PHOS/AliPHOSModuleMisalignment.cxx

   1 /**************************************************************************
   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  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id: $ */
  17
  18 #include <stdexcept>
  19 #include <iostream>
  20
  21 #include <TGeoMatrix.h>
  22 #include <TObjArray.h>
  23 #include <TString.h>
  24 #include <TError.h>
  25 #include <TMath.h>
  26
  27 #include "AliSurveyPoint.h"
  28
  29 #include "AliPHOSModuleMisalignment.h"
  30 #include "AliPHOSGeometry.h"
  31
  32 ClassImp(AliPHOSModuleMisalignment)
  33
  34 namespace {
  35
  36   /*
  37     Tiny vector/matrix utility stuff. Operates on doubles directly.
  38     Instead of points and vectors I use arrays of doubles with size 3.
  39     To make this explicit - I use references to arrays.
  40   */
  41
  42   //___________________________________________________________________
  43   void Vector(const Double_t (&p1)[3], const Double_t (&p2)[3], Double_t (&v)[3])
  44   {
  45     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
  46       v[i] = p2[i] - p1[i];
  47   }
  48
  49   //___________________________________________________________________
  50   void MultVector(Double_t (&v)[3], Double_t m)
  51   {
  52     v[0] *= m;
  53     v[1] *= m;
  54     v[2] *= m;
  55   }
  56
  57   /*
  58     Using points name0, name1, name2 find two orthogonal vectors.
  59   */
  60   //___________________________________________________________________
  61   void FindVectors(const Double_t (&pts)[3][3], Double_t (&v)[3][3])
  62   {
  63     Vector(pts[0], pts[2], v[0]);
  64     //v[1] will be cross-product (v[2] x v[0]).
  65     Vector(pts[0], pts[1], v[2]);
  66   }
  67
  68   //___________________________________________________________________
  69   Double_t Length(const Double_t (&v)[3])
  70   {
  71     return TMath::Sqrt(v[0] * v[0] + v[1] * v[1] + v[2] * v[2]);
  72   }
  73
  74   //___________________________________________________________________
  75   Double_t Distance(const Double_t (&p1)[3], const Double_t (&p2)[3])
  76   {
  77     return TMath::Sqrt((p2[0] - p1[0]) * (p2[0] - p1[0]) +
  78                        (p2[1] - p1[1]) * (p2[1] - p1[1]) +
  79                        (p2[2] - p1[2]) * (p2[2] - p1[2]));
  80   }
  81
  82   //______________________________________________________________________________
  83   void CrossProduct(const Double_t (&v1)[3], const Double_t (&v2)[3], Double_t (&v3)[3])
  84   {
  85     v3[0] = v1[1] * v2[2] - v2[1] * v1[2];
  86     v3[1] = v1[2] * v2[0] - v2[2] * v1[0];
  87     v3[2] = v1[0] * v2[1] - v2[0] * v1[1];
  88   }
  89
  90   //___________________________________________________________________
  91   void Normalize(Double_t (&v)[3])
  92   {
  93     const Double_t len = Length(v);
  94     if(len < 1E-10)//Threshold?
  95       throw std::runtime_error("Zero len vector");
  96     v[0] /= len;
  97     v[1] /= len;
  98     v[2] /= len;
  99   }
 100
 101   //______________________________________________________________________________
 102   void Normalize(Double_t (&v)[3][3])
 103   {
 104     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
 105       Normalize(v[i]);
 106   }
 107
 108
 109   //___________________________________________________________________
 110   void FindRotation(const Double_t (&u)[3][3], const Double_t (&v)[3][3], Double_t (&r)[9])
 111   {
 112     //I have orthogonal vectors and very nice rotation matrix.
 113     //V = R * U, R = V * U ^ t
 114     r[0] = v[0][0] * u[0][0] + v[1][0] * u[1][0] + v[2][0] * u[2][0];
 115     r[1] = v[0][0] * u[0][1] + v[1][0] * u[1][1] + v[2][0] * u[2][1];
 116     r[2] = v[0][0] * u[0][2] + v[1][0] * u[1][2] + v[2][0] * u[2][2];
 117
 118     r[3] = v[0][1] * u[0][0] + v[1][1] * u[1][0] + v[2][1] * u[2][0];
 119     r[4] = v[0][1] * u[0][1] + v[1][1] * u[1][1] + v[2][1] * u[2][1];
 120     r[5] = v[0][1] * u[0][2] + v[1][1] * u[1][2] + v[2][1] * u[2][2];
 121
 122     r[6] = v[0][2] * u[0][0] + v[1][2] * u[1][0] + v[2][2] * u[2][0];
 123     r[7] = v[0][2] * u[0][1] + v[1][2] * u[1][1] + v[2][2] * u[2][1];
 124     r[8] = v[0][2] * u[0][2] + v[1][2] * u[1][2] + v[2][2] * u[2][2];
 125   }
 126
 127   //___________________________________________________________________
 128   void Rotate(const Double_t (&r)[9], const Double_t (&u)[3], Double_t (&v)[3])
 129   {
 130     v[0] = r[0] * u[0] + r[1] * u[1] + r[2] * u[2];
 131     v[1] = r[3] * u[0] + r[4] * u[1] + r[5] * u[2];
 132     v[2] = r[6] * u[0] + r[7] * u[1] + r[8] * u[2];
 133   }
 134
 135   //___________________________________________________________________
 136   void Rotate(const Double_t (&r)[9], const Double_t (&u)[3][3], Double_t (&v)[3][3])
 137   {
 138     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
 139       Rotate(r, u[i], v[i]);
 140   }
 141
 142   /*
 143     PrintVector, PrintMatrix, Translate are used in "debug" mode only.
 144   */
 145   //___________________________________________________________________
 146   void PrintVector(const Double_t (&v)[3])
 147   {
 148     std::cout<<v[0]<<' '<<v[1]<<' '<<v[2]<<std::endl;
 149   }
 150
 151   //___________________________________________________________________
 152   void PrintMatrix(const Double_t (&u)[3][3])
 153   {
 154     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
 155       PrintVector(u[i]);
 156   }
 157
 158   //___________________________________________________________________
 159   void Translate(const Double_t (&t)[3], const Double_t (&u)[3], Double_t (&v)[3])
 160   {
 161     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
 162       v[i] = u[i] + t[i];
 163   }
 164
 165   //___________________________________________________________________
 166   void Translate(const Double_t (&t)[3], const Double_t (&u)[3][3], Double_t (&v)[3][3])
 167   {
 168     for(UInt_t i = 0; i < 3; ++i)
 169       Translate(t, u[i], v[i]);
 170   }
 171
 172 }
 173
 174 //______________________________________________________________________________
 175 AliPHOSModuleMisalignment::
 176 AliPHOSModuleMisalignment(const AliPHOSGeometry & geom, Bool_t debug)
 177                             : fDebug(debug),
 178                               fAngles(),
 179                               fCenters(),
 180                               fModule(),
 181                               fU(),
 182                               fV()
 183 {
 184   //Ctor.
 185   //Extract ideal module transformations from AliPHOSGeometry.
 186
 187   //Angles.
 188   for (UInt_t module = 0; module < kModules; ++module)
 189     for (UInt_t axis = 0; axis < 3; ++axis)
 190       for (UInt_t angle = 0; angle < 2; ++angle)
 191         fAngles[module][axis][angle] = geom.GetModuleAngle(module, axis, angle);
 192   //Translations.
 193   for (UInt_t module = 0; module < kModules; ++module)
 194     for (UInt_t axis = 0; axis < 3; ++axis)
 195       fCenters[module][axis] = geom.GetModuleCenter(module, axis);
 196   //Points, will be rotated/translated using module angle/center.
 197   fModule[0][0] = -geom.GetNPhi() / 2. * geom.GetCellStep() + geom.GetCellStep() / 2.;
 198   fModule[0][1] = -geom.GetNZ()   / 2. * geom.GetCellStep() + geom.GetCellStep() / 2.;
 199   fModule[0][2] = -22.61;//This number is hardcoded, AliPHOSGeometry does not have it,
 200                          //only 460. but this is result of transformation applied already.
 201   fModule[1][0] = fModule[0][0];
 202   fModule[1][1] = -fModule[0][1] - geom.GetCellStep();
 203   fModule[1][2] = -22.61;
 204
 205   fModule[2][0] = -fModule[0][0] - 7 * geom.GetCellStep();
 206   fModule[2][1] = fModule[0][1];
 207   fModule[2][2] = -22.61;
 208 }
 209
 210 //______________________________________________________________________________
 211 AliPHOSModuleMisalignment::~AliPHOSModuleMisalignment()
 212 {
 213 }
 214
 215 //______________________________________________________________________________
 216 void AliPHOSModuleMisalignment::
 217 DeltaTransformation(UInt_t module, const TObjArray * points,
 218                     const TString & name0, const TString & name1,
 219                     const TString & name2, TGeoHMatrix * delta)
 220 {
 221   //Find delta transformation to misalign module. Global transformation.
 222   const AliSurveyPoint * pt0 = static_cast<AliSurveyPoint *>(points->FindObject(name0));
 223   const AliSurveyPoint * pt1 = static_cast<AliSurveyPoint *>(points->FindObject(name1));
 224   const AliSurveyPoint * pt2 = static_cast<AliSurveyPoint *>(points->FindObject(name2));
 225
 226   if (!pt0 || !pt1 || !pt2) {
 227     Warning("AliPHOSModuleData::DeltaTransformation",
 228             "One of points not found in TObjArray");
 229     return;
 230   }
 231
 232   //Transform fModule using angle and translation for module number "module".
 233   //fU.
 234   FindIdealModule(module);
 235   //Extract coordinates from survey.
 236   //fV.
 237   FindRealModule(pt0, pt1, pt2);
 238   //Find delta, using ideal module (fU) and survey data (fV).
 239   FindDelta(delta);
 240 }
 241
 242 //______________________________________________________________________________
 243 void AliPHOSModuleMisalignment::FindIdealModule(UInt_t module)
 244 {
 245   //Ideal module described by fU.
 246   TGeoHMatrix matrix;
 247   //Rotation.
 248   const TGeoRotation r("",
 249                        fAngles[module][0][0], fAngles[module][0][1],
 250                        fAngles[module][1][0], fAngles[module][1][1],
 251                        fAngles[module][2][0], fAngles[module][2][1]);
 252   matrix.SetRotation(r.GetRotationMatrix());
 253   //Translation.
 254   matrix.SetDx(fCenters[module][0]);
 255   matrix.SetDy(fCenters[module][1]);
 256   matrix.SetDz(fCenters[module][2]);
 257   //Find ideal module's points.
 258   matrix.LocalToMaster(fModule[0], fU[0]);
 259   matrix.LocalToMaster(fModule[1], fU[1]);
 260   matrix.LocalToMaster(fModule[2], fU[2]);
 261 }
 262
 263 //______________________________________________________________________________
 264 void AliPHOSModuleMisalignment::FindRealModule(const AliSurveyPoint * pt0,
 265                                                const AliSurveyPoint * pt1,
 266                                                const AliSurveyPoint * pt2)
 267 {
 268   //Real module - fV.
 269   //Survey is in millimeters.
 270   //AliPHOSGeometry is in centimeters.
 271   const Double_t scale = 0.1;
 272
 273   fV[0][0] = pt0->GetX() * scale;
 274   fV[0][1] = pt0->GetY() * scale;
 275   fV[0][2] = pt0->GetZ() * scale;
 276
 277   fV[1][0] = pt1->GetX() * scale;
 278   fV[1][1] = pt1->GetY() * scale;
 279   fV[1][2] = pt1->GetZ() * scale;
 280
 281   fV[2][0] = pt2->GetX() * scale;
 282   fV[2][1] = pt2->GetY() * scale;
 283   fV[2][2] = pt2->GetZ() * scale;
 284 }
 285
 286 //______________________________________________________________________________
 287 void AliPHOSModuleMisalignment::FindDelta(TGeoHMatrix * delta)const
 288 {
 289   //Find rotation and translation wich can
 290   //convert fU into fV (ideal module points into points from survey).
 291   Double_t u[3][3] = {};
 292   FindVectors(fU, u);
 293   //Find cross product u2 x u0 and save it in u[2].
 294   CrossProduct(u[2], u[0], u[1]);
 295   /*
 296   const Double_t lenXideal = Length(u[0]);
 297   const Double_t lenZideal = Length(u[2]);
 298   */
 299   Double_t v[3][3] = {};
 300   FindVectors(fV, v);
 301   //Find cross product (v2 x v0) and save it in v[2].
 302   CrossProduct(v[2], v[0], v[1]);
 303   /*
 304   const Double_t lenXreal = Length(v[0]);
 305   const Double_t lenZreal = Length(v[2]);
 306   */
 307   //Now, find rotation matrix.
 308   //1. Normalize vectors in u and v.
 309   try {
 310     Normalize(u);
 311     Normalize(v);
 312   } catch (const std::exception & e) {
 313     //One of lengths is zero (in principle, impossible, just to be neat).
 314     Error("AliPHOSModuleMisalignment::FindDelta",
 315           "\tone of vectors from ideal or real\n\tpoints have zero size\n"
 316           "\tzero misalignment will be created");
 317     return;
 318   }
 319
 320   //2. Rotation matrix.
 321   Double_t r[9] = {};
 322   FindRotation(u, v, r);
 323   delta->SetRotation(r);
 324
 325 #if 1
 326
 327   //3. Now, rotate fU and look, what translation I have to add.
 328   Double_t idealRotated[3] = {};
 329   Rotate(r, fU[0], idealRotated);
 330
 331   delta->SetDx(fV[0][0] - idealRotated[0]);
 332   delta->SetDy(fV[0][1] - idealRotated[1]);
 333   delta->SetDz(fV[0][2] - idealRotated[2]);
 334
 335   if (fDebug) {
 336     const Double_t shifts[3] =
 337     {fV[0][0] - idealRotated[0],
 338      fV[0][1] - idealRotated[1],
 339      fV[0][2] - idealRotated[2]};
 340
 341     Double_t test1[3][3] = {};
 342     Rotate(r, fU, test1);
 343     Double_t test2[3][3] = {};
 344     Translate(shifts, test1, test2);
 345     std::cout<<"ideal:\n";
 346     PrintMatrix(fU);
 347     std::cout<<"misaligned:\n";
 348     PrintMatrix(test2);
 349     std::cout<<"real:\n";
 350     PrintMatrix(fV);
 351   }
 352
 353 #endif
 354
 355 #if 0
 356   //3. Now, rotate fU and look, what translation I have to add.
 357   Double_t idealRotated[3][3] = {};
 358   Rotate(r, fU, idealRotated);
 359   //Because of measurement errors, distances
 360   //between points has errors. I can try to split
 361   //this difference (and make "final errors" smaller).
 362   Double_t zShift[3] = {};
 363   Vector(fV[0], fV[1], zShift);
 364   Normalize(zShift);
 365
 366   Double_t xShift[3] = {};
 367   Vector(fV[0], fV[2], xShift);
 368   Normalize(xShift);
 369
 370   MultVector(zShift, 0.5 * (lenZreal - lenZideal));
 371   MultVector(xShift, 0.5 * (lenXreal - lenXideal));
 372
 373   Double_t pt1[3] = {};
 374   Translate(zShift, fV[0], pt1);
 375   Double_t pt2[3] = {};
 376   Translate(xShift, pt1, pt2);
 377
 378   Double_t shifts[] = {pt2[0] - idealRotated[0][0],
 379                        pt2[1] - idealRotated[0][1],
 380                        pt2[2] - idealRotated[0][2]};
 381
 382   delta->SetDx(shifts[0]);
 383   delta->SetDy(shifts[1]);
 384   delta->SetDz(shifts[2]);
 385
 386   if (fDebug) {
 387     Double_t idealTr[3][3] = {};
 388     Translate(shifts, idealRotated, idealTr);
 389
 390     std::cout<<"misaligned:\n";
 391     PrintMatrix(idealTr);
 392     std::cout<<"ideal1 "<<Distance(idealTr[0], idealTr[1])<<std::endl;
 393     std::cout<<"ideal2 "<<Distance(idealTr[0], idealTr[2])<<std::endl;
 394     std::cout<<"real:\n";
 395     PrintMatrix(fV);
 396     std::cout<<"real1 "<<Distance(fV[0], fV[1])<<std::endl;
 397     std::cout<<"real2 "<<Distance(fV[0], fV[2])<<std::endl;
 398   }
 399 #endif
 400 }