Adding include files where needed for latest ROOT
[u/mrichter/AliRoot.git] / MUON / AliMUONVTrackReconstructor.cxx
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2  * Copyright(c) 1998-1999, 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  *                                                                        *
7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
14  **************************************************************************/
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16 /* $Id$ */
17
18 ////////////////////////////////////
19 //
20 // Virtual MUON track reconstructor in ALICE (class renamed from AliMUONEventReconstructor)
21 //
22 // This class contains as data:
23 // * a pointer to the array of hits to be reconstructed (the event)
24 // * a pointer to the array of segments made with these hits inside each station
25 // * a pointer to the array of reconstructed tracks
26 //
27 // It contains as methods, among others:
28 // * EventReconstruct to build the muon tracks
29 // * EventReconstructTrigger to build the trigger tracks
30 //
31 ////////////////////////////////////
32
33 #include <stdlib.h>
34 #include <Riostream.h>
35 #include <TClonesArray.h>
36 #include <TMath.h>
37 #include <TTree.h>
38
39 #include "AliMUONVTrackReconstructor.h"
40 #include "AliMUONData.h"
41 #include "AliMUONConstants.h"
42 #include "AliMUONHitForRec.h"
43 #include "AliMUONObjectPair.h"
44 #include "AliMUONTriggerTrack.h"
45 #include "AliMUONTriggerCircuit.h"
46 #include "AliMUONLocalTrigger.h"
47 #include "AliMUONGlobalTrigger.h"
48 #include "AliMUONTrack.h"
49 #include "AliMUONTrackParam.h"
50 #include "AliMUONTrackExtrap.h"
51 #include "AliMagF.h"
52 #include "AliLog.h"
53 #include "AliTracker.h"
54
55 ClassImp(AliMUONVTrackReconstructor) // Class implementation in ROOT context
56
57 //************* Defaults parameters for reconstruction
58 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMinBendingMomentum = 3.0;
59 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMaxBendingMomentum = 3000.0;
60 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultBendingResolution = 0.01;
61 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultNonBendingResolution = 0.144;
62 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultBendingVertexDispersion = 10.;
63 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultNonBendingVertexDispersion = 10.;
64 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMaxNormChi2MatchTrigger = 16.0;
65
66 //__________________________________________________________________________
67 AliMUONVTrackReconstructor::AliMUONVTrackReconstructor(AliMUONData* data)
68   : TObject(),
69     fMinBendingMomentum(fgkDefaultMinBendingMomentum),
70     fMaxBendingMomentum(fgkDefaultMaxBendingMomentum),
71     fBendingResolution(fgkDefaultBendingResolution),
72     fNonBendingResolution(fgkDefaultNonBendingResolution),
73     fBendingVertexDispersion(fgkDefaultBendingVertexDispersion),
74     fNonBendingVertexDispersion(fgkDefaultNonBendingVertexDispersion),
75     fMaxNormChi2MatchTrigger(fgkDefaultMaxNormChi2MatchTrigger),
76     fSegmentMaxDistBending(0x0),
77     fSegmentMaxDistNonBending(0x0),
78     fHitsForRecPtr(0x0),
79     fNHitsForRec(0),
80     fNHitsForRecPerChamber(0x0),
81     fIndexOfFirstHitForRecPerChamber(0x0),
82     fRecTracksPtr(0x0),
83     fNRecTracks(0),
84     fMUONData(data),
85     fTriggerTrack(new AliMUONTriggerTrack()),
86     fTriggerCircuit(0x0)
87 {
88   /// Constructor for class AliMUONVTrackReconstructor
89   fSegmentMaxDistBending = new Double_t[AliMUONConstants::NTrackingSt()];
90   fSegmentMaxDistNonBending = new Double_t[AliMUONConstants::NTrackingSt()];
91   fNHitsForRecPerChamber = new Int_t[AliMUONConstants::NTrackingCh()];
92   fIndexOfFirstHitForRecPerChamber = new Int_t[AliMUONConstants::NTrackingCh()];
93
94   SetReconstructionParametersToDefaults();
95   
96   // Memory allocation for the TClonesArray of hits for reconstruction
97   // Is 10000 the right size ????
98   fHitsForRecPtr = new TClonesArray("AliMUONHitForRec", 10000);
99
100   // set the magnetic field for track extrapolations
101   const AliMagF* kField = AliTracker::GetFieldMap();
102   if (!kField) AliFatal("No field available");
103   AliMUONTrackExtrap::SetField(kField);
104 }
105
106   //__________________________________________________________________________
107 AliMUONVTrackReconstructor::~AliMUONVTrackReconstructor(void)
108 {
109   /// Destructor for class AliMUONVTrackReconstructor
110   delete [] fSegmentMaxDistBending;
111   delete [] fSegmentMaxDistNonBending;
112   delete [] fNHitsForRecPerChamber;
113   delete [] fIndexOfFirstHitForRecPerChamber;
114   delete fTriggerTrack;
115   delete fHitsForRecPtr;
116 }
117
118   //__________________________________________________________________________
119 void AliMUONVTrackReconstructor::SetReconstructionParametersToDefaults(void)
120 {
121   /// Set reconstruction parameters for making segments to default values
122   // Would be much more convenient with a structure (or class) ????
123
124   // ******** Parameters for making segments
125   // should be parametrized ????
126   // according to interval between chambers in a station ????
127   // Maximum distance in non bending plane
128   // 5 * 0.22 just to remember the way it was made in TRACKF_STAT
129   // SIGCUT*DYMAX(IZ)
130   for (Int_t st = 0; st < AliMUONConstants::NTrackingSt(); st++)
131     fSegmentMaxDistNonBending[st] = 5. * 0.22;
132   // Maximum distance in bending plane:
133   // values from TRACKF_STAT, corresponding to (J psi 20cm),
134   // scaled to the real distance between chambers in a station
135   fSegmentMaxDistBending[0] = TMath::Abs( 1.5 *
136                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(1) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(0)) / 20.0);
137   fSegmentMaxDistBending[1] = TMath::Abs( 1.5 *
138                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(3) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(2)) / 20.0);
139   fSegmentMaxDistBending[2] = TMath::Abs( 3.0 *
140                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(5) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(4)) / 20.0);
141   fSegmentMaxDistBending[3] = TMath::Abs( 6.0 *
142                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(7) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(6)) / 20.0);
143   fSegmentMaxDistBending[4] = TMath::Abs( 6.0 *
144                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(9) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(8)) / 20.0);
145
146   return;
147 }
148
149   //__________________________________________________________________________
150 void AliMUONVTrackReconstructor::EventReconstruct(void)
151 {
152   // To reconstruct one event
153   AliDebug(1,"Enter EventReconstruct");
154   ResetTracks(); //AZ
155   ResetHitsForRec(); //AZ
156   AddHitsForRecFromRawClusters();
157   MakeTracks();
158   if (fMUONData->IsTriggerTrackBranchesInTree()) 
159     ValidateTracksWithTrigger(); 
160   
161   // Add tracks to MUON data container 
162   for(Int_t i=0; i<fNRecTracks; i++) {
163     AliMUONTrack * track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->At(i);
164     fMUONData->AddRecTrack(*track);
165   }
166 }
167
168   //__________________________________________________________________________
169 void AliMUONVTrackReconstructor::ResetTracks(void)
170 {
171   /// To reset the TClonesArray of reconstructed tracks
172   if (fRecTracksPtr) fRecTracksPtr->Delete();
173   // Delete in order that the Track destructors are called,
174   // hence the space for the TClonesArray of pointers to TrackHit's is freed
175   fNRecTracks = 0;
176   return;
177 }
178
179   //__________________________________________________________________________
180 void AliMUONVTrackReconstructor::ResetHitsForRec(void)
181 {
182   /// To reset the array and the number of HitsForRec,
183   /// and also the number of HitsForRec
184   /// and the index of the first HitForRec per chamber
185   if (fHitsForRecPtr) fHitsForRecPtr->Delete();
186   fNHitsForRec = 0;
187   for (Int_t ch = 0; ch < AliMUONConstants::NTrackingCh(); ch++)
188     fNHitsForRecPerChamber[ch] = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = 0;
189   return;
190 }
191
192   //__________________________________________________________________________
193 void AliMUONVTrackReconstructor::SortHitsForRecWithIncreasingChamber()
194 {
195   /// Sort HitsForRec's in increasing order with respect to chamber number.
196   /// Uses the function "Compare".
197   /// Update the information for HitsForRec per chamber too.
198   Int_t ch, nhits, prevch;
199   fHitsForRecPtr->Sort();
200   for (ch = 0; ch < AliMUONConstants::NTrackingCh(); ch++) {
201     fNHitsForRecPerChamber[ch] = 0;
202     fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = 0;
203   }
204   prevch = 0; // previous chamber
205   nhits = 0; // number of hits in current chamber
206   // Loop over HitsForRec
207   for (Int_t hit = 0; hit < fNHitsForRec; hit++) {
208     // chamber number (0...)
209     ch = ((AliMUONHitForRec*)  ((*fHitsForRecPtr)[hit]))->GetChamberNumber();
210     // increment number of hits in current chamber
211     (fNHitsForRecPerChamber[ch])++;
212     // update index of first HitForRec in current chamber
213     // if chamber number different from previous one
214     if (ch != prevch) {
215       fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = hit;
216       prevch = ch;
217     }
218   }
219   return;
220 }
221
222   //__________________________________________________________________________
223 TClonesArray* AliMUONVTrackReconstructor::MakeSegmentsInStation(Int_t station)
224 {
225   /// To make the list of segments in station(0..) "Station" from the list of hits to be reconstructed.
226   /// Return a new TClonesArray of segments.
227   /// It is the responsibility of the user to delete it afterward.
228   AliDebug(1,Form("Enter MakeSegmentsPerStation (0...) %d",station));
229   
230   AliMUONHitForRec *hit1Ptr, *hit2Ptr;
231   AliMUONObjectPair *segment;
232   Double_t bendingSlope, distBend, distNonBend, extBendCoor, extNonBendCoor, extrapFact;
233   Double_t impactParam = 0., bendingMomentum = 0.; // to avoid compilation warning
234   // first and second chambers (0...) in the station
235   Int_t ch1 = 2 * station;
236   Int_t ch2 = ch1 + 1;
237   // list of segments
238   TClonesArray *segments = new TClonesArray("AliMUONObjectPair", fNHitsForRecPerChamber[ch2]);
239   // Loop over HitForRec's in the first chamber of the station
240   for (Int_t hit1 = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1];
241        hit1 < fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1] + fNHitsForRecPerChamber[ch1];
242        hit1++) {
243     // pointer to the HitForRec
244     hit1Ptr = (AliMUONHitForRec*) ((*fHitsForRecPtr)[hit1]);
245     // extrapolation, on the straight line joining the HitForRec to the vertex (0,0,0),
246     // to the Z of the HitForRec in the second chamber of the station
247     // Loop over HitsForRec's in the second chamber of the station
248     for (Int_t hit2 = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch2];
249          hit2 < fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch2] + fNHitsForRecPerChamber[ch2];
250          hit2++) {
251       // pointer to the HitForRec
252       hit2Ptr = (AliMUONHitForRec*) ((*fHitsForRecPtr)[hit2]);
253       // absolute values of distances, in bending and non bending planes,
254       // between the HitForRec in the second chamber
255       // and the previous extrapolation
256       extrapFact = hit2Ptr->GetZ()/ hit1Ptr->GetZ();
257       extBendCoor = extrapFact * hit1Ptr->GetBendingCoor();
258       extNonBendCoor = extrapFact * hit1Ptr->GetNonBendingCoor();
259       distBend = TMath::Abs(hit2Ptr->GetBendingCoor() - extBendCoor);
260       distNonBend = TMath::Abs(hit2Ptr->GetNonBendingCoor() - extNonBendCoor);
261       // bending slope
262       if ( hit1Ptr->GetZ() - hit2Ptr->GetZ() != 0. ) {
263         bendingSlope = (hit1Ptr->GetBendingCoor() - hit2Ptr->GetBendingCoor()) / (hit1Ptr->GetZ() - hit2Ptr->GetZ());
264         // impact parameter
265         impactParam = hit1Ptr->GetBendingCoor() - hit1Ptr->GetZ() * bendingSlope;
266         // absolute value of bending momentum
267         bendingMomentum = TMath::Abs(AliMUONTrackExtrap::GetBendingMomentumFromImpactParam(impactParam));
268       } else {
269         AliWarning("hit1Ptr->GetZ() = hit2Ptr->GetZ(): no segment created");
270         continue;
271       }   
272       // check for distances not too large,
273       // and impact parameter not too big if stations downstream of the dipole.
274       // Conditions "distBend" and "impactParam" correlated for these stations ????
275       if ((distBend < fSegmentMaxDistBending[station]) && (distNonBend < fSegmentMaxDistNonBending[station]) &&
276           (bendingMomentum < fMaxBendingMomentum) && (bendingMomentum > fMinBendingMomentum)) {
277         // make new segment
278         segment = new ((*segments)[segments->GetLast()+1]) AliMUONObjectPair(hit1Ptr, hit2Ptr, kFALSE, kFALSE);
279         if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() > 1) {
280           cout << "segmentIndex(0...): " << segments->GetLast()
281                << "  distBend: " << distBend
282                << "  distNonBend: " << distNonBend
283                << endl;
284           segment->Dump();
285           cout << "HitForRec in first chamber" << endl;
286           hit1Ptr->Dump();
287           cout << "HitForRec in second chamber" << endl;
288           hit2Ptr->Dump();
289         }
290       }
291     } //for (Int_t hit2
292   } // for (Int_t hit1...
293   AliDebug(1,Form("Station: %d  NSegments:  %d ", station, segments->GetEntriesFast()));
294   return segments;
295 }
296
297   //__________________________________________________________________________
298 void AliMUONVTrackReconstructor::ValidateTracksWithTrigger(void)
299 {
300   /// Try to match track from tracking system with trigger track
301   static const Double_t distSigma[3]={1,1,0.02}; // sigma of distributions (trigger-track) X,Y,slopeY
302   
303   AliMUONTrack *track;
304   AliMUONTrackParam trackParam; 
305   AliMUONTriggerTrack *triggerTrack;
306   
307   fMUONData->SetTreeAddress("RL");
308   fMUONData->GetRecTriggerTracks();
309   TClonesArray *recTriggerTracks = fMUONData->RecTriggerTracks();
310   
311   Bool_t matchTrigger;
312   Double_t distTriggerTrack[3];
313   Double_t xTrack, yTrack, ySlopeTrack, chi2MatchTrigger, minChi2MatchTrigger, chi2;
314   
315   track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->First();
316   while (track) {
317     matchTrigger = kFALSE;
318     chi2MatchTrigger = 0.;
319     
320     trackParam = *((AliMUONTrackParam*) (track->GetTrackParamAtHit()->Last()));
321     AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZ(&trackParam, AliMUONConstants::DefaultChamberZ(10)); // extrap to 1st trigger chamber
322     
323     xTrack = trackParam.GetNonBendingCoor();
324     yTrack = trackParam.GetBendingCoor();
325     ySlopeTrack = trackParam.GetBendingSlope();
326     minChi2MatchTrigger = 999.;
327   
328     triggerTrack = (AliMUONTriggerTrack*) recTriggerTracks->First();
329     while(triggerTrack){
330       distTriggerTrack[0] = (triggerTrack->GetX11()-xTrack)/distSigma[0];
331       distTriggerTrack[1] = (triggerTrack->GetY11()-yTrack)/distSigma[1];
332       distTriggerTrack[2] = (TMath::Tan(triggerTrack->GetThetay())-ySlopeTrack)/distSigma[2];
333       chi2 = 0.;
334       for (Int_t iVar = 0; iVar < 3; iVar++) chi2 += distTriggerTrack[iVar]*distTriggerTrack[iVar];
335       chi2 /= 3.; // Normalized Chi2: 3 degrees of freedom (X,Y,slopeY)
336       if (chi2 < minChi2MatchTrigger && chi2 < fMaxNormChi2MatchTrigger) {
337         minChi2MatchTrigger = chi2;
338         matchTrigger = kTRUE;
339         chi2MatchTrigger = chi2;
340       }
341       triggerTrack = (AliMUONTriggerTrack*) recTriggerTracks->After(triggerTrack);
342     }
343     
344     track->SetMatchTrigger(matchTrigger);
345     track->SetChi2MatchTrigger(chi2MatchTrigger);
346     
347     track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->After(track);
348   }
349
350   return;
351 }
352
353 //__________________________________________________________________________
354 void AliMUONVTrackReconstructor::EventReconstructTrigger(void)
355 {
356   /// To reconstruct trigger for one event
357   AliDebug(1,"Enter EventReconstructTrigger");
358   MakeTriggerTracks();  
359   return;
360 }
361
362   //__________________________________________________________________________
363 Bool_t AliMUONVTrackReconstructor::MakeTriggerTracks(void)
364 {
365     // To make the trigger tracks from Local Trigger
366   AliDebug(1, "Enter MakeTriggerTracks");
367   
368   TTree* treeR;
369   UChar_t gloTrigPat;
370   TClonesArray *localTrigger;
371   TClonesArray *globalTrigger;
372   AliMUONLocalTrigger *locTrg;
373   AliMUONGlobalTrigger *gloTrg;
374
375   treeR = fMUONData->TreeR();
376   if (!treeR) {
377     AliWarning("TreeR is not loaded");
378     return kFALSE;
379   }
380   
381   fMUONData->SetTreeAddress("TC");
382   fMUONData->GetTrigger();
383
384   // global trigger for trigger pattern
385   gloTrigPat = 0;
386   globalTrigger = fMUONData->GlobalTrigger(); 
387   gloTrg = (AliMUONGlobalTrigger*)globalTrigger->UncheckedAt(0);
388  
389   if (gloTrg)
390     gloTrigPat = gloTrg->GetGlobalResponse();
391  
392
393   // local trigger for tracking 
394   localTrigger = fMUONData->LocalTrigger();    
395   Int_t nlocals = (Int_t) (localTrigger->GetEntries());
396
397   Float_t z11 = AliMUONConstants::DefaultChamberZ(10);
398   Float_t z21 = AliMUONConstants::DefaultChamberZ(12);
399
400   Float_t y11 = 0.;
401   Int_t stripX21 = 0;
402   Float_t y21 = 0.;
403   Float_t x11 = 0.;
404
405   for (Int_t i=0; i<nlocals; i++) { // loop on Local Trigger
406     locTrg = (AliMUONLocalTrigger*)localTrigger->UncheckedAt(i);      
407
408     AliDebug(1, "AliMUONTrackReconstructor::MakeTriggerTrack using NEW trigger \n");
409     AliMUONTriggerCircuit* circuit = 
410       (AliMUONTriggerCircuit*)fTriggerCircuit->At(locTrg->LoCircuit()-1); // -1 !!!
411
412     y11 = circuit->GetY11Pos(locTrg->LoStripX()); 
413     stripX21 = locTrg->LoStripX()+locTrg->LoDev()+1;
414     y21 = circuit->GetY21Pos(stripX21);       
415     x11 = circuit->GetX11Pos(locTrg->LoStripY());
416     
417     AliDebug(1, Form(" MakeTriggerTrack %d %d %d %d %d %f %f %f \n",i,locTrg->LoCircuit(),
418                      locTrg->LoStripX(),locTrg->LoStripX()+locTrg->LoDev()+1,locTrg->LoStripY(),y11, y21, x11));
419     
420     Float_t thetax = TMath::ATan2( x11 , z11 );
421     Float_t thetay = TMath::ATan2( (y21-y11) , (z21-z11) );
422     
423     fTriggerTrack->SetX11(x11);
424     fTriggerTrack->SetY11(y11);
425     fTriggerTrack->SetThetax(thetax);
426     fTriggerTrack->SetThetay(thetay);
427     fTriggerTrack->SetGTPattern(gloTrigPat);
428           
429     fMUONData->AddRecTriggerTrack(*fTriggerTrack);
430   } // end of loop on Local Trigger
431   
432   return kTRUE;    
433 }
434
435 //__________________________________________________________________________
436 void AliMUONVTrackReconstructor::EventDumpTrigger(void)
437 {
438   /// Dump reconstructed trigger event 
439   /// and the particle parameters
440   AliMUONTriggerTrack *triggertrack ;
441   Int_t nTriggerTracks = fMUONData->RecTriggerTracks()->GetEntriesFast();
442  
443   AliDebug(1, "****** enter EventDumpTrigger ******");
444   AliDebug(1, Form("Number of Reconstructed tracks : %d ",  nTriggerTracks));
445   
446   // Loop over reconstructed tracks
447   for (Int_t trackIndex = 0; trackIndex < nTriggerTracks; trackIndex++) {
448     triggertrack = (AliMUONTriggerTrack*)fMUONData->RecTriggerTracks()->At(trackIndex);
449       printf(" trigger track number %i x11=%f y11=%f thetax=%f thetay=%f \n",
450              trackIndex,
451              triggertrack->GetX11(),triggertrack->GetY11(),
452              triggertrack->GetThetax(),triggertrack->GetThetay());      
453   } 
454 }
455