Updated version (Tiziano)
[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSMultReconstructor.cxx
1 //____________________________________________________________________
2 // 
3 // AliITSMultReconstructor - find clusters in the pixels (theta and
4 // phi) and tracklets.
5 // 
6 // These can be used to extract charged particles multiplcicity from the ITS.
7 //
8 // A tracklet consist of two ITS clusters, one in the first pixel
9 // layer and one in the second. The clusters are associates if the 
10 // differencies in Phi (azimuth) and Zeta (longitudinal) are inside 
11 // a fiducial volume. In case of multiple candidates it is selected the
12 // candidate with minimum distance in Phi. 
13 // The parameter AssociationChoice allows to control if two clusters 
14 // in layer 2 can be associated to the same cluster in layer 1 or not.
15 //
16 // -----------------------------------------------------------------
17 // 
18 // TODO: 
19 // 
20 // - Introduce a rough pt estimation from the difference in phi ? 
21 // - Allow for a more refined selection criterium in case of multiple 
22 //   candidates (for instance by introducing weights for the difference 
23 //   in Phi and Zeta). 
24 //
25 //____________________________________________________________________
26
27 #include "AliITSMultReconstructor.h"
28
29 #include "TTree.h"
30 #include "TH1F.h"
31 #include "TH2F.h"
32
33
34 #include "AliITSRecPoint.h"
35 #include "AliITSgeom.h"
36 #include "AliLog.h"
37
38 //____________________________________________________________________
39 ClassImp(AliITSMultReconstructor)
40
41 //____________________________________________________________________
42 AliITSMultReconstructor::AliITSMultReconstructor() {
43
44   fGeometry =0;
45
46   SetHistOn();
47   SetPhiWindow();
48   SetZetaWindow();
49   SetOnlyOneTrackletPerC2();
50
51   fClustersLay1       = new Float_t*[300000];
52   fClustersLay2       = new Float_t*[300000];
53   fTracklets          = new Float_t*[300000];
54   fAssociationFlag    = new Bool_t[300000];
55
56   for(Int_t i=0; i<300000; i++) {
57     fClustersLay1[i]       = new Float_t[3];
58     fClustersLay2[i]       = new Float_t[3];
59     fTracklets[i]          = new Float_t[3];
60     fAssociationFlag[i]    = kFALSE;
61   }
62
63   // definition of histograms
64   fhClustersDPhiAcc   = new TH1F("dphiacc",  "dphi",  100,-0.1,0.1);
65   fhClustersDPhiAcc->SetDirectory(0);
66   fhClustersDThetaAcc = new TH1F("dthetaacc","dtheta",100,-0.1,0.1);
67   fhClustersDThetaAcc->SetDirectory(0);
68   fhClustersDZetaAcc = new TH1F("dzetaacc","dzeta",100,-1.,1.);
69   fhClustersDZetaAcc->SetDirectory(0);
70
71   fhDPhiVsDZetaAcc = new TH2F("dphiVsDzetaacc","",100,-1.,1.,100,-0.1,0.1);
72   fhDPhiVsDZetaAcc->SetDirectory(0);
73   fhDPhiVsDThetaAcc = new TH2F("dphiVsDthetaAcc","",100,-0.1,0.1,100,-0.1,0.1);
74   fhDPhiVsDThetaAcc->SetDirectory(0);
75
76   fhClustersDPhiAll   = new TH1F("dphiall",  "dphi",  100,-0.5,0.5);
77   fhClustersDPhiAll->SetDirectory(0);
78   fhClustersDThetaAll = new TH1F("dthetaall","dtheta",100,-0.5,0.5);
79   fhClustersDThetaAll->SetDirectory(0);
80   fhClustersDZetaAll = new TH1F("dzetaall","dzeta",100,-5.,5.);
81   fhClustersDZetaAll->SetDirectory(0);
82
83   fhDPhiVsDZetaAll = new TH2F("dphiVsDzetaall","",100,-5.,5.,100,-0.5,0.5);
84   fhDPhiVsDZetaAll->SetDirectory(0);
85   fhDPhiVsDThetaAll = new TH2F("dphiVsDthetaAll","",100,-0.5,0.5,100,-0.5,0.5);
86   fhDPhiVsDThetaAll->SetDirectory(0);
87
88   fhetaTracklets  = new TH1F("etaTracklets",  "eta",  100,-2.,2.);
89   fhetaTracklets->SetDirectory(0);
90   fhphiTracklets  = new TH1F("phiTracklets",  "phi",  100,-3.14159,3.14159);
91   fhphiTracklets->SetDirectory(0);
92   fhetaClustersLay1  = new TH1F("etaClustersLay1",  "etaCl1",  100,-2.,2.);
93   fhetaClustersLay1->SetDirectory(0);
94   fhphiClustersLay1  = new TH1F("phiClustersLay1", "phiCl1", 100,-3.141,3.141);
95   fhphiClustersLay1->SetDirectory(0);
96 }
97 //____________________________________________________________________
98 AliITSMultReconstructor::~AliITSMultReconstructor() {
99   // Destructor
100
101   fGeometry = 0x0;
102   for(Int_t i=0; i<300000; i++) {
103     delete [] fClustersLay1[i];
104     delete [] fClustersLay2[i];
105     delete [] fTracklets[i];
106   }
107   
108   delete [] fClustersLay1;
109   delete [] fClustersLay2;
110   delete [] fTracklets;
111   delete [] fAssociationFlag;
112   
113   delete fhClustersDPhiAcc;
114   delete fhClustersDThetaAcc;
115   delete fhClustersDZetaAcc;
116   delete fhClustersDPhiAll;
117   delete fhClustersDThetaAll;
118   delete fhClustersDZetaAll;
119  
120   delete fhDPhiVsDThetaAll;
121   delete fhDPhiVsDThetaAcc;
122   delete fhDPhiVsDZetaAll;
123   delete fhDPhiVsDZetaAcc;
124
125   delete fhetaTracklets;
126   delete fhphiTracklets;
127   delete fhetaClustersLay1;
128   delete fhphiClustersLay1;
129 }
130
131 //____________________________________________________________________
132 void
133 AliITSMultReconstructor::Reconstruct(TTree* clusterTree, Float_t* vtx, Float_t* /* vtxRes*/) {
134   //
135   // - calls LoadClusterArray that finds the position of the clusters
136   //   (in global coord) 
137   // - convert the cluster coordinates to theta, phi (seen from the
138   //   interaction vertex). The third coordinate is used for ....
139   // - makes an array of tracklets 
140   //   
141   // After this method has been called, the clusters of the two layers
142   // and the tracklets can be retrieved by calling the Get'er methods.
143
144   // reset counters
145   fNClustersLay1 = 0;
146   fNClustersLay2 = 0;
147   fNTracklets = 0; 
148
149   // loading the clusters 
150   LoadClusterArrays(clusterTree);
151  
152   // find the tracklets
153   AliDebug(1,"Looking for tracklets... ");  
154
155   //###########################################################
156   // Loop on layer 1 : finding theta, phi and z 
157   for (Int_t iC1=0; iC1<fNClustersLay1; iC1++) {    
158     Float_t x = fClustersLay1[iC1][0] - vtx[0];
159     Float_t y = fClustersLay1[iC1][1] - vtx[1];
160     Float_t z = fClustersLay1[iC1][2] - vtx[2];
161
162     Float_t r    = TMath::Sqrt(TMath::Power(x,2) +
163                                TMath::Power(y,2) +
164                                TMath::Power(z,2));
165     
166     fClustersLay1[iC1][0] = TMath::ACos(z/r);  // Store Theta
167     fClustersLay1[iC1][1] = TMath::ATan2(x,y);  // Store Phi
168     fClustersLay1[iC1][2] = z/r;               // Store scaled z 
169     if (fHistOn) {
170       Float_t eta=fClustersLay1[iC1][0];
171       eta= TMath::Tan(eta/2.);
172       eta=-TMath::Log(eta);
173       fhetaClustersLay1->Fill(eta);    
174       fhphiClustersLay1->Fill(fClustersLay1[iC1][1]);    
175     }      
176 }
177   
178   // Loop on layer 2 : finding theta, phi and r   
179   for (Int_t iC2=0; iC2<fNClustersLay2; iC2++) {    
180     Float_t x = fClustersLay2[iC2][0] - vtx[0];
181     Float_t y = fClustersLay2[iC2][1] - vtx[1];
182     Float_t z = fClustersLay2[iC2][2] - vtx[2];
183    
184     Float_t r    = TMath::Sqrt(TMath::Power(x,2) +
185                                TMath::Power(y,2) +
186                                TMath::Power(z,2));
187     
188     fClustersLay2[iC2][0] = TMath::ACos(z/r);  // Store Theta
189     fClustersLay2[iC2][1] = TMath::ATan2(x,y);  // Store Phi
190     fClustersLay2[iC2][2] = z;                 // Store z
191
192  // this only needs to be initialized for the fNClustersLay2 first associations
193     fAssociationFlag[iC2] = kFALSE;
194   }  
195   
196   //###########################################################
197   // Loop on layer 1 
198   for (Int_t iC1=0; iC1<fNClustersLay1; iC1++) {    
199
200     // reset of variables for multiple candidates
201     Int_t  iC2WithBestDist = 0;     // reset 
202     Float_t Distmin        = 100.;  // just to put a huge number! 
203     Float_t dPhimin        = 0.;  // Used for histograms only! 
204     Float_t dThetamin      = 0.;  // Used for histograms only! 
205     Float_t dZetamin       = 0.;  // Used for histograms only! 
206     
207     // Loop on layer 2 
208     for (Int_t iC2=0; iC2<fNClustersLay2; iC2++) {      
209       
210       // The following excludes double associations
211       if (!fAssociationFlag[iC2]) {
212         
213         // find the difference in angles
214         Float_t dTheta = fClustersLay2[iC2][0] - fClustersLay1[iC1][0];
215         Float_t dPhi   = fClustersLay2[iC2][1] - fClustersLay1[iC1][1];
216         
217         // find the difference in z (between linear projection from layer 1
218         // and the actual point: Dzeta= z1/r1*r2 -z2)   
219         Float_t r2   = fClustersLay2[iC2][2]/TMath::Cos(fClustersLay2[iC2][0]);
220         Float_t dZeta  = fClustersLay1[iC1][2]*r2 - fClustersLay2[iC2][2]; 
221
222         if (fHistOn) {
223           fhClustersDPhiAll->Fill(dPhi);    
224           fhClustersDThetaAll->Fill(dTheta);    
225           fhClustersDZetaAll->Fill(dZeta);    
226           fhDPhiVsDThetaAll->Fill(dTheta, dPhi);
227           fhDPhiVsDZetaAll->Fill(dZeta, dPhi);
228         }
229         // make "elliptical" cut in Phi and Zeta! 
230         Float_t d = TMath::Sqrt(TMath::Power(dPhi/fPhiWindow,2) + TMath::Power(dZeta/fZetaWindow,2));
231         if (d>1) continue;      
232         
233         //look for the minimum distance: the minimum is in iC2WithBestDist
234         if (TMath::Sqrt(dZeta*dZeta+(r2*dPhi*r2*dPhi)) < Distmin ) {
235           Distmin=TMath::Sqrt(dZeta*dZeta + (r2*dPhi*r2*dPhi));
236           dPhimin = dPhi;
237           dThetamin = dTheta;
238           dZetamin = dZeta; 
239           iC2WithBestDist = iC2;
240         }
241       } 
242     } // end of loop over clusters in layer 2 
243     
244     if (Distmin<100) { // This means that a cluster in layer 2 was found that mathes with iC1
245
246         if (fHistOn) {
247           fhClustersDPhiAcc->Fill(dPhimin);    
248           fhClustersDThetaAcc->Fill(dThetamin);    
249           fhClustersDZetaAcc->Fill(dZetamin);    
250           fhDPhiVsDThetaAcc->Fill(dThetamin, dPhimin);
251           fhDPhiVsDZetaAcc->Fill(dZetamin, dPhimin);
252         }
253       
254       if (fOnlyOneTrackletPerC2) fAssociationFlag[iC2WithBestDist] = kTRUE; // flag the association
255       
256       // store the tracklet
257       
258       // use the theta from the clusters in the first layer 
259       fTracklets[fNTracklets][0] = fClustersLay1[iC1][0];
260       // use the phi from the clusters in the first layer 
261       fTracklets[fNTracklets][1] = fClustersLay1[iC1][1];
262       // Store the difference between phi1 and phi2
263       fTracklets[fNTracklets][2] = fClustersLay1[iC1][1] - fClustersLay2[iC2WithBestDist][1];       
264   
265         if (fHistOn) {
266           Float_t eta=fTracklets[fNTracklets][0];
267           eta= TMath::Tan(eta/2.);
268           eta=-TMath::Log(eta);
269           fhetaTracklets->Fill(eta);    
270           fhphiTracklets->Fill(fTracklets[fNTracklets][1]);    
271         }
272       fNTracklets++;
273       
274       AliDebug(1,Form(" Adding tracklet candidate %d (cluster %d  of layer 1 and %d  of layer 2)", fNTracklets, iC1));
275     }
276   } // end of loop over clusters in layer 1
277   
278   AliDebug(1,Form("%d tracklets found", fNTracklets));
279 }
280
281 //____________________________________________________________________
282 void
283 AliITSMultReconstructor::LoadClusterArrays(TTree* itsClusterTree) {
284   // This method
285   // - gets the clusters from the cluster tree 
286   // - convert them into global coordinates 
287   // - store them in the internal arrays
288   
289   AliDebug(1,"Loading clusters ...");
290   
291   fNClustersLay1 = 0;
292   fNClustersLay2 = 0;
293   
294   TClonesArray* itsClusters = new TClonesArray("AliITSRecPoint");
295   TBranch* itsClusterBranch=itsClusterTree->GetBranch("ITSRecPoints");
296
297   itsClusterBranch->SetAddress(&itsClusters);
298
299   Int_t nItsSubs = (Int_t)itsClusterTree->GetEntries();  
300  
301   // loop over the its subdetectors
302   for (Int_t iIts=0; iIts < nItsSubs; iIts++) {
303     
304     if (!itsClusterTree->GetEvent(iIts)) 
305       continue;
306     
307     Int_t nClusters = itsClusters->GetEntriesFast();
308     
309     // stuff needed to get the global coordinates
310     Double_t rot[9];   fGeometry->GetRotMatrix(iIts,rot);
311     Int_t lay,lad,det; fGeometry->GetModuleId(iIts,lay,lad,det);
312     Float_t tx,ty,tz;  fGeometry->GetTrans(lay,lad,det,tx,ty,tz);
313     
314     // Below:
315     // "alpha" is the angle from the global X-axis to the
316     //         local GEANT X'-axis  ( rot[0]=cos(alpha) and rot[1]=sin(alpha) )
317     // "phi" is the angle from the global X-axis to the
318     //       local cluster X"-axis
319     
320     Double_t alpha   = TMath::ATan2(rot[1],rot[0])+TMath::Pi();
321     Double_t itsPhi = TMath::Pi()/2+alpha;
322     
323     if (lay==1) itsPhi+=TMath::Pi();
324     Double_t cp=TMath::Cos(itsPhi), sp=TMath::Sin(itsPhi);
325     Double_t r=tx*cp+ty*sp;
326     
327     // loop over clusters
328     while(nClusters--) {
329       AliITSRecPoint* cluster = (AliITSRecPoint*)itsClusters->UncheckedAt(nClusters);   
330       
331       if (cluster->GetLayer()>1) 
332         continue;            
333       
334       Float_t x = r*cp - cluster->GetY()*sp;
335       Float_t y = r*sp + cluster->GetY()*cp;
336       Float_t z = cluster->GetZ();      
337       
338       if (cluster->GetLayer()==0) {
339         fClustersLay1[fNClustersLay1][0] = x;
340         fClustersLay1[fNClustersLay1][1] = y;
341         fClustersLay1[fNClustersLay1][2] = z;
342         fNClustersLay1++;
343       }
344       if (cluster->GetLayer()==1) {     
345         fClustersLay2[fNClustersLay2][0] = x;
346         fClustersLay2[fNClustersLay2][1] = y;
347         fClustersLay2[fNClustersLay2][2] = z;
348         fNClustersLay2++;
349       }
350       
351     }// end of cluster loop
352   } // end of its "subdetector" loop  
353   
354   AliDebug(1,Form("(clusters in layer 1 : %d,  layer 2: %d)",fNClustersLay1,fNClustersLay2));
355 }
356 //____________________________________________________________________
357 void
358 AliITSMultReconstructor::SaveHists() {
359   
360   if (!fHistOn)
361     return;
362
363   fhClustersDPhiAll->Write();
364   fhClustersDThetaAll->Write();
365   fhClustersDZetaAll->Write();
366   fhDPhiVsDThetaAll->Write();
367   fhDPhiVsDZetaAll->Write();
368
369   fhClustersDPhiAcc->Write();
370   fhClustersDThetaAcc->Write();
371   fhClustersDZetaAcc->Write();
372   fhDPhiVsDThetaAcc->Write();
373   fhDPhiVsDZetaAcc->Write();
374
375   fhetaTracklets->Write();
376   fhphiTracklets->Write();
377   fhetaClustersLay1->Write();
378   fhphiClustersLay1->Write();
379 }