x1 =sec->GetX(i1);
 211   Double_t xx2=sec->GetX(i2);
 212
 213   for (Int_t ns=0; ns<max; ns++) {
 214     Int_t nl=sec[(ns-1+max)%max][i2];
 215     Int_t nm=sec[ns][i2];
 216     Int_t nu=sec[(ns+1)%max][i2];
 217     const AliTPCRow& kr1=sec[ns][i1];
 218     for (Int_t is=0; is < kr1; is++) {
 219       Double_t y1=kr1[is]->GetY(), z1=kr1[is]->GetZ();
 220       for (Int_t js=0; js < nl+nm+nu; js++) {
 221         const AliTPCcluster *kcl;
 222         Double_t x2,   y2,   z2;
 223         Double_t x3=0.,y3=0.;
 224
 225         if (js<nl) {
 226           const AliTPCRow& kr2=sec[(ns-1+max)%max][i2];
 227           kcl=kr2[js];
 228           y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
 229           x2= xx2*cs+y2*sn;
 230           y2=-xx2*sn+y2*cs;
 231         } else
 232           if (js<nl+nm) {
 233             const AliTPCRow& kr2=sec[ns][i2];
 234             kcl=kr2[js-nl];
 235             x2=xx2; y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
 236           } else {
 237             const AliTPCRow& kr2=sec[(ns+1)%max][i2];
 238             kcl=kr2[js-nl-nm];
 239             y2=kcl->GetY(); z2=kcl->GetZ();
 240             x2=xx2*cs-y2*sn;
 241             y2=xx2*sn+y2*cs;
 242           }
 243
 244         Double_t zz=z1 - z1/x1*(x1-x2);
 245         if (TMath::Abs(zz-z2)>5.) continue;
 246
 247         Double_t d=(x2-x1)*(0.-y2)-(0.-x2)*(y2-y1);
 248         if (d==0.) {cerr<<"MakeSeeds warning: Straight seed !\n"; continue;}
 249
 250         x[0]=y1;
 251         x[1]=z1;
 252         x[2]=f1(x1,y1,x2,y2,x3,y3);
 253         if (TMath::Abs(x[2]) >= 0.0066) continue;
 254         x[3]=f2(x1,y1,x2,y2,x3,y3);
 255         //if (TMath::Abs(x[2]*x1-x[3]) >= 0.99999) continue;
 256         x[4]=f3(x1,y1,x2,y2,z1,z2);
 257         if (TMath::Abs(x[4]) > 1.2) continue;
 258         Double_t a=asin(x[3]);
 259         Double_t zv=z1 - x[4]/x[2]*(a+asin(x[2]*x1-x[3]));
 260         if (TMath::Abs(zv)>10.) continue;
 261
 262         Double_t sy1=kr1[is]->GetSigmaY2(), sz1=kr1[is]->GetSigmaZ2();
 263         Double_t sy2=kcl->GetSigmaY2(),     sz2=kcl->GetSigmaZ2();
 264         Double_t sy3=100*0.025, sy=0.1, sz=0.1;
 265
 266         Double_t f20=(f1(x1,y1+sy,x2,y2,x3,y3)-x[2])/sy;
 267         Double_t f22=(f1(x1,y1,x2,y2+sy,x3,y3)-x[2])/sy;
 268         Double_t f24=(f1(x1,y1,x2,y2,x3,y3+sy)-x[2])/sy;
 269         Double_t f30=(f2(x1,y1+sy,x2,y2,x3,y3)-x[3])/sy;
 270         Double_t f32=(f2(x1,y1,x2,y2+sy,x3,y3)-x[3])/sy;
 271         Double_t f34=(f2(x1,y1,x2,y2,x3,y3+sy)-x[3])/sy;
 272         Double_t f40=(f3(x1,y1+sy,x2,y2,z1,z2)-x[4])/sy;
 273         Double_t f41=(f3(x1,y1,x2,y2,z1+sz,z2)-x[4])/sz;
 274         Double_t f42=(f3(x1,y1,x2,y2+sy,z1,z2)-x[4])/sy;
 275         Double_t f43=(f3(x1,y1,x2,y2,z1,z2+sz)-x[4])/sz;
 276
 277         c[0]=sy1;
 278         c[1]=0.;       c[2]=sz1;
 279         c[3]=f20*sy1;  c[4]=0.;       c[5]=f20*sy1*f20+f22*sy2*f22+f24*sy3*f24;
 280         c[6]=f30*sy1;  c[7]=0.;       c[8]=f30*sy1*f20+f32*sy2*f22+f34*sy3*f24;
 281                                       c[9]=f30*sy1*f30+f32*sy2*f32+f34*sy3*f34;
 282         c[10]=f40*sy1; c[11]=f41*sz1; c[12]=f40*sy1*f20+f42*sy2*f22;
 283         c[13]=f40*sy1*f30+f42*sy2*f32;
 284         c[14]=f40*sy1*f40+f41*sz1*f41+f42*sy2*f42+f43*sz2*f43;
 285
 286         UInt_t index=kr1.GetIndex(is);
 287         AliTPCseed *track=new AliTPCseed(index, x, c, x1, ns*alpha+shift);
 288         Float_t l=sec->GetPadPitchWidth();
 289         track->SetSampledEdx(kr1[is]->GetQ()/l,0);
 290
 291         Int_t rc=FindProlongation(*track,sec,ns,i2);
 292         if (rc<0 || track->GetNumberOfClusters()<(i1-i2)/2) delete track;
 293         else seeds.AddLast(track);
 294       }
 295     }
 296   }
 297 }
 298
 299 //_____________________________________________________________________________
 300 void AliTPCtracker::Clusters2Tracks(const AliTPCParam *par, TFile *of) {
 301   //-----------------------------------------------------------------
 302   // This is a track finder.
 303   //-----------------------------------------------------------------
 304   TDirectory *savedir=gDirectory;
 305
 306   if (!of->IsOpen()) {
 307      cerr<<"AliTPC::Clusters2Tracks(): output file not open !\n";
 308      return;
 309   }
 310
 311   AliTPCClustersArray carray;
 312   carray.Setup(par);
 313   carray.SetClusterType("AliTPCcluster");
 314   carray.ConnectTree("Segment Tree");
 315
 316   of->cd();
 317   TTree tracktree("TreeT","Tree with TPC tracks");
 318   AliTPCtrack *iotrack=0;
 319   tracktree.Branch("tracks","AliTPCtrack",&iotrack,32000,0);
 320
 321   AliTPCSector::SetParam(par);
 322
 323   const Int_t kNIS=par->GetNInnerSector()/2;
 324   AliTPCSSector *ssec=new AliTPCSSector[kNIS];
 325   Int_t nlow=ssec->GetNRows();
 326
 327   const Int_t kNOS=par->GetNOuterSector()/2;
 328   AliTPCLSector *lsec=new AliTPCLSector[kNOS];
 329   Int_t nup=lsec->GetNRows();
 330
 331   //Load outer sectors
 332   UInt_t index;
 333   Int_t i,j;
 334
 335   j=Int_t(carray.GetTree()->GetEntries());
 336   for (i=0; i<j; i++) {
 337       AliSegmentID *s=carray.LoadEntry(i);
 338       Int_t sec,row;
 339       par->AdjustSectorRow(s->GetID(),sec,row);
 340       if (sec<kNIS*2) continue;
 341       AliTPCClustersRow *clrow=carray.GetRow(sec,row);
 342       Int_t ncl=clrow->GetArray()->GetEntriesFast();
 343       while (ncl--) {
 344          AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl];
 345          index=(((sec<<8)+row)<<16)+ncl;
 346          lsec[(sec-kNIS*2)%kNOS][row].InsertCluster(c,index);
 347       }
 348   }
 349
 350   //find track seeds
 351   TObjArray seeds(20000);
 352   Int_t nrows=nlow+nup;
 353   Int_t gap=Int_t(0.125*nrows), shift=Int_t(0.5*gap);
 354   MakeSeeds(seeds, lsec, kNOS, nup-1, nup-1-gap);
 355   MakeSeeds(seeds, lsec, kNOS, nup-1-shift, nup-1-shift-gap);
 356   seeds.Sort();
 357
 358   //tracking in outer sectors
 359   Int_t nseed=seeds.GetEntriesFast();
 360   for (i=0; i<nseed; i++) {
 361     AliTPCseed *pt=(AliTPCseed*)seeds.UncheckedAt(i), &t=*pt;
 362     Double_t alpha=t.GetAlpha();
 363     if (alpha > 2.*TMath::Pi()) alpha -= 2.*TMath::Pi();
 364     if (alpha < 0.            ) alpha += 2.*TMath::Pi();
 365     Int_t ns=Int_t(alpha/lsec->GetAlpha())%kNOS;
 366
 367     if (FindProlongation(t,lsec,ns)) {
 368        t.UseClusters(&carray);
 369        continue;
 370     }
 371     delete seeds.RemoveAt(i);
 372   }
 373
 374   //unload outer sectors
 375   for (i=0; i<kNOS; i++) {
 376       for (j=0; j<nup; j++) {
 377           if (carray.GetRow(i+kNIS*2,j)) carray.ClearRow(i+kNIS*2,j);
 378           if (carray.GetRow(i+kNIS*2+kNOS,j)) carray.ClearRow(i+kNIS*2+kNOS,j);
 379       }
 380   }
 381
 382   //load inner sectors
 383   j=Int_t(carray.GetTree()->GetEntries());
 384   for (i=0; i<j; i++) {
 385       AliSegmentID *s=carray.LoadEntry(i);
 386       Int_t sec,row;
 387       par->AdjustSectorRow(s->GetID(),sec,row);
 388       if (sec>=kNIS*2) continue;
 389       AliTPCClustersRow *clrow=carray.GetRow(sec,row);
 390       Int_t ncl=clrow->GetArray()->GetEntriesFast();
 391       while (ncl--) {
 392          AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl];
 393          index=(((sec<<8)+row)<<16)+ncl;
 394          ssec[sec%kNIS][row].InsertCluster(c,index);
 395       }
 396   }
 397
 398   //tracking in inner sectors
 399   Int_t found=0;
 400   for (i=0; i<nseed; i++) {
 401     AliTPCseed *pt=(AliTPCseed*)seeds.UncheckedAt(i), &t=*pt;
 402     if (!pt) continue;
 403     Int_t nc=t.GetNumberOfClusters();
 404
 405     Double_t alpha=t.GetAlpha() - ssec->GetAlphaShift();
 406     if (alpha > 2.*TMath::Pi()) alpha -= 2.*TMath::Pi();
 407     if (alpha < 0.            ) alpha += 2.*TMath::Pi();
 408     Int_t ns=Int_t(alpha/ssec->GetAlpha())%kNIS;
 409
 410     alpha=ns*ssec->GetAlpha() + ssec->GetAlphaShift() - t.GetAlpha();
 411
 412     if (t.Rotate(alpha)) {
 413        if (FindProlongation(t,ssec,ns)) {
 414           if (t.GetNumberOfClusters() >= Int_t(0.4*nrows)) {
 415              t.CookdEdx();
 416              //t.CookLabel(&carray);
 417              iotrack=pt;
 418              tracktree.Fill();
 419              t.UseClusters(&carray,nc);
 420              cerr<<found++<<'\r';
 421           }
 422        }
 423     }
 424     delete seeds.RemoveAt(i);
 425   }
 426   tracktree.Write();
 427
 428   //unload inner sectors
 429   for (i=0; i<kNIS; i++) {
 430       for (j=0; j<nlow; j++) {
 431           if (carray.GetRow(i,j)) carray.ClearRow(i,j);
 432           if (carray.GetRow(i+kNIS,j)) carray.ClearRow(i+kNIS,j);
 433       }
 434   }
 435
 436   cerr<<"Number of found tracks : "<<found<<endl;
 437
 438   delete[] ssec;
 439   delete[] lsec;
 440
 441   savedir->cd();
 442 }
 443
 444 //_________________________________________________________________________
 445 void
 446 AliTPCtracker::AliTPCRow::InsertCluster(const AliTPCcluster* c, UInt_t index) {
 447   //-----------------------------------------------------------------------
 448   // Insert a cluster into this pad row in accordence with its y-coordinate
 449   //-----------------------------------------------------------------------
 450   if (fN==kMAXCLUSTER) {
 451     cerr<<"AliTPCRow::InsertCluster(): Too many clusters !\n"; return;
 452   }
 453   if (fN==0) {fIndex[0]=index; fClusters[fN++]=c; return;}
 454   Int_t i=Find(c->GetY());
 455   memmove(fClusters+i+1 ,fClusters+i,(fN-i)*sizeof(AliTPCcluster*));
 456   memmove(fIndex   +i+1 ,fIndex   +i,(fN-i)*sizeof(UInt_t));
 457   fIndex[i]=index; fClusters[i]=c; fN++;
 458 }
 459
 460 //___________________________________________________________________
 461 Int_t AliTPCtracker::AliTPCRow::Find(Double_t y) const {
 462   //-----------------------------------------------------------------------
 463   // Return the index of the nearest cluster
 464   //-----------------------------------------------------------------------
 465   if (y <= fClusters[0]->GetY()) return 0;
 466   if (y > fClusters[fN-1]->GetY()) return fN;
 467   Int_t b=0, e=fN-1, m=(b+e)/2;
 468   for (; b<e; m=(b+e)/2) {
 469     if (y > fClusters[m]->GetY()) b=m+1;
 470     else e=m;
 471   }
 472   return m;
 473 }
 474
 475 //_____________________________________________________________________________
 476 void AliTPCtracker::AliTPCseed::CookdEdx(Double_t low, Double_t up) {
 477   //-----------------------------------------------------------------
 478   // This funtion calculates dE/dX within the "low" and "up" cuts.
 479   //-----------------------------------------------------------------
 480   Int_t i;
 481
 482   Int_t swap;//stupid sorting
 483   do {
 484     swap=0;
 485     for (i=0; i<fN-1; i++) {
 486       if (fdEdx[i]<=fdEdx[i+1]) continue;
 487       Float_t tmp=fdEdx[i]; fdEdx[i]=fdEdx[i+1]; fdEdx[i+1]=tmp;
 488       swap++;
 489     }
 490   } while (swap);
 491
 492   Int_t nl=Int_t(low*fN), nu=Int_t(up*fN);
 493   Float_t dedx=0;
 494   for (i=nl; i<=nu; i++) dedx += fdEdx[i];
 495   dedx /= (nu-nl+1);
 496   SetdEdx(dedx);
 497 }
 498
 499 //_____________________________________________________________________________
 500 void AliTPCtracker::AliTPCseed::UseClusters(AliTPCClustersArray *ca, Int_t n) {
 501   //-----------------------------------------------------------------
 502   // This function marks clusters associated with this track.
 503   //-----------------------------------------------------------------
 504   Int_t sec,row,ncl;
 505   for (Int_t i=n; i<fN; i++) {
 506      GetCluster(i,sec,row,ncl);
 507      AliTPCClustersRow *clrow=ca->GetRow(sec,row);
 508      AliTPCcluster *c=(AliTPCcluster*)(*clrow)[ncl];
 509      c->Use();
 510   }
 511 }
 512
 513