Corrections for memory leaks, random numbers, hit number; also some data members...
[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSsimulationSPD.cxx
1 #include <iostream.h>
2 #include <TRandom.h>
3 #include <TH1.h>
4 #include <TMath.h>
5 #include <TString.h>
6 #include <TParticle.h>
7
8
9 #include "AliRun.h"
10 #include "AliITS.h"
11 #include "AliITShit.h"
12 #include "AliITSdigit.h"
13 #include "AliITSmodule.h"
14 #include "AliITSMapA2.h" 
15 #include "AliITSsimulationSPD.h"
16 #include "AliITSsegmentation.h"
17 #include "AliITSresponse.h"
18
19
20
21
22 ClassImp(AliITSsimulationSPD)
23 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
24 // Version: 0
25 // Written by Boris Batyunya
26 // December 20 1999
27 //
28 // AliITSsimulationSPD is the simulation of SPDs
29 //________________________________________________________________________
30
31
32 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD()
33 {
34   // constructor
35   fResponse = 0;
36   fSegmentation = 0;
37   fMapA2=0;
38   fHis = 0;
39   fNoise=0.;
40   fBaseline=0.;
41   fNPixelsZ=0;
42   fNPixelsX=0;
43 }
44
45
46 //_____________________________________________________________________________
47
48 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD(AliITSsegmentation *seg, AliITSresponse *resp) {
49   // standard constructor
50
51       fHis = 0;
52       fResponse = resp;
53       fSegmentation = seg;
54
55       fResponse->GetNoiseParam(fNoise,fBaseline);
56
57       fMapA2 = new AliITSMapA2(fSegmentation);
58
59       //
60
61       fNPixelsZ=fSegmentation->Npz();
62       fNPixelsX=fSegmentation->Npx();
63
64 }
65
66 //_____________________________________________________________________________
67
68 AliITSsimulationSPD::~AliITSsimulationSPD() { 
69   // destructor
70
71   delete fMapA2;
72
73   if (fHis) {
74      fHis->Delete(); 
75      delete fHis;     
76   }                
77 }
78
79
80 //__________________________________________________________________________
81 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD(const AliITSsimulationSPD &source){
82   //     Copy Constructor 
83   if(&source == this) return;
84   this->fMapA2 = source.fMapA2;
85   this->fNoise = source.fNoise;
86   this->fBaseline = source.fBaseline;
87   this->fNPixelsX = source.fNPixelsX;
88   this->fNPixelsZ = source.fNPixelsZ;
89   this->fHis = source.fHis;
90   return;
91 }
92
93 //_________________________________________________________________________
94 AliITSsimulationSPD& 
95   AliITSsimulationSPD::operator=(const AliITSsimulationSPD &source) {
96   //    Assignment operator
97   if(&source == this) return *this;
98   this->fMapA2 = source.fMapA2;
99   this->fNoise = source.fNoise;
100   this->fBaseline = source.fBaseline;
101   this->fNPixelsX = source.fNPixelsX;
102   this->fNPixelsZ = source.fNPixelsZ;
103   this->fHis = source.fHis;
104   return *this;
105   }
106 //_____________________________________________________________________________
107
108 void AliITSsimulationSPD::DigitiseModule(AliITSmodule *mod, Int_t module, Int_t dummy)
109 {
110   // digitize module
111
112     const Float_t kEnToEl = 2.778e+8; // GeV->charge in electrons 
113                                       // for 3.6 eV/pair 
114     const Float_t kconv = 10000.;     // cm -> microns
115
116     Float_t spdLength = fSegmentation->Dz();
117     Float_t spdWidth = fSegmentation->Dx();
118
119     Float_t difCoef, dum;       
120     fResponse->DiffCoeff(difCoef,dum); 
121
122     Float_t zPix0 = 1e+6;
123     Float_t xPix0 = 1e+6;
124     Float_t yPrev = 1e+6;   
125
126     Float_t zPitch = fSegmentation->Dpz(0);
127     Float_t xPitch = fSegmentation->Dpx(0);
128   
129     TObjArray *fHits = mod->GetHits();
130     Int_t nhits = fHits->GetEntriesFast();
131     if (!nhits) return;
132
133     //cout<<"len,wid,dy,nx,nz,pitchx,pitchz ="<<spdLength<<","<<spdWidth<<","<<fSegmentation->Dy()<<","<<fNPixelsX<<","<<fNPixelsZ<<","<<xPitch<<","<<zPitch<<endl;
134   //  Array of pointers to the label-signal list
135
136     Int_t maxNDigits = fNPixelsX*fNPixelsZ + fNPixelsX ;; 
137     Float_t  **pList = new Float_t* [maxNDigits]; 
138     memset(pList,0,sizeof(Float_t*)*maxNDigits);
139     Int_t indexRange[4] = {0,0,0,0};
140
141     // Fill detector maps with GEANT hits
142     // loop over hits in the module
143     static Bool_t first;
144     Int_t lasttrack=-2;
145     Int_t hit, iZi, jz, jx;
146     //cout<<"SPD: module,nhits ="<<module<<","<<nhits<<endl;
147     Int_t idhit=-1;
148     for (hit=0;hit<nhits;hit++) {
149         AliITShit *iHit = (AliITShit*) fHits->At(hit);
150         Int_t layer = iHit->GetLayer();
151         Float_t yPix0 = -73; 
152         if(layer == 1) yPix0 = -77; 
153
154         if(iHit->StatusEntering()) idhit=hit;
155         Int_t itrack = iHit->GetTrack();
156         Int_t dray = 0;
157    
158         if (lasttrack != itrack || hit==(nhits-1)) first = kTRUE; 
159
160         //        Int_t parent = iHit->GetParticle()->GetFirstMother();
161         Int_t partcode = iHit->GetParticle()->GetPdgCode();
162
163 //  partcode (pdgCode): 11 - e-, 13 - mu-, 22 - gamma, 111 - pi0, 211 - pi+
164 //                      310 - K0s, 321 - K+, 2112 - n, 2212 - p, 3122 - lambda
165
166         /*
167         Float_t px = iHit->GetPXL();   // the momenta at the        
168         Float_t py = iHit->GetPYL();   // each  GEANT step 
169         Float_t pz = iHit->GetPZL();
170         Float_t ptot = 1000*sqrt(px*px+py*py+pz*pz);
171         */
172
173         Float_t pmod = iHit->GetParticle()->P(); // total momentum at the
174                                                    // vertex
175         pmod *= 1000;
176
177
178         if(partcode == 11 && pmod < 6) dray = 1; // delta ray is e-
179                                                  // at p < 6 MeV/c
180
181
182         //  Get hit z and x(r*phi) cordinates for each module (detector)
183         //  in local system.
184
185         Float_t zPix = kconv*iHit->GetZL();
186         Float_t xPix = kconv*iHit->GetXL();
187         Float_t yPix = kconv*iHit->GetYL();
188
189         // Get track status
190         Int_t status = iHit->GetTrackStatus();      
191         //cout<<"hit,status,y ="<<hit<<","<<status<<","<<yPix<<endl;      
192
193         // Check boundaries
194         if(zPix  > spdLength/2) {
195           //cout<<"!!!1 z outside ="<<zPix<<endl;
196          zPix = spdLength/2 - 10;
197          //cout<<"!!!2 z outside ="<<zPix<<endl;
198         }
199         if(zPix  < 0 && zPix < -spdLength/2) {
200           //cout<<"!!!1 z outside ="<<zPix<<endl;
201          zPix = -spdLength/2 + 10;
202          //cout<<"!!!2 z outside ="<<zPix<<endl;
203         }
204         if(xPix  > spdWidth/2) {
205           //cout<<"!!!1 x outside ="<<xPix<<endl;
206          xPix = spdWidth/2 - 10;
207          //cout<<"!!!2 x outside ="<<xPix<<endl;
208         }
209         if(xPix  < 0 && xPix < -spdWidth/2) {
210           //cout<<"!!!1 x outside ="<<xPix<<endl;
211          xPix = -spdWidth/2 + 10;
212          //cout<<"!!!2 x outside ="<<xPix<<endl;
213         }
214         Int_t trdown = 0;
215
216         // enter Si or after event in Si
217         if (status == 66 ) {  
218            zPix0 = zPix;
219            xPix0 = xPix;
220            yPrev = yPix; 
221         }   
222
223         Float_t depEnergy = iHit->GetIonization();
224         // skip if the input point to Si       
225
226         if(depEnergy <= 0.) continue;        
227
228         // if track returns to the opposite direction:
229         if (yPix < yPrev) {
230             trdown = 1;
231         } 
232
233
234         // take into account the holes diffusion inside the Silicon
235         // the straight line between the entrance and exit points in Si is
236         // divided into the several steps; the diffusion is considered 
237         // for each end point of step and charge
238         // is distributed between the pixels through the diffusion.
239         
240
241         //  ---------- the diffusion in Z (beam) direction -------
242
243         Float_t charge = depEnergy*kEnToEl;         // charge in e-
244         Float_t drPath = 0.;   
245         Float_t tang = 0.;
246         Float_t sigmaDif = 0.; 
247         Float_t zdif = zPix - zPix0;
248         Float_t xdif = xPix - xPix0;
249         Float_t ydif = TMath::Abs(yPix - yPrev);
250         Float_t ydif0 = TMath::Abs(yPrev - yPix0);
251
252         if(ydif < 1) continue; // ydif is not zero
253
254         Float_t projDif = sqrt(xdif*xdif + zdif*zdif);
255
256         Int_t ndZ = (Int_t)TMath::Abs(zdif/zPitch) + 1;
257         Int_t ndX = (Int_t)TMath::Abs(xdif/xPitch) + 1; 
258
259         // number of the steps along the track:
260         Int_t nsteps = ndZ;
261         if(ndX > ndZ) nsteps = ndX;
262         if(nsteps < 6) nsteps = 6;  // minimum number of the steps 
263
264         if (projDif < 5 ) {
265            drPath = (yPix-yPix0)*1.e-4;  
266            drPath = TMath::Abs(drPath);        // drift path in cm
267            sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);    // sigma diffusion in cm        
268            sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
269            nsteps = 1;
270         }  
271
272         if(projDif > 5) tang = ydif/projDif;
273         Float_t dCharge = charge/nsteps;       // charge in e- for one step
274         Float_t dZ = zdif/nsteps;
275         Float_t dX = xdif/nsteps;
276
277         for (iZi = 1;iZi <= nsteps;iZi++) {
278             Float_t dZn = iZi*dZ;
279             Float_t dXn = iZi*dX;
280             Float_t zPixn = zPix0 + dZn;
281             Float_t xPixn = xPix0 + dXn;
282
283             if(projDif >= 5) {
284               Float_t dProjn = sqrt(dZn*dZn+dXn*dXn);
285                 drPath = dProjn*tang*1.e-4; // drift path for iZi step in cm 
286               if(trdown == 0) {
287                 drPath = TMath::Abs(drPath) + ydif0*1.e-4;
288               }
289               if(trdown == 1) {
290                 drPath = ydif0*1.e-4 - TMath::Abs(drPath);
291                 drPath = TMath::Abs(drPath);
292               }
293               sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);    
294               sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
295             }
296
297             zPixn = (zPixn + spdLength/2.);  
298             xPixn = (xPixn + spdWidth/2.);  
299             Int_t nZpix, nXpix;
300             fSegmentation->GetPadIxz(xPixn,zPixn,nXpix,nZpix);
301             zPitch = fSegmentation->Dpz(nZpix);
302             fSegmentation->GetPadTxz(xPixn,zPixn);
303             // set the window for the integration
304             Int_t jzmin = 1;  
305             Int_t jzmax = 3; 
306             if(nZpix == 1) jzmin =2;
307             if(nZpix == fNPixelsZ) jzmax = 2; 
308
309             Int_t jxmin = 1;  
310             Int_t jxmax = 3; 
311             if(nXpix == 1) jxmin =2;
312             if(nXpix == fNPixelsX) jxmax = 2; 
313
314             Float_t zpix = nZpix; 
315             Float_t dZright = zPitch*(zpix - zPixn);
316             Float_t dZleft = zPitch - dZright;
317
318             Float_t xpix = nXpix; 
319             Float_t dXright = xPitch*(xpix - xPixn);
320             Float_t dXleft = xPitch - dXright;
321
322             Float_t dZprev = 0.;
323             Float_t dZnext = 0.;
324             Float_t dXprev = 0.;
325             Float_t dXnext = 0.;
326
327             for(jz=jzmin; jz <=jzmax; jz++) {
328                 if(jz == 1) {
329                   dZprev = -zPitch - dZleft;
330                   dZnext = -dZleft;
331                 } 
332                 if(jz == 2) {
333                   dZprev = -dZleft;
334                   dZnext = dZright;
335                 } 
336                 if(jz == 3) {
337                   dZprev = dZright;
338                   dZnext = dZright + zPitch;
339                 } 
340                 // kz changes from 1 to the fNofPixels(270)  
341                 Int_t kz = nZpix + jz -2; 
342
343                 Float_t zArg1 = dZprev/sigmaDif;
344                 Float_t zArg2 = dZnext/sigmaDif;
345                 Float_t zProb1 = TMath::Erfc(zArg1);
346                 Float_t zProb2 = TMath::Erfc(zArg2);
347                 Float_t dZCharge =0.5*(zProb1-zProb2)*dCharge; 
348
349
350                 // ----------- holes diffusion in X(r*phi) direction  --------
351
352                 if(dZCharge > 1.) { 
353                   for(jx=jxmin; jx <=jxmax; jx++) {
354                      if(jx == 1) {
355                        dXprev = -xPitch - dXleft;
356                        dXnext = -dXleft;
357                      } 
358                      if(jx == 2) {
359                        dXprev = -dXleft;
360                        dXnext = dXright;
361                      } 
362                      if(jx == 3) {
363                        dXprev = dXright;
364                        dXnext = dXright + xPitch;
365                      } 
366                      Int_t kx = nXpix + jx -2;  
367
368                      Float_t xArg1 = dXprev/sigmaDif;
369                      Float_t xArg2 = dXnext/sigmaDif;
370                      Float_t xProb1 = TMath::Erfc(xArg1);
371                      Float_t xProb2 = TMath::Erfc(xArg2);
372                      Float_t dXCharge =0.5*(xProb1-xProb2)*dZCharge; 
373
374                      if(dXCharge > 1.) {
375                        Int_t index = kz-1;
376
377                        if (first) {
378                           indexRange[0]=indexRange[1]=index;
379                           indexRange[2]=indexRange[3]=kx-1;
380                           first=kFALSE;
381                        }
382
383                        indexRange[0]=TMath::Min(indexRange[0],kz-1);
384                        indexRange[1]=TMath::Max(indexRange[1],kz-1);
385                        indexRange[2]=TMath::Min(indexRange[2],kx-1);
386                        indexRange[3]=TMath::Max(indexRange[3],kx-1);
387
388                        // build the list of digits for this module      
389                        Double_t signal=fMapA2->GetSignal(index,kx-1);
390                        signal+=dXCharge;
391                        fMapA2->SetHit(index,kx-1,(double)signal);
392                      }      // dXCharge > 1 e-
393                   }       // jx loop
394                 }       // dZCharge > 1 e-
395             }        // jz loop
396         }         // iZi loop
397
398         if (status == 65) {   // the step is inside of Si
399            zPix0 = zPix;
400            xPix0 = xPix;
401         }
402         yPrev = yPix;  
403
404         if(dray == 0) {
405             GetList(itrack,idhit,pList,indexRange);
406         }
407
408         lasttrack=itrack;
409     }   // hit loop inside the module
410
411    
412     // introduce the electronics effects and do zero-suppression
413     ChargeToSignal(pList); 
414
415     // clean memory
416
417     fMapA2->ClearMap();
418
419
420
421
422 //---------------------------------------------
423 void AliITSsimulationSPD::GetList(Int_t label,Int_t idhit,Float_t **pList,Int_t *indexRange)
424 {
425   // lop over nonzero digits
426
427    
428   //set protection
429   for(int k=0;k<4;k++) {
430      if (indexRange[k] < 0) indexRange[k]=0;
431   }
432
433   for(Int_t iz=indexRange[0];iz<indexRange[1]+1;iz++){
434     for(Int_t ix=indexRange[2];ix<indexRange[3]+1;ix++){
435
436         Float_t signal=fMapA2->GetSignal(iz,ix);
437
438         if (!signal) continue;
439
440         Int_t globalIndex = iz*fNPixelsX+ix; // GlobalIndex starts from 0!
441         if(!pList[globalIndex]){
442
443            // 
444            // Create new list (9 elements - 3 signals and 3 tracks + 3 hits)
445            //
446
447            pList[globalIndex] = new Float_t [9];
448
449            // set list to -3 
450
451            *pList[globalIndex] = -3.;
452            *(pList[globalIndex]+1) = -3.;
453            *(pList[globalIndex]+2) = -3.;
454            *(pList[globalIndex]+3) =  0.;
455            *(pList[globalIndex]+4) =  0.;
456            *(pList[globalIndex]+5) =  0.;
457            *(pList[globalIndex]+6) = -1.;
458            *(pList[globalIndex]+7) = -1.;
459            *(pList[globalIndex]+8) = -1.;
460
461
462            *pList[globalIndex] = (float)label;
463            *(pList[globalIndex]+3) = signal;
464            *(pList[globalIndex]+6) = (float)idhit;
465         }
466         else{
467
468           // check the signal magnitude
469
470           Float_t highest = *(pList[globalIndex]+3);
471           Float_t middle = *(pList[globalIndex]+4);
472           Float_t lowest = *(pList[globalIndex]+5);
473
474           signal -= (highest+middle+lowest);
475
476           //
477           //  compare the new signal with already existing list
478           //
479
480           if(signal<lowest) continue; // neglect this track
481
482           if (signal>highest){
483             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
484             *(pList[globalIndex]+4) = highest;
485             *(pList[globalIndex]+3) = signal;
486
487             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
488             *(pList[globalIndex]+1) = *pList[globalIndex];
489             *pList[globalIndex] = label;
490
491             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
492             *(pList[globalIndex]+7) = *(pList[globalIndex]+6);
493             *(pList[globalIndex]+6) = idhit;
494           }
495           else if (signal>middle){
496             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
497             *(pList[globalIndex]+4) = signal;
498
499             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
500             *(pList[globalIndex]+1) = label;
501
502             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
503             *(pList[globalIndex]+7) = idhit;
504           }
505           else{
506             *(pList[globalIndex]+5) = signal;
507             *(pList[globalIndex]+2) = label;
508             *(pList[globalIndex]+8) = idhit;
509           }
510         }
511     } // end of loop pixels in x
512   } // end of loop over pixels in z
513
514
515 }
516
517
518 //---------------------------------------------
519 void AliITSsimulationSPD::ChargeToSignal(Float_t **pList)
520 {
521   // add noise and electronics, perform the zero suppression and add the
522   // digit to the list
523
524   AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
525   
526
527   Float_t threshold = (float)fResponse->MinVal();
528
529   Int_t digits[3], tracks[3], hits[3],gi,j1;
530   Float_t charges[3];
531   Float_t electronics;
532   Float_t signal,phys;
533   for(Int_t iz=0;iz<fNPixelsZ;iz++){
534     for(Int_t ix=0;ix<fNPixelsX;ix++){
535       electronics = fBaseline + fNoise*gRandom->Gaus();
536       signal = (float)fMapA2->GetSignal(iz,ix);
537       signal += electronics;
538       gi =iz*fNPixelsX+ix; // global index
539       if (signal > threshold) {
540          digits[0]=iz;
541          digits[1]=ix;
542          digits[2]=1;
543          for(j1=0;j1<3;j1++){
544            if (pList[gi]) {
545              //b.b.          tracks[j1]=-3;
546              tracks[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1));
547              hits[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1+6));
548            }else {
549              tracks[j1]=-2; //noise
550              hits[j1] = -1;
551            }
552            charges[j1] = 0;
553          }
554
555          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] == tracks[2]) {
556            tracks[1] = -3;
557            hits[1] = -1;
558            tracks[2] = -3;
559            hits[2] = -1;
560          } 
561          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] != tracks[2]) {
562            tracks[1] = -3;
563            hits[1] = -1;   
564          } 
565          if(tracks[0] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
566            tracks[2] = -3;
567            hits[2] = -1;   
568          } 
569          if(tracks[1] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
570            tracks[2] = -3;
571            hits[2] = -1;   
572          } 
573
574          phys=0;
575          aliITS->AddSimDigit(0,phys,digits,tracks,hits,charges);
576       }
577       if(pList[gi]) delete [] pList[gi];
578     }
579   }
580   delete [] pList;
581
582 }
583
584
585 //____________________________________________
586
587 void AliITSsimulationSPD::CreateHistograms()
588 {
589   // create 1D histograms for tests
590
591       printf("SPD - create histograms\n");
592
593       fHis=new TObjArray(fNPixelsZ);
594       for (Int_t i=0;i<fNPixelsZ;i++) {
595         TString spdName("spd_");
596            Char_t pixelz[4];
597            sprintf(pixelz,"%d",i+1);
598            spdName.Append(pixelz);
599            (*fHis)[i] = new TH1F(spdName.Data(),"SPD maps",
600                               fNPixelsX,0.,(Float_t) fNPixelsX);
601       }
602 }
603
604 //____________________________________________
605
606 void AliITSsimulationSPD::ResetHistograms()
607 {
608     //
609     // Reset histograms for this detector
610     //
611
612     for ( int i=0;i<fNPixelsZ;i++ ) {
613         if ((*fHis)[i])    ((TH1F*)(*fHis)[i])->Reset();
614     }
615
616 }
617
618
619
620
621
622
623
624
625