ITS/AliITSgeom.h

   1 #ifndef ALIITSGEOM_H
   2 #define ALIITSGEOM_H
   3 /* Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   4  * See cxx source for full Copyright notice                               */
   5
   6 /* $Id$ */
   7
   8 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////
   9 //  ITS geometry manipulation routines.
  10 //  Created April 15 1999.
  11 //  version: 0.0.0
  12 //  By: Bjorn S. Nilsen
  13 //
  14 //     A package of geometry routines to do transformations between
  15 // local, detector active area, and ALICE global coordinate system in such
  16 // a way as to allow for detector alignment studies and the like. All of
  17 // the information needed to do the coordinate transformation are kept in
  18 // a specialized structure for ease of implementation.
  19 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  20 #include <Riostream.h>
  21 #include <TObject.h>
  22 #include <TObjArray.h>
  23 #include <TVector.h>
  24 #include <TString.h>
  25 #include <TArrayI.h>
  26 #include <TMath.h>
  27 //
  28 #include "AliITSgeomMatrix.h"
  29 #include "AliLog.h"
  30
  31 typedef enum {kND=-1,kSPD=0, kSDD=1, kSSD=2, kSSDp=3,kSDDp=4, kUPG=5} AliITSDetector;
  32
  33 //_______________________________________________________________________
  34
  35 class AliITSgeom : public TObject {
  36
  37  public:
  38     AliITSgeom();                      // Default constructor
  39     AliITSgeom(Int_t itype,Int_t nlayers,const Int_t *nlads,const Int_t *ndets,
  40                Int_t nmods); // Constructor
  41     AliITSgeom(const AliITSgeom &source);    // Copy constructor
  42     AliITSgeom& operator=(const AliITSgeom &source);// = operator
  43     virtual ~AliITSgeom();             // Default destructor
  44     // Zero and reinitilizes this class.
  45     void Init(Int_t itype,Int_t nlayers,const Int_t *nlads,
  46               const Int_t *ndets,Int_t mods);
  47     // this function allocates a AliITSgeomMatrix for a particular module.
  48     void CreateMatrix(Int_t mod,Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
  49                       AliITSDetector idet,const Double_t tran[3],
  50                       const Double_t rot[10]);
  51     // Getters
  52     Int_t GetTransformationType() const {return fTrans;}
  53     //
  54     // returns kTRUE if the transformation defined by this class is
  55     // for Global GEANT coordinate system to the local GEANT coordinate system
  56     // of the detector. These are the transformation used by GEANT.
  57     Bool_t IsGeantToGeant()     const {return (fTrans == 0);}
  58     // returns kTRUE if the transformation defined by this class is
  59     // for Global GEANT coordinate system to the local "Tracking" coordinate
  60     // system of the detector. These are the transformation used by the
  61     // Tracking code.
  62     Bool_t IsGeantToTracking()  const {return ((fTrans&0xfffe)!= 0);}
  63     // returns kTRUE if the transformation defined by this class is
  64     // for Global GEANT coordinate system to the local GEANT coordinate system
  65     // of the detector but may have been displaced by some typically small
  66     // amount. These are modified transformation similar to that used by GEANT.
  67     Bool_t IsGeantToDisplaced() const {return ((fTrans&0xfffd)!= 0);}
  68     //
  69     //     This function returns a pointer to the particular AliITSgeomMatrix
  70     // class for a specific module index.
  71     AliITSgeomMatrix *GetGeomMatrix(Int_t index){if(index<fGm.GetSize()&&index>=0)
  72         return (AliITSgeomMatrix*)(fGm.At(index));else
  73             Error("GetGeomMatrix","index=%d<0||>=GetSize()=%d",index,fGm.GetSize());return 0;}
  74     AliITSgeomMatrix *GetGeomMatrix(Int_t index)const{if(index<fGm.GetSize()&&index>=0)
  75         return (AliITSgeomMatrix*)(fGm.At(index));else
  76             Error("GetGeomMatrix","index=%d<0||>=GetSize()=%d",index,fGm.GetSize());return 0;}
  77     // This function find and return the number of detector types only.
  78     Int_t GetNDetTypes()const{Int_t max;return GetNDetTypes(max);};
  79     // This function find and return the number of detector types and the
  80     // maximum det type value.
  81     Int_t GetNDetTypes(Int_t &max)const;
  82     // This function finds and return the number of detector types and the
  83     // and the number of each type in the TArrayI and their types.
  84     Int_t GetNDetTypes(TArrayI &maxs,AliITSDetector *types)const;
  85     //     This function returns the number of detectors/ladder for a give
  86     // layer. In particular it returns fNdet[layer-1].
  87     Int_t GetNdetectors(Int_t lay) const {return fNdet[lay-1];}
  88     //     This function returns the number of ladders for a give layer. In
  89     // particular it returns fNlad[layer-1].
  90     Int_t GetNladders(Int_t lay)   const {return fNlad[lay-1];};
  91     //     This function returns the number of layers defined in the ITS
  92     // geometry. In particular it returns fNlayers.
  93     Int_t GetNlayers()                   const {return fNlayers;}
  94     Int_t GetModuleIndex(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det)const;
  95     //     This function returns the module index number given the layer,
  96     // ladder and detector numbers put into the array id[3].
  97     Int_t GetModuleIndex(const Int_t *id)const{
  98         return GetModuleIndex(id[0],id[1],id[2]);}
  99     void  GetModuleId(Int_t index,Int_t &lay,Int_t &lad,Int_t &det)const;
 100     // Returns the detector type
 101     //Int_t GetModuleType(Int_t index)const{
 102     //    return GetGeomMatrix(index)->GetDetectorIndex();}
 103     AliITSDetector GetModuleType(Int_t index)const{
 104         return (AliITSDetector)(GetGeomMatrix(index)->GetDetectorIndex());}
 105     // Returns the detector type as a string
 106     const char * GetModuleTypeName(Int_t index)const{
 107         return GetDetectorTypeName(GetModuleType(index));}
 108     // Returns the detector type as a string
 109     const char * GetDetectorTypeName(Int_t index)const{switch(index) {
 110     case kSPD : return "kSPD" ; case kSDD : return "kSDD" ;
 111     case kSSD : return "kSSD" ; case kSSDp: return "kSSDp";
 112     case kSDDp: return "kSDDp"; default   : return "Undefined";};}
 113     //
 114     Int_t GetStartDet(Int_t dtype )const;
 115     Int_t GetLastDet(Int_t dtype)const;
 116     //     Returns the starting module index number for SPD detector,
 117     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 118     // ITS structure.
 119     Int_t GetStartSPD()const{return GetStartDet(kSPD);}
 120     //     Returns the ending module index number for SPD detector,
 121     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 122     // ITS structure.
 123     Int_t GetLastSPD()const{return GetLastDet(kSPD);}
 124     //     Returns the starting module index number for SDD detector,
 125     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 126     // ITS structure.
 127     Int_t GetStartSDD()const{return GetStartDet(kSDD);}
 128     //     Returns the ending module index number for SDD detector,
 129     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 130     // ITS structure.
 131     Int_t GetLastSDD()const{return GetLastDet(kSDD);}
 132     //     Returns the starting module index number for SSD detector,
 133     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 134     // ITS structure.
 135     Int_t GetStartSSD()const{return GetStartDet(kSSD);}
 136     //     Returns the ending module index number for SSD detector,
 137     // assuming the modules are placed in the "standard" cylindrical
 138     // ITS structure.
 139     Int_t GetLastSSD()const{return GetLastDet(kSSD);}
 140     //     Returns the last module index number.
 141     Int_t GetIndexMax() const {return fNmodules;}
 142     //
 143     //     This function returns the rotation angles for a give module
 144     // in the Double point array ang[3]. The angles are in radians
 145     void  GetAngles(Int_t index,Double_t *ang)const{
 146         GetGeomMatrix(index)->GetAngles(ang);}
 147     //     This function returns the rotation angles for a give module
 148     // in the three floating point variables provided. rx = frx,
 149     // fy = fry, rz = frz. The angles are in radians
 150     void  GetAngles(Int_t index,Float_t &rx,Float_t &ry,Float_t &rz)const{
 151         Double_t a[3];GetAngles(index,a);rx = a[0];ry = a[1];rz = a[2];}
 152     //     This function returns the rotation angles for a give detector on
 153     // a give ladder in a give layer in the three floating point variables
 154     // provided. rx = frx, fy = fry, rz = frz. The angles are in radians
 155     void  GetAngles(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 156                     Float_t &rx,Float_t &ry,Float_t &rz)const{
 157         GetAngles(GetModuleIndex(lay,lad,det),rx,ry,rz);}
 158     //
 159     //     This function returns the 6 GEANT rotation angles for a give
 160     // module in the double point array ang[3]. The angles are in degrees
 161     void  GetGeantAngles(Int_t index,Double_t *ang)const{
 162         GetGeomMatrix(index)->SixAnglesFromMatrix(ang);}
 163     //
 164     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 165     // module in the Double array t[3]. The units are
 166     // those of the Monte Carlo, generally cm.
 167     void  GetTrans(Int_t index,Double_t *t)const{
 168         GetGeomMatrix(index)->GetTranslation(t);}
 169     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 170     // module index in the three floating point variables provided.
 171     // x = fx0, y = fy0, z = fz0. The units are those of the Mont
 172     // Carlo, generally cm.
 173     void  GetTrans(Int_t index,Float_t &x,Float_t &y,Float_t &z)const{
 174         Double_t t[3];GetTrans(index,t);x = t[0];y = t[1];z = t[2];}
 175     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 176     // detector on a give ladder in a give layer in the three floating
 177     // point variables provided. x = fx0, y = fy0, z = fz0. The units are
 178     // those of the Monte Carlo, generally cm.
 179     void  GetTrans(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 180                    Float_t &x,Float_t &y,Float_t &z)const{
 181         GetTrans(GetModuleIndex(lay,lad,det),x,y,z);}
 182     //
 183     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 184     // module in the Double array t[3]. The units are
 185     // those of the Monte Carlo, generally cm.
 186     void  GetTransCyln(Int_t index,Double_t *t)const{
 187         GetGeomMatrix(index)->GetTranslationCylinderical(t);}
 188     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 189     // module index in the three floating point variables provided.
 190     // x = fx0, y = fy0, z = fz0. The units are those of the Mont
 191     // Carlo, generally cm.
 192     void  GetTransCyln(Int_t index,Float_t &x,Float_t &y,Float_t &z)const{
 193         Double_t t[3];GetTransCyln(index,t);x = t[0];y = t[1];z = t[2];}
 194     //     This function returns the Cartesian translation for a give
 195     // detector on a give ladder in a give layer in the three floating
 196     // point variables provided. x = fx0, y = fy0, z = fz0. The units are
 197     // those of the Monte Carlo, generally cm.
 198     void  GetTransCyln(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 199                        Float_t &x,Float_t &y,Float_t &z)const{
 200         GetTransCyln(GetModuleIndex(lay,lad,det),x,y,z);}
 201     //
 202     //      This function returns the Cartesian translation [cm] and the
 203     // 6 GEANT rotation angles [degrees]for a given layer ladder and
 204     // detector number, in the TVector x (at least 9 elements large).
 205     // This function is required to be in-lined for speed.
 206     void  GetCenterThetaPhi(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,TVector &x)const{
 207         Double_t t[3],a[6];Int_t i=GetModuleIndex(lay,lad,det);GetTrans(i,t);
 208         GetGeantAngles(i,a);x(0)=t[0];x(1)=t[1];x(2)=t[2];x(3)=a[0];x(4)=a[1];
 209         x(5)=a[2];x(6)=a[3];x(7)=a[4];x(8)=a[5];}
 210     //
 211     //     This function returns the rotation matrix in Double
 212     // precision for a given module.
 213     void  GetRotMatrix(Int_t index,Double_t mat[3][3])const{
 214         GetGeomMatrix(index)->GetMatrix(mat);}
 215     //     This function returns the rotation matrix in a Double
 216     // precision pointer for a given module. mat[i][j] => mat[3*i+j].
 217     void  GetRotMatrix(Int_t index,Double_t *mat)const{
 218         Double_t rot[3][3];GetRotMatrix(index,rot);
 219         for(Int_t i=0;i<3;i++)for(Int_t j=0;j<3;j++) mat[3*i+j] = rot[i][j];}
 220     //     This function returns the rotation matrix in a floating
 221     // precision pointer for a given layer ladder and detector module.
 222     // mat[i][j] => mat[3*i+j].
 223     void  GetRotMatrix(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,Float_t *mat)const{
 224         GetRotMatrix(GetModuleIndex(lay,lad,det),mat);}
 225     //     This function returns the rotation matrix in a Double
 226     // precision pointer for a given layer ladder and detector module.
 227     // mat[i][j] => mat[3*i+j].
 228     void  GetRotMatrix(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,Double_t *mat)const{
 229         GetRotMatrix(GetModuleIndex(lay,lad,det),mat);}
 230     //     This function returns the rotation matrix in a floating
 231     // precision pointer for a given module. mat[i][j] => mat[3*i+j].
 232     void  GetRotMatrix(Int_t index,Float_t *mat)const{
 233           Double_t rot[3][3];
 234           GetGeomMatrix(index)->GetMatrix(rot);
 235           for(Int_t i=0;i<3;i++)for(Int_t j=0;j<3;j++) mat[3*i+j] = rot[i][j];}
 236     //     This function sets the rotation matrix in a Double
 237     // precision pointer for a given module. mat[i][j] => mat[3*i+j].
 238     void  SetRotMatrix(Int_t index,const Double_t *mat){Double_t rot[3][3];
 239           for(Int_t i=0;i<3;i++)for(Int_t j=0;j<3;j++) rot[i][j]=mat[3*i+j];
 240           GetGeomMatrix(index)->SetMatrix(rot);}
 241     // Return the normal for a specific module
 242     void GetGlobalNormal(Int_t index,Double_t n[3]){
 243         GetGeomMatrix(index)->GetGlobalNormal(n[0],n[1],n[2]);}
 244     //
 245     //
 246     //  Setters
 247     //     Sets the rotation angles and matrix for a give module index
 248     // via the double precision array a[3] [radians].
 249     void SetByAngles(Int_t index,const Double_t a[]){
 250         GetGeomMatrix(index)->SetAngles(a);}
 251     //     Sets the rotation angles and matrix for a give module index
 252     // via the 3 floating precision variables rx, ry, and rz [radians].
 253     void SetByAngles(Int_t index,Float_t rx, Float_t ry, Float_t rz) {
 254         Double_t a[3];a[0] = rx;a[1] = ry;a[2] = rz;
 255         GetGeomMatrix(index)->SetAngles(a);}
 256     //     Sets the rotation angles and matrix for a give layer, ladder,
 257     // and detector numbers via the 3 floating precision variables rx,
 258     // ry, and rz [radians].
 259     void SetByAngles(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 260                      Float_t rx, Float_t ry, Float_t rz) {
 261         SetByAngles(GetModuleIndex(lay,lad,det),rx,ry,rz);}
 262     //
 263     //     Sets the rotation angles and matrix for a give module index
 264     // via the Double precision array a[6] [degree]. The angles are those
 265     // defined by GEANT 3.12.
 266     void SetByGeantAngles(Int_t index,const Double_t *ang){
 267         GetGeomMatrix(index)->MatrixFromSixAngles(ang);}
 268     //     Sets the rotation angles and matrix for a give layer, ladder
 269     // and detector, in the array id[3] via the Double precision array
 270     // a[6] [degree]. The angles are those defined by GEANT 3.12.
 271     void SetByGeantAngles(const Int_t *id,const Double_t *ang){
 272         SetByGeantAngles(GetModuleIndex(id),ang);}
 273     //     Sets the rotation angles and matrix for a give layer, ladder
 274     // and detector, via the Double precision array a[6] [degree]. The
 275     // angles are those defined by GEANT 3.12.
 276     void SetByGeantAngles(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 277                           const Double_t *ang){
 278         SetByGeantAngles(GetModuleIndex(lay,lad,det),ang);}
 279     //
 280     //     This function sets a new translation vector, given by the
 281     // array x[3], for the Cartesian coordinate transformation
 282     // for a give module index.
 283     void SetTrans(Int_t index,Double_t x[]){
 284         GetGeomMatrix(index)->SetTranslation(x);}
 285     //     This function sets a new translation vector, given by the three
 286     // variables x, y, and z, for the Cartesian coordinate transformation
 287     // for the detector defined by layer, ladder and detector.
 288     void SetTrans(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 289                   Float_t x,Float_t y,Float_t z){Double_t t[3];
 290                   t[0] = x;t[1] = y;t[2] = z;
 291                   SetTrans(GetModuleIndex(lay,lad,det),t);}
 292     //
 293     //  transformations
 294     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 295     // to the detector local coordinate system for the detector
 296     // defined by the layer, ladder, and detector numbers. The
 297     // global and local coordinate are given in two floating point
 298     // arrays g[3], and l[3].
 299     void GtoL(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 300               const Float_t *g,Float_t *l)const{
 301         GtoL(GetModuleIndex(lay,lad,det),g,l);}
 302     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 303     // to the detector local coordinate system for the detector
 304     // defined by the id[0], id[1], and id[2] numbers. The
 305     // global and local coordinate are given in two floating point
 306     // arrays g[3], and l[3].
 307     void GtoL(const Int_t *id,const Float_t *g,Float_t *l)const{
 308         GtoL(GetModuleIndex(id),g,l);}
 309     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 310     // to the detector local coordinate system for the detector
 311     // module index number. The global and local coordinate are
 312     // given in two floating point arrays g[3], and l[3].
 313     void GtoL(Int_t index,const Float_t *g,Float_t *l)const{
 314         Double_t dg[3],dl[3];Int_t i;for(i=0;i<3;i++) dg[i] = g[i];
 315         GetGeomMatrix(index)->GtoLPosition(dg,dl);
 316         for(i=0;i<3;i++) l[i] =dl[i];}
 317     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 318     // to the detector local coordinate system for the detector
 319     // defined by the layer, ladder, and detector numbers. The
 320     // global and local coordinate are given in two Double point
 321     // arrays g[3], and l[3].
 322     void GtoL(Int_t lay,Int_t lad,Int_t det,
 323               const Double_t *g,Double_t *l)const{
 324         GtoL(GetModuleIndex(lay,lad,det),g,l);}
 325     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 326     // to the detector local coordinate system for the detector
 327     // defined by the id[0], id[1], and id[2] numbers. The
 328     // global and local coordinate are given in two Double point
 329     // arrays g[3], and l[3].
 330     void GtoL(const Int_t *id,const Double_t *g,Double_t *l)const{
 331         GtoL(GetModuleIndex(id),g,l);}
 332     //     Transforms from the ALICE Global coordinate system
 333     // to the detector local coordinate system for the detector
 334     // module index number. The global and local coordinate are
 335     // given in two Double point arrays g[3], and l[3].
 336     void GtoL(Int_t index,const Double_t g[3],Double_t l[3])const{
 337         GetGeomMatrix(index)->GtoLPosition(g,l);}
 338
 339     //  Find Specific Modules
 340     // Locate the nearest module to the point g, in ALICE global Cartesian
 341     // coordinates [cm] in a give layer. If layer = 0 then it search in
 342     // all layers.
 343     Int_t    GetNearest(const Double_t g[3],Int_t lay=0)const;
 344     // Locates the nearest 27 modules, in nearest order, to the point g, in
 345     // ALICE global Cartesian coordinates [cm] in a give layer. If layer = 0
 346     // then it searches in all layers. (there are 27 elements in a 3x3x3
 347     // cube.
 348     void     GetNearest27(const Double_t g[3],Int_t n[27],Int_t lay=0)const;
 349     // Returns the distance [cm] between the point g[3] and the center of
 350     // the detector/module specified by the the module index number.
 351     Double_t Distance(Int_t index,const Double_t g[3])const{
 352         return  TMath::Sqrt(GetGeomMatrix(index)->Distance2(g));}
 353     // This routine prints, to a file, the contents of this class.
 354     void PrintData(FILE *fp,Int_t lay,Int_t lad,Int_t det)const;
 355     // This function prints out this class in a single stream. This steam
 356     // can be read by ReadGeom.
 357     // (Coverity warnings)    void PrintGeom(ostream *out)const;
 358
 359     //Conversion from det. local coordinates to local ("V2") coordinates
 360     //used for tracking
 361
 362     void DetLToTrackingV2(Int_t md,Float_t xin,Float_t zin,
 363                           Float_t &yout, Float_t &zout) const ;
 364
 365     void TrackingV2ToDetL(Int_t md,Float_t yin,Float_t zin,
 366                           Float_t &xout,Float_t &zout) const ;
 367
 368  private:
 369     TString    fVersion; // Transformation version.
 370     Int_t      fTrans;   // Flag to keep track of which transformation
 371     Int_t      fNmodules;// The total number of modules
 372     Int_t      fNlayers; // The number of layers.
 373     TArrayI    fNlad;    // Array of the number of ladders/layer(layer)
 374     TArrayI    fNdet;    // Array of the number of detector/ladder(layer)
 375     TObjArray  fGm;      // Structure of translation. and rotation.
 376
 377     ClassDef(AliITSgeom,4) // ITS geometry class
 378 };
 379 // Input and output function for standard C++ input/output.
 380
 381 #endif