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[u/mrichter/AliRoot.git] / MUON / AliMUONVTrackReconstructor.cxx
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3  *                                                                        *
4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
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14  **************************************************************************/
15
16 /* $Id$ */
17
18 /// \class AliMUONVTrackReconstructor
19 ////////////////////////////////////
20 ///
21 /// Virtual MUON track reconstructor in ALICE (class renamed from AliMUONEventReconstructor)
22 ///
23 /// This class contains as data:
24 /// * a pointer to the array of hits to be reconstructed (the event)
25 /// * a pointer to the array of segments made with these hits inside each station
26 /// * a pointer to the array of reconstructed tracks
27 ///
28 /// It contains as methods, among others:
29 /// * EventReconstruct to build the muon tracks
30 /// * EventReconstructTrigger to build the trigger tracks
31 ///
32 ////////////////////////////////////
33
34 #include "AliMUONVTrackReconstructor.h"
35 #include "AliMUONData.h"
36 #include "AliMUONConstants.h"
37 #include "AliMUONHitForRec.h"
38 #include "AliMUONObjectPair.h"
39 #include "AliMUONTriggerTrack.h"
40 #include "AliMUONTriggerCircuit.h"
41 #include "AliMUONLocalTrigger.h"
42 #include "AliMUONGlobalTrigger.h"
43 #include "AliMUONTrack.h"
44 #include "AliMUONTrackParam.h"
45 #include "AliMUONTrackExtrap.h"
46
47 #include "AliLog.h"
48 #include "AliTracker.h"
49
50 #include <Riostream.h>
51 #include <TClonesArray.h>
52 #include <TMath.h>
53
54 ClassImp(AliMUONVTrackReconstructor) // Class implementation in ROOT context
55
56 //************* Defaults parameters for reconstruction
57 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMinBendingMomentum = 3.0;
58 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMaxBendingMomentum = 3000.0;
59 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultBendingResolution = 0.01;
60 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultNonBendingResolution = 0.144;
61 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultBendingVertexDispersion = 10.;
62 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultNonBendingVertexDispersion = 10.;
63 const Double_t AliMUONVTrackReconstructor::fgkDefaultMaxNormChi2MatchTrigger = 16.0;
64
65 //__________________________________________________________________________
66 AliMUONVTrackReconstructor::AliMUONVTrackReconstructor(AliMUONData* data)
67   : TObject(),
68     fMinBendingMomentum(fgkDefaultMinBendingMomentum),
69     fMaxBendingMomentum(fgkDefaultMaxBendingMomentum),
70     fBendingResolution(fgkDefaultBendingResolution),
71     fNonBendingResolution(fgkDefaultNonBendingResolution),
72     fBendingVertexDispersion(fgkDefaultBendingVertexDispersion),
73     fNonBendingVertexDispersion(fgkDefaultNonBendingVertexDispersion),
74     fMaxNormChi2MatchTrigger(fgkDefaultMaxNormChi2MatchTrigger),
75     fSegmentMaxDistBending(0x0),
76     fSegmentMaxDistNonBending(0x0),
77     fHitsForRecPtr(0x0),
78     fNHitsForRec(0),
79     fNHitsForRecPerChamber(0x0),
80     fIndexOfFirstHitForRecPerChamber(0x0),
81     fRecTracksPtr(0x0),
82     fNRecTracks(0),
83     fMUONData(data),
84     fTriggerTrack(new AliMUONTriggerTrack()),
85     fTriggerCircuit(0x0)
86 {
87   /// Constructor for class AliMUONVTrackReconstructor
88   fSegmentMaxDistBending = new Double_t[AliMUONConstants::NTrackingSt()];
89   fSegmentMaxDistNonBending = new Double_t[AliMUONConstants::NTrackingSt()];
90   fNHitsForRecPerChamber = new Int_t[AliMUONConstants::NTrackingCh()];
91   fIndexOfFirstHitForRecPerChamber = new Int_t[AliMUONConstants::NTrackingCh()];
92
93   SetReconstructionParametersToDefaults();
94   
95   // Memory allocation for the TClonesArray of hits for reconstruction
96   // Is 10000 the right size ????
97   fHitsForRecPtr = new TClonesArray("AliMUONHitForRec", 10000);
98
99   // set the magnetic field for track extrapolations
100   const AliMagF* kField = AliTracker::GetFieldMap();
101   if (!kField) AliFatal("No field available");
102   AliMUONTrackExtrap::SetField(kField);
103 }
104
105   //__________________________________________________________________________
106 AliMUONVTrackReconstructor::~AliMUONVTrackReconstructor(void)
107 {
108   /// Destructor for class AliMUONVTrackReconstructor
109   delete [] fSegmentMaxDistBending;
110   delete [] fSegmentMaxDistNonBending;
111   delete [] fNHitsForRecPerChamber;
112   delete [] fIndexOfFirstHitForRecPerChamber;
113   delete fTriggerTrack;
114   delete fHitsForRecPtr;
115 }
116
117   //__________________________________________________________________________
118 void AliMUONVTrackReconstructor::SetReconstructionParametersToDefaults(void)
119 {
120   /// Set reconstruction parameters for making segments to default values
121   // Would be much more convenient with a structure (or class) ????
122
123   // ******** Parameters for making segments
124   // should be parametrized ????
125   // according to interval between chambers in a station ????
126   // Maximum distance in non bending plane
127   // 5 * 0.22 just to remember the way it was made in TRACKF_STAT
128   // SIGCUT*DYMAX(IZ)
129   for (Int_t st = 0; st < AliMUONConstants::NTrackingSt(); st++)
130     fSegmentMaxDistNonBending[st] = 5. * 0.22;
131   // Maximum distance in bending plane:
132   // values from TRACKF_STAT, corresponding to (J psi 20cm),
133   // scaled to the real distance between chambers in a station
134   fSegmentMaxDistBending[0] = TMath::Abs( 1.5 *
135                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(1) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(0)) / 20.0);
136   fSegmentMaxDistBending[1] = TMath::Abs( 1.5 *
137                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(3) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(2)) / 20.0);
138   fSegmentMaxDistBending[2] = TMath::Abs( 3.0 *
139                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(5) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(4)) / 20.0);
140   fSegmentMaxDistBending[3] = TMath::Abs( 6.0 *
141                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(7) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(6)) / 20.0);
142   fSegmentMaxDistBending[4] = TMath::Abs( 6.0 *
143                                           (AliMUONConstants::DefaultChamberZ(9) - AliMUONConstants::DefaultChamberZ(8)) / 20.0);
144
145   return;
146 }
147
148   //__________________________________________________________________________
149 void AliMUONVTrackReconstructor::EventReconstruct(void)
150 {
151   // To reconstruct one event
152   AliDebug(1,"Enter EventReconstruct");
153   ResetTracks(); //AZ
154   ResetHitsForRec(); //AZ
155   AddHitsForRecFromRawClusters();
156   MakeTracks();
157   if (fMUONData->IsTriggerTrackBranchesInTree()) 
158     ValidateTracksWithTrigger(); 
159   
160   // Add tracks to MUON data container 
161   for(Int_t i=0; i<fNRecTracks; i++) {
162     AliMUONTrack * track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->At(i);
163     fMUONData->AddRecTrack(*track);
164   }
165 }
166
167   //__________________________________________________________________________
168 void AliMUONVTrackReconstructor::ResetTracks(void)
169 {
170   /// To reset the TClonesArray of reconstructed tracks
171   if (fRecTracksPtr) fRecTracksPtr->Delete();
172   // Delete in order that the Track destructors are called,
173   // hence the space for the TClonesArray of pointers to TrackHit's is freed
174   fNRecTracks = 0;
175   return;
176 }
177
178   //__________________________________________________________________________
179 void AliMUONVTrackReconstructor::ResetHitsForRec(void)
180 {
181   /// To reset the array and the number of HitsForRec,
182   /// and also the number of HitsForRec
183   /// and the index of the first HitForRec per chamber
184   if (fHitsForRecPtr) fHitsForRecPtr->Delete();
185   fNHitsForRec = 0;
186   for (Int_t ch = 0; ch < AliMUONConstants::NTrackingCh(); ch++)
187     fNHitsForRecPerChamber[ch] = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = 0;
188   return;
189 }
190
191   //__________________________________________________________________________
192 void AliMUONVTrackReconstructor::SortHitsForRecWithIncreasingChamber()
193 {
194   /// Sort HitsForRec's in increasing order with respect to chamber number.
195   /// Uses the function "Compare".
196   /// Update the information for HitsForRec per chamber too.
197   Int_t ch, nhits, prevch;
198   fHitsForRecPtr->Sort();
199   for (ch = 0; ch < AliMUONConstants::NTrackingCh(); ch++) {
200     fNHitsForRecPerChamber[ch] = 0;
201     fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = 0;
202   }
203   prevch = 0; // previous chamber
204   nhits = 0; // number of hits in current chamber
205   // Loop over HitsForRec
206   for (Int_t hit = 0; hit < fNHitsForRec; hit++) {
207     // chamber number (0...)
208     ch = ((AliMUONHitForRec*)  ((*fHitsForRecPtr)[hit]))->GetChamberNumber();
209     // increment number of hits in current chamber
210     (fNHitsForRecPerChamber[ch])++;
211     // update index of first HitForRec in current chamber
212     // if chamber number different from previous one
213     if (ch != prevch) {
214       fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch] = hit;
215       prevch = ch;
216     }
217   }
218   return;
219 }
220
221   //__________________________________________________________________________
222 TClonesArray* AliMUONVTrackReconstructor::MakeSegmentsInStation(Int_t station)
223 {
224   /// To make the list of segments in station(0..) "Station" from the list of hits to be reconstructed.
225   /// Return a new TClonesArray of segments.
226   /// It is the responsibility of the user to delete it afterward.
227   AliDebug(1,Form("Enter MakeSegmentsPerStation (0...) %d",station));
228   
229   AliMUONHitForRec *hit1Ptr, *hit2Ptr;
230   AliMUONObjectPair *segment;
231   Double_t bendingSlope, distBend, distNonBend, extBendCoor, extNonBendCoor, extrapFact;
232   Double_t impactParam = 0., bendingMomentum = 0.; // to avoid compilation warning
233   // first and second chambers (0...) in the station
234   Int_t ch1 = 2 * station;
235   Int_t ch2 = ch1 + 1;
236   // list of segments
237   TClonesArray *segments = new TClonesArray("AliMUONObjectPair", fNHitsForRecPerChamber[ch2]);
238   // Loop over HitForRec's in the first chamber of the station
239   for (Int_t hit1 = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1];
240        hit1 < fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch1] + fNHitsForRecPerChamber[ch1];
241        hit1++) {
242     // pointer to the HitForRec
243     hit1Ptr = (AliMUONHitForRec*) ((*fHitsForRecPtr)[hit1]);
244     // extrapolation, on the straight line joining the HitForRec to the vertex (0,0,0),
245     // to the Z of the HitForRec in the second chamber of the station
246     // Loop over HitsForRec's in the second chamber of the station
247     for (Int_t hit2 = fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch2];
248          hit2 < fIndexOfFirstHitForRecPerChamber[ch2] + fNHitsForRecPerChamber[ch2];
249          hit2++) {
250       // pointer to the HitForRec
251       hit2Ptr = (AliMUONHitForRec*) ((*fHitsForRecPtr)[hit2]);
252       // absolute values of distances, in bending and non bending planes,
253       // between the HitForRec in the second chamber
254       // and the previous extrapolation
255       extrapFact = hit2Ptr->GetZ()/ hit1Ptr->GetZ();
256       extBendCoor = extrapFact * hit1Ptr->GetBendingCoor();
257       extNonBendCoor = extrapFact * hit1Ptr->GetNonBendingCoor();
258       distBend = TMath::Abs(hit2Ptr->GetBendingCoor() - extBendCoor);
259       distNonBend = TMath::Abs(hit2Ptr->GetNonBendingCoor() - extNonBendCoor);
260       // bending slope
261       if ( hit1Ptr->GetZ() - hit2Ptr->GetZ() != 0. ) {
262         bendingSlope = (hit1Ptr->GetBendingCoor() - hit2Ptr->GetBendingCoor()) / (hit1Ptr->GetZ() - hit2Ptr->GetZ());
263         // impact parameter
264         impactParam = hit1Ptr->GetBendingCoor() - hit1Ptr->GetZ() * bendingSlope;
265         // absolute value of bending momentum
266         bendingMomentum = TMath::Abs(AliMUONTrackExtrap::GetBendingMomentumFromImpactParam(impactParam));
267       } else {
268         AliWarning("hit1Ptr->GetZ() = hit2Ptr->GetZ(): no segment created");
269         continue;
270       }   
271       // check for distances not too large,
272       // and impact parameter not too big if stations downstream of the dipole.
273       // Conditions "distBend" and "impactParam" correlated for these stations ????
274       if ((distBend < fSegmentMaxDistBending[station]) && (distNonBend < fSegmentMaxDistNonBending[station]) &&
275           (bendingMomentum < fMaxBendingMomentum) && (bendingMomentum > fMinBendingMomentum)) {
276         // make new segment
277         segment = new ((*segments)[segments->GetLast()+1]) AliMUONObjectPair(hit1Ptr, hit2Ptr, kFALSE, kFALSE);
278         if (AliLog::GetGlobalDebugLevel() > 1) {
279           cout << "segmentIndex(0...): " << segments->GetLast()
280                << "  distBend: " << distBend
281                << "  distNonBend: " << distNonBend
282                << endl;
283           segment->Dump();
284           cout << "HitForRec in first chamber" << endl;
285           hit1Ptr->Dump();
286           cout << "HitForRec in second chamber" << endl;
287           hit2Ptr->Dump();
288         }
289       }
290     } //for (Int_t hit2
291   } // for (Int_t hit1...
292   AliDebug(1,Form("Station: %d  NSegments:  %d ", station, segments->GetEntriesFast()));
293   return segments;
294 }
295
296   //__________________________________________________________________________
297 void AliMUONVTrackReconstructor::ValidateTracksWithTrigger(void)
298 {
299   /// Try to match track from tracking system with trigger track
300   static const Double_t kDistSigma[3]={1,1,0.02}; // sigma of distributions (trigger-track) X,Y,slopeY
301   
302   AliMUONTrack *track;
303   AliMUONTrackParam trackParam; 
304   AliMUONTriggerTrack *triggerTrack;
305   
306   fMUONData->SetTreeAddress("RL");
307   fMUONData->GetRecTriggerTracks();
308   TClonesArray *recTriggerTracks = fMUONData->RecTriggerTracks();
309   
310   Bool_t matchTrigger;
311   Int_t loTrgNum;
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     loTrgNum = -1;
320
321     trackParam = *((AliMUONTrackParam*) (track->GetTrackParamAtHit()->Last()));
322     AliMUONTrackExtrap::ExtrapToZ(&trackParam, AliMUONConstants::DefaultChamberZ(10)); // extrap to 1st trigger chamber
323     
324     xTrack = trackParam.GetNonBendingCoor();
325     yTrack = trackParam.GetBendingCoor();
326     ySlopeTrack = trackParam.GetBendingSlope();
327     minChi2MatchTrigger = 999.;
328   
329     triggerTrack = (AliMUONTriggerTrack*) recTriggerTracks->First();
330     while(triggerTrack){
331       distTriggerTrack[0] = (triggerTrack->GetX11()-xTrack)/kDistSigma[0];
332       distTriggerTrack[1] = (triggerTrack->GetY11()-yTrack)/kDistSigma[1];
333       distTriggerTrack[2] = (TMath::Tan(triggerTrack->GetThetay())-ySlopeTrack)/kDistSigma[2];
334       chi2 = 0.;
335       for (Int_t iVar = 0; iVar < 3; iVar++) chi2 += distTriggerTrack[iVar]*distTriggerTrack[iVar];
336       chi2 /= 3.; // Normalized Chi2: 3 degrees of freedom (X,Y,slopeY)
337       if (chi2 < minChi2MatchTrigger && chi2 < fMaxNormChi2MatchTrigger) {
338         minChi2MatchTrigger = chi2;
339         matchTrigger = kTRUE;
340         chi2MatchTrigger = chi2;
341         loTrgNum=triggerTrack->GetLoTrgNum();
342       }
343       triggerTrack = (AliMUONTriggerTrack*) recTriggerTracks->After(triggerTrack);
344     }
345     
346     track->SetMatchTrigger(matchTrigger);
347     track->SetLoTrgNum(loTrgNum);
348     track->SetChi2MatchTrigger(chi2MatchTrigger);
349     track = (AliMUONTrack*) fRecTracksPtr->After(track);
350   }
351
352   return;
353 }
354
355 //__________________________________________________________________________
356 void AliMUONVTrackReconstructor::EventReconstructTrigger(void)
357 {
358   /// To reconstruct trigger for one event
359   AliDebug(1,"Enter EventReconstructTrigger");
360   MakeTriggerTracks();  
361   return;
362 }
363
364   //__________________________________________________________________________
365 Bool_t AliMUONVTrackReconstructor::MakeTriggerTracks(void)
366 {
367     // To make the trigger tracks from Local Trigger
368   AliDebug(1, "Enter MakeTriggerTracks");
369   
370   TTree* treeR;
371   UChar_t gloTrigPat;
372   TClonesArray *localTrigger;
373   TClonesArray *globalTrigger;
374   AliMUONLocalTrigger *locTrg;
375   AliMUONGlobalTrigger *gloTrg;
376
377   treeR = fMUONData->TreeR();
378   if (!treeR) {
379     AliWarning("TreeR is not loaded");
380     return kFALSE;
381   }
382   
383   fMUONData->SetTreeAddress("TC");
384   fMUONData->GetTrigger();
385
386   // global trigger for trigger pattern
387   gloTrigPat = 0;
388   globalTrigger = fMUONData->GlobalTrigger(); 
389   gloTrg = (AliMUONGlobalTrigger*)globalTrigger->UncheckedAt(0);
390  
391   if (gloTrg)
392     gloTrigPat = gloTrg->GetGlobalResponse();
393  
394
395   // local trigger for tracking 
396   localTrigger = fMUONData->LocalTrigger();    
397   Int_t nlocals = (Int_t) (localTrigger->GetEntries());
398
399   Float_t z11 = AliMUONConstants::DefaultChamberZ(10);
400   Float_t z21 = AliMUONConstants::DefaultChamberZ(12);
401
402   Float_t y11 = 0.;
403   Int_t stripX21 = 0;
404   Float_t y21 = 0.;
405   Float_t x11 = 0.;
406
407   for (Int_t i=0; i<nlocals; i++) { // loop on Local Trigger
408     locTrg = (AliMUONLocalTrigger*)localTrigger->UncheckedAt(i);      
409
410     AliDebug(1, "AliMUONTrackReconstructor::MakeTriggerTrack using NEW trigger \n");
411     AliMUONTriggerCircuit* circuit = 
412       (AliMUONTriggerCircuit*)fTriggerCircuit->At(locTrg->LoCircuit()-1); // -1 !!!
413
414     y11 = circuit->GetY11Pos(locTrg->LoStripX()); 
415     stripX21 = locTrg->LoStripX()+locTrg->LoDev()+1;
416     y21 = circuit->GetY21Pos(stripX21);       
417     x11 = circuit->GetX11Pos(locTrg->LoStripY());
418     
419     AliDebug(1, Form(" MakeTriggerTrack %d %d %d %d %d %f %f %f \n",i,locTrg->LoCircuit(),
420                      locTrg->LoStripX(),locTrg->LoStripX()+locTrg->LoDev()+1,locTrg->LoStripY(),y11, y21, x11));
421     
422     Float_t thetax = TMath::ATan2( x11 , z11 );
423     Float_t thetay = TMath::ATan2( (y21-y11) , (z21-z11) );
424     
425     fTriggerTrack->SetX11(x11);
426     fTriggerTrack->SetY11(y11);
427     fTriggerTrack->SetThetax(thetax);
428     fTriggerTrack->SetThetay(thetay);
429     fTriggerTrack->SetGTPattern(gloTrigPat);
430     fTriggerTrack->SetLoTrgNum(i);
431           
432     fMUONData->AddRecTriggerTrack(*fTriggerTrack);
433   } // end of loop on Local Trigger
434   
435   return kTRUE;    
436 }
437
438 //__________________________________________________________________________
439 void AliMUONVTrackReconstructor::EventDumpTrigger(void)
440 {
441   /// Dump reconstructed trigger event 
442   /// and the particle parameters
443   AliMUONTriggerTrack *triggertrack ;
444   Int_t nTriggerTracks = fMUONData->RecTriggerTracks()->GetEntriesFast();
445  
446   AliDebug(1, "****** enter EventDumpTrigger ******");
447   AliDebug(1, Form("Number of Reconstructed tracks : %d ",  nTriggerTracks));
448   
449   // Loop over reconstructed tracks
450   for (Int_t trackIndex = 0; trackIndex < nTriggerTracks; trackIndex++) {
451     triggertrack = (AliMUONTriggerTrack*)fMUONData->RecTriggerTracks()->At(trackIndex);
452       printf(" trigger track number %i x11=%f y11=%f thetax=%f thetay=%f \n",
453              trackIndex,
454              triggertrack->GetX11(),triggertrack->GetY11(),
455              triggertrack->GetThetax(),triggertrack->GetThetay());      
456   } 
457 }
458