887dec742a81fad3f325979b1c1d82a939aadfa3
[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSVertexer3DTapan.cxx
1 /**************************************************************************
2  * Copyright(c) 2006-2008, 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  *                                                                        *
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8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
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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 //           AliITSVertexer3DTapan class
18 //   This is a class for the 3d vertex finding
19 //    Origin: Tapan Nayak, VECC-CERN, Tapan.Nayak@cern.ch
20 //-----------------------------------------------------------------
21
22 #include <TH1.h>
23 #include <TTree.h>
24 #include <TClonesArray.h>
25
26 #include <AliITSVertexer3DTapan.h>
27 #include <AliITSRecPoint.h>
28 #include <AliITSgeom.h>
29 #include <AliESDVertex.h>
30
31 ClassImp(AliITSVertexer3DTapan)
32
33 void AliITSVertexer3DTapan::LoadClusters(TTree *cTree) {
34   //--------------------------------------------------------------------
35   //This function loads the SPD clusters
36   //--------------------------------------------------------------------
37    TClonesArray dummy("AliITSRecPoint",10000), *clusters=&dummy;
38    TBranch *branch=cTree->GetBranch("ITSRecPoints");
39    branch->SetAddress(&clusters);
40
41    Int_t nentr=cTree->GetEntries(),nc1=0,nc2=0;
42    for (Int_t i=0; i<nentr; i++) {
43        if (!cTree->GetEvent(i)) continue;
44        //
45        //   Below:
46        //   "alpha" is the angle from the global X-axis to the
47        //    local GEANT X'-axis  ( rot[0]=cos(alpha) and rot[1]=sin(alpha) )
48        //    "phi" is the angle from the global X-axis to the
49        //         local cluster X"-axis
50        //
51
52        //       Double_t rot[9];   fITSgeom->GetRotMatrix(i,rot);
53        Int_t    lay,lad,det; fITSgeom->GetModuleId(i,lay,lad,det);
54
55        if (lay>2) break;  //load the SPD clusters only
56
57        /*
58        Float_t  tx,ty,tz;  fITSgeom->GetTrans(lay,lad,det,tx,ty,tz);
59
60        Double_t alpha=TMath::ATan2(rot[1],rot[0])+TMath::Pi();
61        Double_t phi=TMath::Pi()/2+alpha;
62
63        if (lay==1) phi+=TMath::Pi();
64        Double_t cp=TMath::Cos(phi), sp=TMath::Sin(phi);
65        Double_t r=tx*cp+ty*sp;
66        */
67
68        Int_t ncl=clusters->GetEntriesFast();
69        Float_t hPhi;
70        while (ncl--) {
71           AliITSRecPoint *c=(AliITSRecPoint*)clusters->UncheckedAt(ncl);
72           Float_t pos[3];
73           c->GetGlobalXYZ(pos);
74           if (lay==1) {
75             /*             fX1[nc1]= r*cp - c->GetY()*sp;
76              fY1[nc1]= r*sp + c->GetY()*cp;
77              fZ1[nc1]= c->GetZ(); */
78             fX1[nc1] = pos[0]; fY1[nc1] = pos[1]; fZ1[nc1] = pos[2];
79              CalculatePhi(fX1[nc1], fY1[nc1], hPhi);
80              fPhi1[nc1]= hPhi;
81              nc1++;
82           } else {
83             /* fX2[nc2]= r*cp - c->GetY()*sp;
84              fY2[nc2]= r*sp + c->GetY()*cp;
85              fZ2[nc2]= c->GetZ(); */
86             fX2[nc2] = pos[0]; fY2[nc2] = pos[1]; fZ2[nc2] = pos[2];
87              CalculatePhi(fX2[nc2], fY2[nc2], hPhi);
88              fPhi2[nc2]= hPhi;
89              nc2++;
90           }
91        }
92    }
93    ficlu1 = nc1; ficlu2 = nc2;
94    AliInfo(Form("Number of clusters: %d (first layer) and %d (second layer)",ficlu1,ficlu2));
95 }
96
97 AliESDVertex *AliITSVertexer3DTapan::FindVertexForCurrentEvent(TTree *cTree) {
98   //
99   // This function reconstructs ....
100   //
101   //
102   LoadClusters(cTree);
103
104   Double_t pos[3], postemp[3], sigpos[3];
105   Int_t ncontr, ncontrtemp;
106   Float_t cuts[3];
107   Int_t vtxstatus=0;
108
109   //....
110   pos[0] = 0.;   pos[1] = 0.;   pos[2] = 0.;
111   cuts[0]=1.;  cuts[1]=1.;  cuts[2]=20.;
112   CalculateVertex3d1(pos, cuts, ncontr);
113   if(ncontr==0) {
114     pos[0] = 9999.;   pos[1] = 9999.;   pos[2] = 9999.;
115     vtxstatus = -1;
116   }
117   AliInfo(Form("1st step: %d %f %f %f st=%d",ncontr,pos[0],pos[1],pos[2],vtxstatus));
118
119   if(vtxstatus == 0) {
120     ncontrtemp = ncontr; postemp[0] = pos[0];   postemp[1] = pos[1];   postemp[2] = pos[2]; 
121     cuts[0]=0.3;  cuts[1]=0.3;  cuts[2]=1.;
122     CalculateVertex3d1(pos, cuts, ncontr);
123     if(ncontr==0) {
124       ncontr = ncontrtemp; pos[0] = postemp[0];   pos[1] = postemp[1];   pos[2] = postemp[2];
125       vtxstatus = 2;
126     }
127     AliInfo(Form("2nd step: %d %f %f %f st=%d",ncontr,pos[0],pos[1],pos[2],vtxstatus));
128   }
129
130   if(vtxstatus == 0) {
131     ncontrtemp = ncontr; postemp[0] = pos[0];   postemp[1] = pos[1];   postemp[2] = pos[2]; 
132     cuts[0]=0.25;  cuts[1]=0.25;  cuts[2]=1.0;
133     CalculateVertex3d2(pos, cuts, ncontr, sigpos);
134     if(ncontr==0) {
135       ncontr = ncontrtemp; pos[0] = postemp[0];   pos[1] = postemp[1];   pos[2] = postemp[2];
136       vtxstatus = 3;
137     }
138     AliInfo(Form("3rd step: %d %f %f %f st=%d",ncontr,pos[0],pos[1],pos[2],vtxstatus));
139   }
140
141   if(vtxstatus == 0) {
142     ncontrtemp = ncontr; postemp[0] = pos[0];   postemp[1] = pos[1];   postemp[2] = pos[2]; 
143     cuts[0]=0.1;  cuts[1]=0.1;  cuts[2]=0.2;
144     CalculateVertex3d2(pos, cuts, ncontr, sigpos);
145     if(ncontr==0) {
146       ncontr = ncontrtemp; pos[0] = postemp[0];   pos[1] = postemp[1];   pos[2] = postemp[2];
147       vtxstatus = 4;
148     }
149     AliInfo(Form("4th step: %d %f %f %f st=%d",ncontr,pos[0],pos[1],pos[2],vtxstatus));
150   }
151   AliInfo(Form("Final step: %d %f %f %f st=%d",ncontr,pos[0],pos[1],pos[2],vtxstatus));
152
153   return new AliESDVertex(pos,sigpos,(Double_t)vtxstatus,ncontr,"AliITSVertexer3DTapan");
154
155 }
156
157
158 void AliITSVertexer3DTapan::CalculateVertex3d1(Double_t pos[3], Float_t cuts[3], Int_t &ncontr) {
159   //
160   // This function reconstructs first two steps of vertex
161   //
162
163   Double_t p1[4], p2[4], p3[4], p4[4];
164   Double_t pa[3], pb[3];
165   Double_t hphi1, hphi2, hphi3, hphi4;
166
167   ncontr = 0;
168   Float_t  phicut = 1.0;
169   Double_t distance;  Float_t  distancecut = 1.0;
170   Int_t    ibin=20;  Float_t  ilow=-1.; Float_t  ihigh=1.; 
171   Int_t    ibinz=400; Float_t  ilowz=-20.; Float_t  ihighz=20.;
172
173   TH1F *hx = new TH1F("hx","",  ibin, ilow, ihigh);
174   TH1F *hy = new TH1F("hy","",  ibin, ilow, ihigh);
175   TH1F *hz = new TH1F("hz","",  ibinz,ilowz,ihighz);
176   
177   for (Int_t ip1=0; ip1<ficlu1; ip1++) {
178     // Two points on layer1: p1 and p3
179     p1[0] = fX1[ip1];   p1[1] = fY1[ip1];    p1[2] = fZ1[ip1];   
180     p3[0] = fX1[ip1+1]; p3[1] = fY1[ip1+1];  p3[2] = fZ1[ip1+1]; 
181     hphi1 = fPhi1[ip1]; hphi3 = fPhi1[ip1+1];
182     
183     for (Int_t ip2=0; ip2<ficlu2; ip2++) {
184       // Two points on layer 2: p2 and p4
185       p2[0] = fX2[ip2];   p2[1] = fY2[ip2];     p2[2] = fZ2[ip2]; 
186       p4[0] = fX2[ip2+1]; p4[1] = fY2[ip2+1];   p4[2] = fZ2[ip2+1]; 
187       hphi2 = fPhi2[ip2]; hphi4 = fPhi2[ip2+1];
188
189       // First line is formed by p1-p2 and second line by p3-p4
190       // We find two points on each line which form the closest distance of the two lines
191       // pa[0],pa[1],pa[2]: points on line 1 and pb[0],pb[1],pb[2]: points on line 2
192       // Next: Consider x, y and z to be less than cuts[0], cuts[1] and cuts[2], respectively
193
194       if(TMath::Abs(hphi1-hphi2)<phicut && TMath::Abs(hphi3-hphi4)<phicut){
195         CalculateLine(p1, p2, p3, p4, pa, pb);
196
197         if (pa[0]>pos[0]-cuts[0] && pa[0]<pos[0]+cuts[0] && pa[1]>pos[1]-cuts[1] && pa[1]<pos[1]+cuts[1] && pa[2]>pos[2]-cuts[2] && pa[2]<pos[2]+cuts[2]){
198           distance = (TMath::Sqrt(pow((pa[0]-pb[0]),2) + pow((pa[1]-pb[1]),2) + pow((pa[2]-pb[2]),2)));
199           if(distance<distancecut){
200             hx->Fill(pa[0]);            hy->Fill(pa[1]);                hz->Fill(pa[2]);
201             hx->Fill(pb[0]);            hy->Fill(pb[1]);                hz->Fill(pb[2]);
202             ncontr++;
203           }
204         }
205       }
206
207       // Third line is formed by p1-p4 and fourth line by p3-p2
208       // We find two points on each line which form the closest distance of the two lines
209       // pa[0],pa[1],pa[2]: points on line 3 and pb[0],pb[1],pb[2]: points on line 4
210       // Next: Consider x, y and z to be less than cuts[0], cuts[1] and cuts[2], respectively      
211       if(TMath::Abs(hphi1-hphi4)<phicut && TMath::Abs(hphi3-hphi2)<phicut) {
212         CalculateLine(p1, p4, p3, p2, pa, pb);
213         if (pa[0]>pos[0]-cuts[0] && pa[0]<pos[0]+cuts[0] && pa[1]>pos[1]-cuts[1] && pa[1]<pos[1]+cuts[1]){
214           distance = (TMath::Sqrt(pow((pa[0]-pb[0]),2) + pow((pa[1]-pb[1]),2) + pow((pa[2]-pb[2]),2)));
215           if(distance<distancecut){
216             hx->Fill(pa[0]);            hy->Fill(pa[1]);                hz->Fill(pa[2]);
217             hx->Fill(pb[0]);            hy->Fill(pb[1]);                hz->Fill(pb[2]);
218             ncontr++;
219           }
220         }
221       }
222     }
223   }
224
225   Int_t maxbinx = hx->GetMaximumBin(); 
226   Int_t maxbiny = hy->GetMaximumBin();
227   Int_t maxbinz = hz->GetMaximumBin();
228   pos[0] = ilow  + ((ihigh-ilow)/ibin)*maxbinx;
229   pos[1] = ilow  + ((ihigh-ilow)/ibin)*maxbiny;
230   pos[2] = ilowz + ((ihighz-ilowz)/ibinz)*maxbinz;
231   hx->Delete();
232   hy->Delete();
233   hz->Delete();
234 }
235
236 void AliITSVertexer3DTapan::CalculateVertex3d2(Double_t pos[3], Float_t cuts[3], Int_t &ncontr, Double_t sigpos[3]) {
237   //
238   // This function reconstructs second two steps of vertex
239   //
240
241   Double_t p1[4], p2[4], p3[4], p4[4];
242   Double_t pa[3], pb[3];
243   Double_t hphi1, hphi2, hphi3, hphi4;
244
245   ncontr = 0;
246   Float_t  phicut = 0.3;
247   Double_t distance; Float_t  distancecut = 1.0;
248
249   Double_t vertx  =0.;   Double_t verty  =0.;   Double_t vertz  =0.;     
250   Double_t vertx2 =0.;   Double_t verty2 =0.;   Double_t vertz2 =0.;     
251
252   for (Int_t ip1=0; ip1<ficlu1; ip1++) {
253     // Two points on layer1: p1 and p3
254     p1[0] = fX1[ip1];   p1[1] = fY1[ip1];    p1[2] = fZ1[ip1];   
255     p3[0] = fX1[ip1+1]; p3[1] = fY1[ip1+1];  p3[2] = fZ1[ip1+1]; 
256     hphi1 = fPhi1[ip1]; hphi3 = fPhi1[ip1+1];
257     
258     for (Int_t ip2=0; ip2<ficlu2; ip2++) {
259       // Two points on layer 2: p2 and p4
260       p2[0] = fX2[ip2];   p2[1] = fY2[ip2];     p2[2] = fZ2[ip2]; 
261       p4[0] = fX2[ip2+1]; p4[1] = fY2[ip2+1];   p4[2] = fZ2[ip2+1]; 
262       hphi2 = fPhi2[ip2]; hphi4 = fPhi2[ip2+1];
263
264       // First line is formed by p1-p2 and second line by p3-p4
265       // We find two points on each line which form the closest distance of the two lines
266       // pa[0],pa[1],pa[2] are the points on line 1 and pb[0],pb[1],pb[2] are the points on line 2
267       // Next: Consider x, y and z to be less than cuts[0], cuts[1] and cuts[2], respectively
268
269       if(TMath::Abs(hphi1-hphi2)<phicut && TMath::Abs(hphi3-hphi4)<phicut){
270         CalculateLine(p1, p2, p3, p4, pa, pb);
271
272         // We consider the points where x, y and z points are less than xcut, ycut and zcut, respectively
273         if (pa[0]>pos[0]-cuts[0] && pa[0]<pos[0]+cuts[0] && pa[1]>pos[1]-cuts[1] && pa[1]<pos[1]+cuts[1] && pa[2]>pos[2]-cuts[2] && pa[2]<pos[2]+cuts[2]){
274           distance = (TMath::Sqrt(pow((pa[0]-pb[0]),2) + pow((pa[1]-pb[1]),2) + pow((pa[2]-pb[2]),2)));
275           if(distance<distancecut){
276             ncontr++;
277             vertx  = vertx  + pa[0];       verty  = verty  + pa[1];       vertz  = vertz  + pa[2];
278             vertx2 = vertx2 + pa[0]*pa[0]; verty2 = verty2 + pa[1]*pa[1]; vertz2 = vertz2 + pa[2]*pa[2];
279             ncontr++;
280             vertx  = vertx  + pb[0];       verty  = verty  + pb[1];       vertz  = vertz  + pb[2];
281             vertx2 = vertx2 + pb[0]*pb[0]; verty2 = verty2 + pb[1]*pb[1]; vertz2 = vertz2 + pb[2]*pb[2];
282           }
283         }
284       }
285       
286       // Third line is formed by p1-p4 and fourth line by p3-p2
287       // We find two points on each line which form the closest distance of the two lines
288       // pa[0],pa[1],pa[2] are the points on line 3 and pb[0],pb[1],pb[2] are the points on line 4
289       // Next: Consider x, y and z to be less than cuts[0], cuts[1] and cuts[2], respectively      
290       if(TMath::Abs(hphi1-hphi4)<phicut && TMath::Abs(hphi3-hphi2)<phicut) {
291         
292         CalculateLine(p1, p4, p3, p2, pa, pb);
293         if (pa[0]>pos[0]-cuts[0] && pa[0]<pos[0]+cuts[0] && pa[1]>pos[1]-cuts[1] && pa[1]<pos[1]+cuts[1] && pa[2]>pos[2]-cuts[2] && pa[2]<pos[2]+cuts[2]){
294           distance = (TMath::Sqrt(pow((pa[0]-pb[0]),2) + pow((pa[1]-pb[1]),2) + pow((pa[2]-pb[2]),2)));
295           if(distance<distancecut){
296             ncontr++;
297             vertx  = vertx  + pa[0];       verty  = verty  + pa[1];       vertz  = vertz  + pa[2];
298             vertx2 = vertx2 + pa[0]*pa[0]; verty2 = verty2 + pa[1]*pa[1]; vertz2 = vertz2 + pa[2]*pa[2];
299             ncontr++;
300             vertx  = vertx  + pb[0];       verty  = verty  + pb[1];       vertz  = vertz  + pb[2];
301             vertx2 = vertx2 + pb[0]*pb[0]; verty2 = verty2 + pb[1]*pb[1]; vertz2 = vertz2 + pb[2]*pb[2];
302           }
303         }
304       }
305     }
306   }
307
308   if(ncontr>0){
309     pos[0]  = vertx/ncontr;  pos[1] = verty/ncontr;   pos[2] = vertz/ncontr;
310     vertx2 = vertx2/ncontr; verty2 = verty2/ncontr; vertz2 = vertz2/ncontr;
311     sigpos[0] = TMath::Sqrt(vertx2 - pos[0]*pos[0]); 
312     sigpos[1] = TMath::Sqrt(verty2 - pos[1]*pos[1]);
313     sigpos[2] = TMath::Sqrt(vertz2 - pos[2]*pos[2]);
314   }
315   ncontr = ncontr/2;
316 }
317
318 void AliITSVertexer3DTapan::CalculatePhi(Float_t fx, Float_t fy, Float_t & phi)
319 {
320   //calculates phi
321   Float_t ybyx, phi1;
322   const Float_t kradian = 180./3.141592654;
323   
324   if(fx==0.)
325     {
326       if(fy>0.) phi = 90.;
327       if(fy<0.) phi = 270.;
328     }
329   if(fx != 0.)
330     {
331       ybyx = fy/fx;
332       if(ybyx < 0) ybyx = - ybyx;
333       phi1 = TMath::ATan(ybyx)*kradian;
334       if(fx > 0 && fy > 0) phi = phi1;        // 1st Quadrant
335       if(fx < 0 && fy > 0) phi = 180 - phi1;  // 2nd Quadrant
336       if(fx < 0 && fy < 0) phi = 180 + phi1;  // 3rd Quadrant
337       if(fx > 0 && fy < 0) phi = 360 - phi1;  // 4th Quadrant
338       
339     }
340   phi = phi/kradian;
341 }
342
343 void AliITSVertexer3DTapan::CalculateLine(Double_t p1[4], Double_t p2[4], Double_t p3[4], Double_t p4[4], Double_t pa[3], Double_t pb[3]) const{
344   //calculates line
345   Double_t p13x, p13y, p13z;
346   Double_t p21x, p21y, p21z;
347   Double_t p43x, p43y, p43z;
348   Double_t d1343, d4321, d1321, d4343, d2121;
349   Double_t numer, denom;
350   Double_t mua,   mub;
351   mua = 0.; mub = 0.;
352   
353   p13x = p1[0] - p3[0];
354   p13y = p1[1] - p3[1];
355   p13z = p1[2] - p3[2];
356
357   p21x = p2[0] - p1[0];
358   p21y = p2[1] - p1[1];
359   p21z = p2[2] - p1[2];
360
361   p43x = p4[0] - p3[0];
362   p43y = p4[1] - p3[1];
363   p43z = p4[2] - p3[2];
364
365   d1343 = p13x * p43x + p13y * p43y + p13z * p43z;
366   d4321 = p43x * p21x + p43y * p21y + p43z * p21z;
367   d1321 = p13x * p21x + p13y * p21y + p13z * p21z;
368   d4343 = p43x * p43x + p43y * p43y + p43z * p43z;
369   d2121 = p21x * p21x + p21y * p21y + p21z * p21z;
370
371   denom = d2121 * d4343 - d4321 * d4321;
372   numer = d1343 * d4321 - d1321 * d4343;
373
374   if(denom>0) mua = numer / denom;
375   if(d4343>0) mub = (d1343 + d4321 * (mua)) / d4343;
376
377   pa[0] = p1[0] + mua * p21x;
378   pa[1] = p1[1] + mua * p21y;
379   pa[2] = p1[2] + mua * p21z;
380
381   pb[0] = p3[0] + mub * p43x;
382   pb[1] = p3[1] + mub * p43y;
383   pb[2] = p3[2] + mub * p43z;
384 }
385