PHOS/AliPHOSGeometry.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Geometry class  for PHOS : singleton
  20 // PHOS consists of the electromagnetic calorimeter (EMCA)
  21 // and a charged particle veto either in the Subatech's version (PPSD)
  22 // or in the IHEP's one (CPV).
  23 // The EMCA/PPSD/CPV modules are parametrized so that any configuration
  24 // can be easily implemented
  25 // The title is used to identify the version of CPV used.
  26 //
  27 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH) & Dmitri Peressounko (RRC "KI" & SUBATECH)
  28
  29 // --- ROOT system ---
  30
  31 #include "TVector3.h"
  32 #include "TRotation.h"
  33 #include "TFolder.h"
  34 #include "TROOT.h"
  35
  36 // --- Standard library ---
  37
  38 #include <stdlib.h>
  39
  40 // --- AliRoot header files ---
  41
  42 #include "AliPHOSGeometry.h"
  43 #include "AliPHOSEMCAGeometry.h"
  44 #include "AliPHOSRecPoint.h"
  45 #include "AliConst.h"
  46
  47 ClassImp(AliPHOSGeometry) ;
  48
  49 // these initialisations are needed for a singleton
  50 AliPHOSGeometry * AliPHOSGeometry::fgGeom = 0 ;
  51 Bool_t            AliPHOSGeometry::fgInit = kFALSE ;
  52
  53 //____________________________________________________________________________
  54 AliPHOSGeometry::~AliPHOSGeometry(void)
  55 {
  56   // dtor
  57
  58   if (fRotMatrixArray) fRotMatrixArray->Delete() ;
  59   if (fRotMatrixArray) delete fRotMatrixArray ;
  60   if (fPHOSAngle     ) delete[] fPHOSAngle ;
  61 }
  62 //____________________________________________________________________________
  63
  64 void AliPHOSGeometry::Init(void)
  65 {
  66   // Initializes the PHOS parameters :
  67   //  IHEP is the Protvino CPV (cathode pad chambers)
  68   //  GPS2 is the Subatech Pre-Shower (two micromegas sandwiching a passive lead converter)
  69   //  MIXT 4 PHOS modules withe the IHEP CPV and one PHOS module with the Subatech Pre-Shower
  70
  71   TString test(GetName()) ;
  72   if (test != "IHEP" && test != "GPS2" && test != "MIXT") {
  73     Fatal("Init", "%s is not a known geometry (choose among IHEP, GPS2 and MIXT)", test.Data() ) ;
  74   }
  75
  76   fgInit     = kTRUE ;
  77
  78   fNModules     = 5;
  79   fAngle        = 20;
  80
  81   fGeometryEMCA = new AliPHOSEMCAGeometry();
  82
  83   fGeometryCPV  = new AliPHOSCPVGeometry ();
  84
  85   fGeometrySUPP = new AliPHOSSupportGeometry();
  86
  87   fPHOSAngle = new Float_t[fNModules] ;
  88
  89   Float_t * emcParams = fGeometryEMCA->GetEMCParams() ;
  90
  91   fPHOSParams[0] =  TMath::Max((Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(0)/2.,
  92                                (Double_t)(emcParams[0]*(fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)+emcParams[3]) -
  93                                 emcParams[1]* fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1))/emcParams[3] ) ;
  94   fPHOSParams[1] = emcParams[1] ;
  95   fPHOSParams[2] = TMath::Max((Double_t)emcParams[2], (Double_t)fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(2)/2.);
  96   fPHOSParams[3] = emcParams[3] + fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1)/2. ;
  97
  98   fIPtoUpperCPVsurface = fGeometryEMCA->GetIPtoOuterCoverDistance() - fGeometryCPV->GetCPVBoxSize(1) ;
  99
 100   Int_t index ;
 101   for ( index = 0; index < fNModules; index++ )
 102     fPHOSAngle[index] = 0.0 ; // Module position angles are set in CreateGeometry()
 103
 104   this->SetPHOSAngles() ;
 105   fRotMatrixArray = new TObjArray(fNModules) ;
 106
 107 }
 108
 109 //____________________________________________________________________________
 110 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance()
 111 {
 112   // Returns the pointer of the unique instance; singleton specific
 113
 114   return static_cast<AliPHOSGeometry *>( fgGeom ) ;
 115 }
 116
 117 //____________________________________________________________________________
 118 AliPHOSGeometry *  AliPHOSGeometry::GetInstance(const Text_t* name, const Text_t* title)
 119 {
 120   // Returns the pointer of the unique instance
 121   // Creates it with the specified options (name, title) if it does not exist yet
 122
 123   AliPHOSGeometry * rv = 0  ;
 124   if ( fgGeom == 0 ) {
 125     if ( strcmp(name,"") == 0 )
 126       rv = 0 ;
 127     else {
 128       fgGeom = new AliPHOSGeometry(name, title) ;
 129       if ( fgInit )
 130         rv = (AliPHOSGeometry * ) fgGeom ;
 131       else {
 132         rv = 0 ;
 133         delete fgGeom ;
 134         fgGeom = 0 ;
 135       }
 136     }
 137   }
 138   else {
 139     if ( strcmp(fgGeom->GetName(), name) != 0 )
 140       ::Error("GetInstance", "Current geometry is %s. You cannot call %s", fgGeom->GetName(), name) ;
 141     else
 142       rv = (AliPHOSGeometry *) fgGeom ;
 143   }
 144   return rv ;
 145 }
 146
 147 //____________________________________________________________________________
 148 void AliPHOSGeometry::SetPHOSAngles()
 149 {
 150   // Calculates the position of the PHOS modules in ALICE global coordinate system
 151
 152   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 153   Float_t pphi =  2 * TMath::ATan( GetOuterBoxSize(0)  / ( 2.0 * GetIPtoUpperCPVsurface() ) ) ;
 154   pphi *= kRADDEG ;
 155   if (pphi > fAngle){
 156     Error("SetPHOSAngles", "PHOS modules overlap!\n pphi = %f fAngle = %f", pphi, fAngle);
 157
 158   }
 159   pphi = fAngle;
 160
 161   for( Int_t i = 1; i <= fNModules ; i++ ) {
 162     Float_t angle = pphi * ( i - fNModules / 2.0 - 0.5 ) ;
 163     fPHOSAngle[i-1] = -  angle ;
 164   }
 165 }
 166
 167 //____________________________________________________________________________
 168 Bool_t AliPHOSGeometry::AbsToRelNumbering(const Int_t AbsId, Int_t * relid) const
 169 {
 170   // Converts the absolute numbering into the following array/
 171   //  relid[0] = PHOS Module number 1:fNModules
 172   //  relid[1] = 0 if PbW04
 173   //           = -1 if CPV
 174   //  relid[2] = Row number inside a PHOS module
 175   //  relid[3] = Column number inside a PHOS module
 176
 177   Bool_t rv  = kTRUE ;
 178   Float_t id = AbsId ;
 179
 180   Int_t phosmodulenumber = (Int_t)TMath:: Ceil( id / GetNCristalsInModule() ) ;
 181
 182   if ( phosmodulenumber >  GetNModules() ) { // it is a CPV pad
 183
 184     id -=  GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules() ;
 185     Float_t nCPV  = GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ() ;
 186     relid[0] = (Int_t) TMath::Ceil( id / nCPV ) ;
 187     relid[1] = -1 ;
 188     id -= ( relid[0] - 1 ) * nCPV ;
 189     relid[2] = (Int_t) TMath::Ceil( id / GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 190     relid[3] = (Int_t) ( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ() ) ;
 191   }
 192   else { // it is a PW04 crystal
 193
 194     relid[0] = phosmodulenumber ;
 195     relid[1] = 0 ;
 196     id -= ( phosmodulenumber - 1 ) *  GetNPhi() * GetNZ() ;
 197     relid[2] = (Int_t)TMath::Ceil( id / GetNZ() )  ;
 198     relid[3] = (Int_t)( id - ( relid[2] - 1 ) * GetNZ() ) ;
 199   }
 200   return rv ;
 201 }
 202
 203 //____________________________________________________________________________
 204 void AliPHOSGeometry::EmcModuleCoverage(const Int_t mod, Double_t & tm, Double_t & tM, Double_t & pm, Double_t & pM, Option_t * opt) const
 205 {
 206   // calculates the angular coverage in theta and phi of one EMC (=PHOS) module
 207
 208  Double_t conv ;
 209   if ( opt == Radian() )
 210     conv = 1. ;
 211   else if ( opt == Degre() )
 212     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 213   else {
 214     Warning("EmcModuleCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 215     conv = 1. ;
 216       }
 217
 218   Float_t phi = GetPHOSAngle(mod) *  (TMath::Pi() / 180.)  ;
 219   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 220   Float_t x0  = GetCellStep()*GetNPhi() ;
 221   Float_t z0  = GetCellStep()*GetNZ();
 222   Double_t angle = TMath::ATan( x0 / y0 / 2 ) ;
 223   phi = phi + 1.5 * TMath::Pi() ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is between 220 and 320 deg.)
 224   Double_t max  = phi - angle ;
 225   Double_t min   = phi + angle ;
 226   pM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 227   pm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 228
 229   angle =  TMath::ATan( z0 /  y0  / 2 ) ;
 230   max  = TMath::Pi() / 2.  + angle ; // to follow the convention of the particle generator(PHOS is at 90 deg.)
 231   min  = TMath::Pi() / 2.  - angle ;
 232   tM = TMath::Max(max, min) * conv ;
 233   tm = TMath::Min(max, min) * conv ;
 234
 235 }
 236
 237 //____________________________________________________________________________
 238 void AliPHOSGeometry::EmcXtalCoverage(Double_t & theta, Double_t & phi, Option_t * opt) const
 239 {
 240   // calculates the angular coverage in theta and phi of a single crystal in a EMC(=PHOS) module
 241
 242   Double_t conv ;
 243   if ( opt == Radian() )
 244     conv = 1. ;
 245   else if ( opt == Degre() )
 246     conv = 180. / TMath::Pi() ;
 247   else {
 248     Warning("EmcXtalCoverage", "%s unknown option; result in radian", opt) ;
 249     conv = 1. ;
 250       }
 251
 252   Float_t y0  = GetIPtoCrystalSurface() ;
 253   theta = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(2) / (2 * y0) ) * conv ;
 254   phi   = 2 * TMath::ATan( GetCrystalSize(0) / (2 * y0) ) * conv ;
 255 }
 256
 257
 258 //____________________________________________________________________________
 259 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos, TMatrix & gmat) const
 260 {
 261   // Calculates the coordinates of a RecPoint and the error matrix in the ALICE global coordinate system
 262
 263   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 264   TVector3 localposition ;
 265
 266   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 267
 268
 269   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 270     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()) ;
 271
 272     }
 273   else
 274     { // it is a CPV
 275       gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 276     }
 277
 278   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 279   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 280   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 281
 282   TRotation rot ;
 283   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 284
 285   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 286   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 287
 288 }
 289
 290 //____________________________________________________________________________
 291 void AliPHOSGeometry::GetGlobal(const AliRecPoint* RecPoint, TVector3 & gpos) const
 292 {
 293   // Calculates the coordinates of a RecPoint in the ALICE global coordinate system
 294
 295   AliPHOSRecPoint * tmpPHOS = (AliPHOSRecPoint *) RecPoint ;
 296   TVector3 localposition ;
 297   tmpPHOS->GetLocalPosition(gpos) ;
 298
 299
 300   if ( tmpPHOS->IsEmc() ) // it is a EMC crystal
 301     {  gpos.SetY( - GetIPtoCrystalSurface()  ) ;
 302     }
 303   else
 304     { // it is a CPV
 305           gpos.SetY(- GetIPtoUpperCPVsurface()  ) ;
 306     }
 307
 308   Float_t phi           = GetPHOSAngle( tmpPHOS->GetPHOSMod()) ;
 309   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 310   Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 311
 312   TRotation rot ;
 313   rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 314
 315   TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 316   gpos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 317 }
 318
 319 //____________________________________________________________________________
 320 void AliPHOSGeometry::ImpactOnEmc(const Double_t theta, const Double_t phi, Int_t & ModuleNumber, Double_t & z, Double_t & x) const
 321 {
 322   // calculates the impact coordinates on PHOS of a neutral particle
 323   // emitted in the direction theta and phi in the ALICE global coordinate system
 324
 325   // searches for the PHOS EMC module
 326   ModuleNumber = 0 ;
 327   Double_t tm, tM, pm, pM ;
 328   Int_t index = 1 ;
 329   while ( ModuleNumber == 0 && index <= GetNModules() ) {
 330     EmcModuleCoverage(index, tm, tM, pm, pM) ;
 331     if ( (theta >= tm && theta <= tM) && (phi >= pm && phi <= pM ) )
 332       ModuleNumber = index ;
 333     index++ ;
 334   }
 335   if ( ModuleNumber != 0 ) {
 336     Float_t phi0 =  GetPHOSAngle(ModuleNumber) *  (TMath::Pi() / 180.) + 1.5 * TMath::Pi()  ;
 337     Float_t y0  =  GetIPtoCrystalSurface()  ;
 338     Double_t angle = phi - phi0;
 339     x = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 340     angle = theta - TMath::Pi() / 2 ;
 341     z = y0 * TMath::Tan(angle) ;
 342   }
 343 }
 344
 345 Bool_t  AliPHOSGeometry::Impact(const TParticle * particle) const
 346 {
 347   Bool_t In=kFALSE;
 348   Int_t ModuleNumber=0;
 349   Double_t z,x;
 350   ImpactOnEmc(particle->Theta(),particle->Phi(),ModuleNumber,z,x);
 351   if(ModuleNumber) In=kTRUE;
 352   else In=kFALSE;
 353   return In;
 354 }
 355
 356 //____________________________________________________________________________
 357 Bool_t AliPHOSGeometry::RelToAbsNumbering(const Int_t * relid, Int_t &  AbsId) const
 358 {
 359   // Converts the relative numbering into the absolute numbering
 360   // EMCA crystals:
 361   //  AbsId = from 1 to fNModules * fNPhi * fNZ
 362   // CPV pad:
 363   //  AbsId = from N(total PHOS crystals) + 1
 364   //          to NCPVModules * fNumberOfCPVPadsPhi * fNumberOfCPVPadsZ
 365
 366   Bool_t rv = kTRUE ;
 367
 368   if ( relid[1] ==  0 ) {                            // it is a Phos crystal
 369     AbsId =
 370       ( relid[0] - 1 ) * GetNPhi() * GetNZ()         // the offset of PHOS modules
 371       + ( relid[2] - 1 ) * GetNZ()                   // the offset along phi
 372       +   relid[3] ;                                 // the offset along z
 373   }
 374   else { // it is a CPV pad
 375     AbsId =    GetNPhi() * GetNZ() *  GetNModules()         // the offset to separate EMCA crystals from CPV pads
 376       + ( relid[0] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsPhi() * GetNumberOfCPVPadsZ()   // the pads offset of PHOS modules
 377       + ( relid[2] - 1 ) * GetNumberOfCPVPadsZ()                             // the pads offset of a CPV row
 378       +   relid[3] ;                                                         // the column number
 379   }
 380
 381   return rv ;
 382 }
 383
 384 //____________________________________________________________________________
 385 void AliPHOSGeometry::RelPosToAbsId(const Int_t module , const Double_t x, const Double_t z, Int_t & AbsId)const{
 386   // Converts local PHOS-module (x, z) coordinates to absId
 387
 388   if(!module){
 389     AbsId = 0 ;
 390     return ;
 391   }
 392
 393   Int_t relid[4] ;
 394   relid[0] = module ;
 395   relid[1] = 0 ;
 396   relid[2] = static_cast<Int_t>(TMath::Ceil(GetNPhi()/2.+ x/GetCellStep()));
 397   relid[3] = static_cast<Int_t>(TMath::Ceil(GetNZ()/2.  - z/GetCellStep())) ;
 398
 399   RelToAbsNumbering(relid,AbsId) ;
 400
 401 }
 402 //____________________________________________________________________________
 403 void AliPHOSGeometry::RelPosInAlice(const Int_t id, TVector3 & pos ) const
 404 {
 405   // Converts the absolute numbering into the global ALICE coordinate system
 406
 407
 408     Int_t relid[4] ;
 409
 410     AbsToRelNumbering(id , relid) ;
 411
 412     Int_t phosmodule = relid[0] ;
 413
 414     Float_t y0 = 0 ;
 415
 416     if ( relid[1] == 0 )  // it is a PbW04 crystal
 417       y0 =  - GetIPtoCrystalSurface() ;
 418     else
 419       y0 =  - GetIPtoUpperCPVsurface() ;
 420
 421     Float_t x, z ;
 422     RelPosInModule(relid, x, z) ;
 423
 424     pos.SetX(x) ;
 425     pos.SetZ(z) ;
 426     pos.SetY(y0) ;
 427
 428     Float_t phi           = GetPHOSAngle( phosmodule) ;
 429     Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
 430     Float_t rphi          = phi / kRADDEG ;
 431
 432     TRotation rot ;
 433     rot.RotateZ(-rphi) ; // a rotation around Z by angle
 434
 435     TRotation dummy = rot.Invert() ;  // to transform from original frame to rotate frame
 436
 437     pos.Transform(rot) ; // rotate the baby
 438 }
 439
 440 //____________________________________________________________________________
 441 void AliPHOSGeometry::RelPosInModule(const Int_t * relid, Float_t & x, Float_t & z) const
 442 {
 443   // Converts the relative numbering into the local PHOS-module (x, z) coordinates
 444   // Note: sign of z differs from that in the previous version (Yu.Kharlov, 12 Oct 2000)
 445
 446   Int_t row        = relid[2] ; //offset along x axis
 447   Int_t column     = relid[3] ; //offset along z axis
 448
 449
 450   if ( relid[1] == 0 ) { // its a PbW04 crystal
 451     x = - ( GetNPhi()/2. - row    + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // position of Xtal with respect
 452     z =   ( GetNZ()  /2. - column + 0.5 ) *  GetCellStep() ; // of center of PHOS module
 453   }
 454   else  {
 455     x = - ( GetNumberOfCPVPadsPhi()/2. - row    - 0.5 ) * GetPadSizePhi()  ; // position of pad  with respect
 456     z =   ( GetNumberOfCPVPadsZ()  /2. - column - 0.5 ) * GetPadSizeZ()  ; // of center of PHOS module
 457   }
 458 }