Minor changes to remove compliation warning on gcc 2.92.2 compiler, and
[u/mrichter/AliRoot.git] / ITS / AliITSsimulationSSD.cxx
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14  **************************************************************************/
15 /* $Id$ */
16
17 #include <stdio.h>
18 #include <stdlib.h>
19 #include <iostream.h>
20 #include <iomanip.h>
21 #include <TObjArray.h>
22 #include <TRandom.h>
23 #include <TMath.h>
24
25 #include "AliITSmodule.h"
26 #include "AliITSMapA2.h"
27 #include "AliITSpList.h"
28 #include "AliITSresponseSSD.h"
29 #include "AliITSsegmentationSSD.h"
30 #include "AliITSdcsSSD.h"
31 #include "AliITS.h"
32 #include "AliRun.h"
33 #include "AliITSgeom.h"
34 #include "AliITSsimulationSSD.h"
35
36 ClassImp(AliITSsimulationSSD);
37 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
38 // Version: 0
39 // Written by Enrico Fragiacomo
40 // July 2000
41 //
42 // AliITSsimulationSSD is the simulation of SSDs.
43
44 //----------------------------------------------------------------------
45 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(){
46     //default Constructor
47
48     fDCS     = 0;
49     fDifConst[0] = fDifConst[1] = 0.0;
50     fDriftVel[0] = fDriftVel[1] = 0.0;
51     fMapA2   = 0;
52 }
53 //----------------------------------------------------------------------
54 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(AliITSsegmentation *seg,
55                                          AliITSresponse *resp){
56     // Constructor
57
58     fDCS     = 0;
59     fDifConst[0] = fDifConst[1] = 0.0;
60     fDriftVel[0] = fDriftVel[1] = 0.0;
61     fMapA2   = 0;
62     Init((AliITSsegmentationSSD*)seg,(AliITSresponseSSD*)resp);
63 }
64 //----------------------------------------------------------------------
65 void AliITSsimulationSSD::Init(AliITSsegmentationSSD *seg,
66                                AliITSresponseSSD *resp){
67     // Constructor
68
69     fSegmentation    = seg;
70     fResponse        = resp;
71     Float_t noise[2] = {0.,0.};
72     fResponse->GetNoiseParam(noise[0],noise[1]); // retrieves noise parameters
73     fDCS             = new AliITSdcsSSD(seg,resp); 
74
75     SetDriftVelocity(); // use default values in .h file
76     SetIonizeE();       // use default values in .h file
77     SetDiffConst();     // use default values in .h file
78     fMapA2           = new AliITSMapA2(fSegmentation);
79 }
80 //______________________________________________________________________
81 AliITSsimulationSSD& AliITSsimulationSSD::operator=(
82                                                 const AliITSsimulationSSD &s){
83     // Operator =
84
85     if(this==&s) return *this;
86
87     this->fDCS         = new AliITSdcsSSD(*(s.fDCS));
88     this->fMapA2       = s.fMapA2;
89     this->fIonE        = s.fIonE;
90     this->fDifConst[0] = s.fDifConst[0];
91     this->fDifConst[1] = s.fDifConst[1];
92     this->fDriftVel[0] = s.fDriftVel[0];
93     this->fDriftVel[1] = s.fDriftVel[1];
94     return *this;
95 }
96 //______________________________________________________________________
97 AliITSsimulationSSD::AliITSsimulationSSD(const AliITSsimulationSSD &source){
98     // copy constructor
99
100     *this = source;
101 }
102 //______________________________________________________________________
103 AliITSsimulationSSD::~AliITSsimulationSSD() {
104     // destructor
105     delete fMapA2;
106     delete fDCS;
107 }
108 //______________________________________________________________________
109 void AliITSsimulationSSD::DigitiseModule(AliITSmodule *mod,
110                                          Int_t dummy0,Int_t dummy1) {
111     // Digitizes hits for one SSD module
112     Int_t module     = mod->GetIndex();
113     AliITSpList *pList = new AliITSpList(2,GetNStrips());
114
115     HitsToAnalogDigits(mod,pList);
116     SDigitToDigit(module,pList);
117
118     delete pList;
119     fMapA2->ClearMap();
120 }
121 //______________________________________________________________________
122 void AliITSsimulationSSD::SDigitiseModule(AliITSmodule *mod,Int_t dummy0,
123                                           Int_t dummy1) {
124     // Produces Summable/Analog digits and writes them to the SDigit tree.
125     AliITSpList *pList = new AliITSpList(2,GetNStrips()); 
126
127     HitsToAnalogDigits(mod,pList);
128
129     WriteSDigits(pList);
130
131     delete pList;
132     fMapA2->ClearMap();
133 }
134 //______________________________________________________________________
135 void AliITSsimulationSSD::SDigitToDigit(Int_t module,AliITSpList *pList){
136     // Takes the pList and finishes the digitization.
137
138     FillMapFrompList(pList);
139
140     ApplyNoise(pList,module);
141     ApplyCoupling(pList,module);
142
143     ChargeToSignal(pList);
144 }
145 //______________________________________________________________________
146 void AliITSsimulationSSD::HitsToAnalogDigits(AliITSmodule *mod,
147                                              AliITSpList *pList){
148     // Loops over all hits to produce Analog/floating point digits. This
149     // is also the first task in producing standard digits.
150     Int_t indexRange[4] = {0,0,0,0};
151     static Bool_t first = kTRUE;
152     Int_t lasttrack     = -2;
153     Int_t idtrack       = -2;
154     Double_t x0=0.0, y0=0.0, z0=0.0;
155     Double_t x1=0.0, y1=0.0, z1=0.0;
156     Double_t de=0.0;
157     Int_t module = mod->GetIndex();
158
159     TObjArray *hits = mod->GetHits();
160     Int_t nhits     = hits->GetEntriesFast();
161     if (nhits<=0) return;
162
163     module = mod->GetIndex();
164     if ( mod->GetLayer() == 6 ) GetSegmentation()->SetLayer(6);
165     if ( mod->GetLayer() == 5 ) GetSegmentation()->SetLayer(5);
166
167     for(Int_t i=0; i<nhits; i++) {    
168         // LineSegmentL returns 0 if the hit is entering
169         // If hits is exiting returns positions of entering and exiting hits
170         // Returns also energy loss
171
172         if (mod->LineSegmentL(i, x0, x1, y0, y1, z0, z1, de, idtrack)) {
173             HitToDigit(module, x0, y0, z0, x1, y1, z1, de, indexRange, first);
174        
175             if (lasttrack != idtrack || i==(nhits-1)) {
176                 GetList(idtrack,i,module,pList,indexRange);
177                 first=kTRUE;
178             } // end if
179             lasttrack=idtrack;
180         } // end if
181     }  // end loop over hits
182     return;
183 }
184 //----------------------------------------------------------------------
185 void AliITSsimulationSSD::HitToDigit(Int_t module, Double_t x0, Double_t y0, 
186                                      Double_t z0, Double_t x1, Double_t y1, 
187                                      Double_t z1, Double_t de,
188                                      Int_t *indexRange, Bool_t first) {
189     // Turns hits in SSD module into one or more digits.
190
191     Float_t tang[2] = {0.0,0.0};
192     GetSegmentation()->Angles(tang[0], tang[1]);//stereo<<->tan(stereo)~=stereo
193     Double_t x, y, z;
194     Double_t dex=0.0, dey=0.0, dez=0.0;
195     Double_t pairs; // pair generation energy per step.
196     Double_t sigma[2] = {0.,0.};// standard deviation of the diffusion gaussian
197     Double_t tdrift[2] = {0.,0.}; // time of drift
198     Double_t w;
199     Double_t inf[2], sup[2], par0[2];                 
200
201     // Steps in the module are determined "manually" (i.e. No Geant)
202     // NumOfSteps divide path between entering and exiting hits in steps 
203     Int_t numOfSteps = NumOfSteps(x1, y1, z1, dex, dey, dez);
204   
205     // Enery loss is equally distributed among steps
206     de    = de/numOfSteps;
207     pairs = de/GetIonizeE(); // e-h pairs generated
208
209     for(Int_t j=0; j<numOfSteps; j++) {     // stepping
210         x = x0 + (j+0.5)*dex;
211         y = y0 + (j+0.5)*dey;
212         if ( y > (GetSegmentation()->Dy()/2+10)*1.0E-4 ) {
213             // check if particle is within the detector
214             cout<<"AliITSsimulationSSD::HitToDigit: Warning: hit "
215                 "out of detector y0,y,dey,j ="
216                 <<y0<<","<<y<<","<<dey<<","<<j<<endl;
217             return;
218         } // end if
219         z = z0 + (j+0.5)*dez;
220
221         // calculate drift time
222         // y is the minimum path
223         tdrift[0] = (y+(GetSegmentation()->Dy()*1.0E-4)/2)/GetDriftVelocity(0);
224         tdrift[1] = ((GetSegmentation()->Dy()*1.0E-4)/2-y)/GetDriftVelocity(1);
225
226         for(Int_t k=0; k<2; k++) {   // both sides    remember: 0=Pside 1=Nside
227
228             tang[k]=TMath::Tan(tang[k]);
229
230             // w is the coord. perpendicular to the strips
231             if(k==0) {
232                 w = (x+(GetSegmentation()->Dx()*1.0E-4)/2) -
233                     (z+(GetSegmentation()->Dz()*1.0E-4)/2)*tang[k]; 
234             }else{
235                 w = (x+(GetSegmentation()->Dx()*1.0E-4)/2) + 
236                     (z-(GetSegmentation()->Dz()*1.0E-4)/2)*tang[k];
237             } // end if
238             w /= (GetStripPitch()*1.0E-4); // w is converted in units of pitch
239
240             if((w<(-0.5)) || (w>(GetNStrips()-0.5))) {
241                 // this check rejects hits in regions not covered by strips
242                 // 0.5 takes into account boundaries 
243                 if(k==0) cout<<"AliITSsimulationSSD::HitToDigit: "
244                              "Warning: no strip in this region of P side"
245                              <<endl;
246                 else cout<<"AliITSsimulationSSD::HitToDigit: "
247                          "Warning: no strip in this region of N side"<<endl;
248                 return;
249             } // end if
250
251             // sigma is the standard deviation of the diffusion gaussian
252             if(tdrift[k]<0) return;
253             sigma[k] = TMath::Sqrt(2*GetDiffConst(k)*tdrift[k]);
254             sigma[k] /= (GetStripPitch()*1.0E-4);  //units of Pitch
255             if(sigma[k]==0.0) {         
256                 cout<<"AliITSsimulationSSD::DigitiseModule: Error: sigma=0"
257                     <<endl; 
258                 exit(0);
259             } // end if
260
261             par0[k] = pairs;
262             // we integrate the diffusion gaussian from -3sigma to 3sigma 
263             inf[k] = w - 3*sigma[k]; // 3 sigma from the gaussian average  
264             sup[k] = w + 3*sigma[k]; // 3 sigma from the gaussian average
265                                      // IntegrateGaussian does the actual
266                                      // integration of diffusion gaussian
267             IntegrateGaussian(k, par0[k], w, sigma[k], inf[k], sup[k], 
268                               indexRange, first);
269         }  // end for loop over side (0=Pside, 1=Nside)      
270     } // end stepping
271     //delete seg;
272 }
273 //______________________________________________________________________
274 void AliITSsimulationSSD::ApplyNoise(AliITSpList *pList,Int_t module){
275     // Apply Noise.
276     Int_t    k,ix;
277     Double_t signal,noise;
278     Double_t noiseP[2] = {0.,0.};
279     Float_t a,b;
280
281     fResponse->GetNoiseParam(a,b); // retrieves noise parameters
282     noiseP[0] = (Double_t) a; noiseP[1] = (Double_t) b;
283     for(k=0;k<2;k++){                    // both sides (0=Pside, 1=Nside)
284         for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++){      // loop over strips
285             noise  = gRandom->Gaus(0,noiseP[k]);// get noise to signal
286             signal = noise + fMapA2->GetSignal(k,ix);//get signal from map
287             if(signal<0.) signal=0.0;           // in case noise is negative...
288             fMapA2->SetHit(k,ix,signal); // give back signal to map
289             if(signal>0.0) pList->AddNoise(k,ix,module,noise);
290         } // loop over strip 
291     } // loop over k (P or N side)
292 }
293 //______________________________________________________________________
294 void AliITSsimulationSSD::ApplyCoupling(AliITSpList *pList,Int_t module) {
295     // Apply the effect of electronic coupling between channels
296     Int_t ix;
297     Double_t signalLeft=0, signalRight=0,signal=0;
298
299     for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++){
300         // P side coupling
301         if(ix>0.)signalLeft = fMapA2->GetSignal(0,ix-1)*fDCS->GetCouplingPL();
302         else signalLeft = 0.0;
303         if(ix<(GetNStrips()-1)) signalRight = fMapA2->GetSignal(0,ix+1)*
304                                                         fDCS->GetCouplingPR();
305         else signalRight = 0.0;
306         signal = signalLeft + signalRight;
307         fMapA2->AddSignal(0,ix,signal);
308         if(signal>0.0) pList->AddNoise(0,ix,module,signal);
309
310         signalLeft = signalRight = signal = 0.0;
311         // N side coupling
312         if(ix>0.) signalLeft = fMapA2->GetSignal(1,ix-1)*fDCS->GetCouplingNL();
313         else signalLeft = 0.0;
314         if(ix<(GetNStrips()-1)) signalRight = fMapA2->GetSignal(1,ix+1)*
315                                                          fDCS->GetCouplingNR();
316         else signalRight = 0.0;
317         signal = signalLeft + signalRight;
318         fMapA2->AddSignal(1,ix,signal);
319         if(signal>0.0) pList->AddNoise(1,ix,module,signal);
320     } // loop over strips 
321 }
322 //______________________________________________________________________
323 Float_t AliITSsimulationSSD::F(Float_t av, Float_t x, Float_t s) {
324     // Computes the integral of a gaussian using Error Function
325     Float_t sqrt2 = TMath::Sqrt(2.0);
326     Float_t sigm2 = sqrt2*s;
327     Float_t integral;
328
329     integral = 0.5 * TMath::Erf( (x - av) / sigm2);
330     return integral;
331 }
332 //______________________________________________________________________
333 void AliITSsimulationSSD::IntegrateGaussian(Int_t k,Double_t par, Double_t w,
334                                             Double_t sigma, 
335                                             Double_t inf, Double_t sup,
336                                             Int_t *indexRange, Bool_t first) {
337     // integrate the diffusion gaussian
338     // remind: inf and sup are w-3sigma and w+3sigma
339     //         we could define them here instead of passing them
340     //         this way we are free to introduce asimmetry
341
342     Double_t a=0.0, b=0.0;
343     Double_t dXCharge1 = 0.0, dXCharge2 = 0.0;
344     // dXCharge1 and 2 are the charge to two neighbouring strips
345     // Watch that we only involve at least two strips
346     // Numbers greater than 2 of strips in a cluster depend on
347     //  geometry of the track and delta rays, not charge diffusion!   
348   
349     Double_t strip = TMath::Floor(w);         // clostest strip on the left
350
351     if ( TMath::Abs((strip - w)) < 0.5) { 
352         // gaussian mean is closer to strip on the left
353         a = inf;                         // integration starting point
354         if((strip+0.5)<=sup) {
355             // this means that the tail of the gaussian goes beyond
356             // the middle point between strips ---> part of the signal
357             // is given to the strip on the right
358             b = strip + 0.5;               // integration stopping point
359             dXCharge1 = F( w, b, sigma) - F(w, a, sigma);
360             dXCharge2 = F( w, sup, sigma) - F(w ,b, sigma); 
361         }else { 
362             // this means that all the charge is given to the strip on the left
363             b = sup;
364             dXCharge1 = 0.9973;   // gaussian integral at 3 sigmas
365             dXCharge2 = 0.0;
366         } // end if
367
368         dXCharge1 = par * dXCharge1;// normalize by mean of number of carriers
369         dXCharge2 = par * dXCharge2;
370
371         // for the time being, signal is the charge
372         // in ChargeToSignal signal is converted in ADC channel
373         fMapA2->AddSignal(k,(Int_t)strip,dXCharge1);
374         if(((Int_t) strip) < (GetNStrips()-1)) {
375             // strip doesn't have to be the last (remind: last=GetNStrips()-1)
376             // otherwise part of the charge is lost
377             fMapA2->AddSignal(k,((Int_t)strip+1),dXCharge2);
378         } // end if
379     
380         if(dXCharge1 > 1.) {
381             if (first) {
382                 indexRange[k*2+0] = indexRange[k*2+1]=(Int_t) strip;
383                 first=kFALSE;
384             } // end if first
385
386             indexRange[k*2+0]=TMath::Min(indexRange[k*2+0],(Int_t) strip);
387             indexRange[k*2+1]=TMath::Max(indexRange[k*2+1],(Int_t) strip);
388         }      // dXCharge > 1 e-
389
390     }else{
391         // gaussian mean is closer to strip on the right
392         strip++;     // move to strip on the rigth
393         b = sup;     // now you know where to stop integrating
394         if((strip-0.5)>=inf) { 
395             // tail of diffusion gaussian on the left goes left of
396             // middle point between strips
397             a = strip - 0.5;        // integration starting point
398             dXCharge1 = F(w, b, sigma) - F(w, a, sigma);
399             dXCharge2 = F(w, a, sigma) - F(w, inf, sigma);
400         }else {
401             a = inf;
402             dXCharge1 = 0.9973;   // gaussian integral at 3 sigmas
403             dXCharge2 = 0.0;
404         } // end if
405     
406         dXCharge1 = par * dXCharge1;    // normalize by means of carriers
407         dXCharge2 = par * dXCharge2;
408
409         // for the time being, signal is the charge
410         // in ChargeToSignal signal is converted in ADC channel
411         fMapA2->AddSignal(k,(Int_t)strip,dXCharge1);
412         if(((Int_t) strip) > 0) {
413             // strip doesn't have to be the first
414             // otherwise part of the charge is lost
415             fMapA2->AddSignal(k,((Int_t)strip-1),dXCharge2);
416         } // end if
417     
418         if(dXCharge1 > 1.) {
419             if (first) {
420                 indexRange[k*2+0]=indexRange[k*2+1]=(Int_t) strip;
421                 first=kFALSE;
422             } // end if first
423
424             indexRange[k*2+0]=TMath::Min(indexRange[k*2+0],(Int_t) strip);
425             indexRange[k*2+1]=TMath::Max(indexRange[k*2+1],(Int_t) strip);
426         }      // dXCharge > 1 e-
427     } // end if
428 }
429 //______________________________________________________________________
430 Int_t AliITSsimulationSSD::NumOfSteps(Double_t x, Double_t y, Double_t z,
431                                  Double_t & dex,Double_t & dey,Double_t & dez){
432     // number of steps
433     // it also returns steps for each coord
434     //AliITSsegmentationSSD *seg = new AliITSsegmentationSSD();
435
436     Double_t step = 25E-4;
437     //step = (Double_t) seg->GetStepSize();  // step size (cm)
438     Int_t numOfSteps = (Int_t) (TMath::Sqrt(x*x+y*y+z*z)/step); 
439
440     if (numOfSteps < 1) numOfSteps = 1;       // one step, at least
441
442     // we could condition the stepping depending on the incident angle
443     // of the track
444     dex = x/numOfSteps;
445     dey = y/numOfSteps;
446     dez = z/numOfSteps;
447
448     return numOfSteps;
449 }
450 //----------------------------------------------------------------------
451 void AliITSsimulationSSD::GetList(Int_t label,Int_t hit,Int_t mod,
452                                   AliITSpList *pList,Int_t *indexRange) {
453     // loop over nonzero digits
454     Int_t ix,i;
455     Double_t signal=0.;
456
457     for(Int_t k=0; k<2; k++) {
458         for(ix=indexRange[k*2+0];ix<indexRange[k*2+1]+1;ix++){
459 //          if(indexRange[k*2+0]<indexRange[k*2+1]) 
460                 signal = fMapA2->GetSignal(k,ix);
461                 if(signal==0.0) continue;
462                 // check the signal magnitude
463                 for(i=0;i<pList->GetNSignals(k,ix);i++) 
464                     signal -= pList->GetTSignal(k,ix,i);
465                 //  compare the new signal with already existing list
466                 pList->AddSignal(k,ix,label,hit,mod,signal);
467         } // end of loop pixels in x
468     } // end of loop over pixels in z
469 }
470 //----------------------------------------------------------------------
471 void AliITSsimulationSSD::ChargeToSignal(AliITSpList *pList) {
472     // charge to signal
473     static AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
474     Float_t threshold = 0.;
475     Int_t   digits[3], tracks[3],hits[3],j1;
476     Float_t charges[3] = {0.0,0.0,0.0};
477     Float_t signal;
478     Float_t noise[2] = {0.,0.};
479
480     ((AliITSresponseSSD*)fResponse)->GetNoiseParam(noise[0],noise[1]);
481
482     for(Int_t k=0;k<2;k++){         // both sides (0=Pside, 1=Nside)
483         // Threshold for zero-suppression
484         // It can be defined in AliITSresponseSSD
485         //             threshold = (Float_t)fResponse->MinVal(k);
486         // I prefer to think adjusting the threshold "manually", looking
487         // at the scope, and considering noise standard deviation
488         threshold = 4.0*noise[k]; // 4 times noise is a choice
489         for(Int_t ix=0;ix<GetNStrips();ix++){     // loop over strips
490             if(fMapA2->GetSignal(k,ix) <= threshold) continue;
491             // convert to ADC signal
492             signal = ((AliITSresponseSSD*)fResponse)->DEvToADC(
493                                                    fMapA2->GetSignal(k,ix));
494             if(signal>1024.) signal = 1024.;//if exceeding, accumulate last one
495             digits[0] = k;
496             digits[1] = ix;
497             digits[2] = (Int_t) signal;
498             for(j1=0;j1<3;j1++){ // only three in digit.
499                 tracks[j1]  = pList->GetTrack(k,ix,j1);
500                 hits[j1]    = pList->GetHit(k,ix,j1);
501             } // end for j1
502             // finally add digit
503             aliITS->AddSimDigit(2,0,digits,tracks,hits,charges);
504         } // end for ix
505     } // end for k
506 }
507 //______________________________________________________________________
508 void AliITSsimulationSSD::WriteSDigits(AliITSpList *pList){
509     // Fills the Summable digits Tree
510     Int_t i,ni,j,nj;
511     static AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
512
513     pList->GetMaxMapIndex(ni,nj);
514     for(i=0;i<ni;i++)for(j=0;j<nj;j++){
515         if(pList->GetSignalOnly(i,j)>0.0){
516             aliITS->AddSumDigit(*(pList->GetpListItem(i,j)));
517 //          cout << "pListSSD: " << *(pList->GetpListItem(i,j)) << endl;
518         } // end if
519     } // end for i,j
520     return;
521 }
522 //______________________________________________________________________
523 void AliITSsimulationSSD::FillMapFrompList(AliITSpList *pList){
524     // Fills fMap2A from the pList of Summable digits
525     Int_t k,ix;
526
527     for(k=0;k<2;k++)for(ix=0;ix<GetNStrips();ix++) 
528         fMapA2->AddSignal(k,ix,pList->GetSignal(k,ix));
529     return;
530 }
531 //______________________________________________________________________
532 void AliITSsimulationSSD::Print(ostream *os){
533     //Standard output format for this class
534
535     //AliITSsimulation::Print(os);
536     *os << fIonE <<",";
537     *os << fDifConst[0] <<","<< fDifConst[1] <<",";
538     *os << fDriftVel[0] <<","<< fDriftVel[1];
539     //*os <<","; fDCS->Print(os);
540     //*os <<","; fMapA2->Print(os);
541 }
542 //______________________________________________________________________
543 void AliITSsimulationSSD::Read(istream *is){
544     // Standard output streaming function.
545
546     //AliITSsimulation::Read(is);
547     *is >> fIonE;
548     *is >> fDifConst[0] >> fDifConst[1];
549     *is >> fDriftVel[0] >> fDriftVel[1];
550     //fDCS->Read(is);
551     //fMapA2->Read(is);
552 }
553 //______________________________________________________________________
554 ostream &operator<<(ostream &os,AliITSsimulationSSD &source){
555     // Standard output streaming function.
556
557     source.Print(&os);
558     return os;
559 }
560 //______________________________________________________________________
561 istream &operator>>(istream &os,AliITSsimulationSSD &source){
562     // Standard output streaming function.
563
564     source.Read(&os);
565     return os;
566 }
567 //______________________________________________________________________