macros/SurveyToAlignmentExample.C

   1 void SurveyToAlignmentExample(){
   2   // Macro to show an example of conversion of survey data into alignment
   3   // data. The position of four fiducial marks, sticked above one surface
   4   // of a box is converted into the global position of the box.
   5   //
   6   gSystem->Load("libGeom");
   7   TGeoManager *mgr = new TGeoManager("Geom","survey to alignment toy");
   8   TGeoMedium *medium = 0;
   9   TGeoVolume *top = mgr->MakeBox("TOP",medium,250,250,250);
  10   mgr->SetTopVolume(top);
  11   // make shape components
  12   // ******** red outermost box ***************
  13   TGeoBBox *sbox0  = new TGeoBBox(200,200,50);
  14   TGeoVolume* box0 = new TGeoVolume("B0",sbox0);
  15   box0->SetVisDaughters();
  16   box0->SetLineColor(2); //red
  17   top->AddNode(box0,1);
  18   // ******** green middle box ***************
  19   TGeoBBox *sbox1  = new TGeoBBox(180,180,40);
  20   TGeoVolume* box1 = new TGeoVolume("B1",sbox1);
  21   box1->SetLineColor(3);//green
  22   TGeoTranslation* tr = new TGeoTranslation("tr",10,0,0);
  23   box0->AddNode(box1,1,tr);
  24   // ******** bleu inner box ***************
  25   TGeoBBox *sbox2  = new TGeoBBox(160,160,30);
  26   TGeoVolume* box2 = new TGeoVolume("B2",sbox2);
  27   box2->SetLineColor(4);//bleu
  28   box1->AddNode(box2,1,tr);
  29   // ******** violet innermost box ***************
  30   Double_t zsize = 20.;
  31   TGeoBBox *sbox3  = new TGeoBBox(140,140,zsize);
  32   TGeoVolume* box3 = new TGeoVolume("B3",sbox3);
  33   box3->SetLineColor(6);//violet
  34   box2->AddNode(box3,1,tr);
  35
  36   // Four fiducial marks on the box3, expressed in local coordinates
  37   // We imagine they are at 2mm above the upper surface of the volume
  38   // at the corners of a square of 200 cm side
  39   const Double_t xside = 100;
  40   const Double_t yside = 100;
  41   const Double_t zoffset = 0.2;
  42   const Double_t zdepth = zsize+zoffset;
  43   Double_t A[3]={-xside,-yside,zdepth};
  44   Double_t B[3]={xside,-yside,zdepth};
  45   Double_t C[3]={xside,yside,zdepth};
  46   Double_t D[3]={-xside,yside,zdepth};
  47
  48   TGeoBBox *fmbox  = new TGeoBBox(1,1,1);
  49   TGeoVolume* fm = new TGeoVolume("FM",fmbox);
  50   fm->SetLineColor(7);//color
  51   TGeoTranslation* Atr = new TGeoTranslation("Atr",-xside,-yside,zdepth);
  52   TGeoTranslation* Btr = new TGeoTranslation("Btr",xside,-yside,zdepth);
  53   TGeoTranslation* Ctr = new TGeoTranslation("Ctr",xside,yside,zdepth);
  54   TGeoTranslation* Dtr = new TGeoTranslation("Dtr",-xside,yside,zdepth);
  55
  56   box3->AddNode(fm,1,Atr);
  57   box3->AddNode(fm,2,Btr);
  58   box3->AddNode(fm,3,Ctr);
  59   box3->AddNode(fm,4,Dtr);
  60
  61   //                    ^ local y
  62   //                    |
  63   //      D-------------|-------------C
  64   //      |             |             |
  65   //      |             |             |
  66   //      |             |             |
  67   //      |             |             |
  68   //      |             |             |
  69   //      |             |             |
  70   //  ------------------|------------------> local x
  71   //      |             |             |
  72   //      |             |             |
  73   //      |             |             |
  74   //      |             |             |
  75   //      |             |             |
  76   //      |             |             |
  77   //      A-------------|-------------B
  78   //
  79   // local z exiting the plane of the screen
  80
  81   mgr->CloseGeometry();
  82   mgr->GetTopVolume()->Draw();
  83   mgr->SetVisOption(0);
  84   mgr->SetVisLevel(6);
  85
  86   Int_t i;
  87   // ************* get ideal global matrix *******************
  88   mgr->cd("TOP_1/B0_1/B1_1/B2_1/B3_1");
  89   TGeoHMatrix g3 = *mgr->GetCurrentMatrix(); // !!don't declare g3
  90   // as a pointer to mgr->GetCurrentMatrix(), mgr->cd("...")
  91   // would eventually change the content pointed by g3 behind your back
  92
  93   // ************* get ideal local matrix *******************
  94   TGeoNode* n3 = mgr->GetCurrentNode();
  95   TGeoMatrix* l3 = n3->GetMatrix();
  96
  97   Double_t gA[3], gB[3], gC[3], gD[3]; // point coordinates in the global RS
  98   g3.LocalToMaster(A,gA);
  99   g3.LocalToMaster(B,gB);
 100   g3.LocalToMaster(C,gC);
 101   g3.LocalToMaster(D,gD);
 102   cout<<endl<<"Ideal fiducial marks coordinates in the global RS:\n"<<
 103     "A "<<gA[0]<<" "<<gA[1]<<" "<<gA[2]<<" "<<endl<<
 104     "B "<<gB[0]<<" "<<gB[1]<<" "<<gB[2]<<" "<<endl<<
 105     "C "<<gC[0]<<" "<<gC[1]<<" "<<gC[2]<<" "<<endl<<
 106     "D "<<gD[0]<<" "<<gD[1]<<" "<<gD[2]<<" "<<endl;
 107
 108   // We apply a delta transformation to the surveyed vol box3 to represent
 109   // its real position, given below by ng3 nl3, which differs from its
 110   // ideal position saved above in g3 and l3
 111   TGeoPhysicalNode* pn3 = mgr->MakePhysicalNode("TOP_1/B0_1/B1_1/B2_1/B3_1");
 112   Double_t dphi = 3; // tilt by 3 degrees around z
 113   Double_t dz = 5; // shift by 5 cm along z
 114   TGeoRotation* rrot = new TGeoRotation("rot",dphi,0.,0.);
 115   TGeoCombiTrans localdelta = *(new TGeoCombiTrans(0.,0.,dz, rrot));
 116   // new local matrix, representing real position
 117   TGeoHMatrix nlocal = *l3 * localdelta;
 118   TGeoHMatrix* nl3 = new TGeoHMatrix(nlocal);
 119   pn3->Align(nl3);
 120
 121   //Let's get the global matrix for later comparison
 122   TGeoHMatrix* ng3 = pn3->GetMatrix(); //"real" global matrix, what survey sees
 123   printf("\n\n************  real global matrix **************\n");
 124   ng3->Print();
 125   Double_t ngA[3], ngB[3], ngC[3], ngD[3];
 126   ng3->LocalToMaster(A,ngA);
 127   ng3->LocalToMaster(B,ngB);
 128   ng3->LocalToMaster(C,ngC);
 129   ng3->LocalToMaster(D,ngD);
 130
 131   cout<<endl<<"Fiducial marks coordinates in the global RS given by survey:\n"<<
 132     "A "<<ngA[0]<<" "<<ngA[1]<<" "<<ngA[2]<<" "<<endl<<
 133     "B "<<ngB[0]<<" "<<ngB[1]<<" "<<ngB[2]<<" "<<endl<<
 134     "C "<<ngC[0]<<" "<<ngC[1]<<" "<<ngC[2]<<" "<<endl<<
 135     "D "<<ngD[0]<<" "<<ngD[1]<<" "<<ngD[2]<<" "<<endl;
 136
 137
 138   // From the new fiducial marks coordinates derive back the
 139   // new global position of the surveyed volume
 140   //*** What follows is the actual survey-to-alignment procedure which assumes,
 141   //*** as is the case of the present example, 4 fiducial marks
 142   //*** at the corners of a square lying on a plane parallel to a surface
 143   //*** of the surveyed box at a certain offset and with
 144   //*** x and y sides parallel to the box's x and y axes.
 145   //*** If the code below is placed in a separate class or method, it needs
 146   //*** as input the four points and the offset from the origin (zdepth)
 147   //*** The algorithm can be easily modified for different placement
 148   //*** and/or cardinality of the fiducial marks.
 149
 150   Double_t ab[3], bc[3], n[3];
 151   Double_t plane[4], s;
 152
 153   // first vector on the plane of the fiducial marks
 154   for(i=0;i<3;i++){
 155     ab[i] = ngB[i] - ngA[i];
 156   }
 157
 158   // second vector on the plane of the fiducial marks
 159   for(i=0;i<3;i++){
 160     bc[i] = ngC[i] - ngB[i];
 161   }
 162
 163   // vector normal to the plane of the fiducial marks obtained
 164   // as cross product of the two vectors on the plane d0^d1
 165   n[0] = ab[1] * bc[2] - ab[2] * bc[1];
 166   n[1] = ab[2] * bc[0] - ab[0] * bc[2];
 167   n[2] = ab[0] * bc[1] - ab[1] * bc[0];
 168
 169   Double_t sizen = TMath::Sqrt( n[0]*n[0] + n[1]*n[1] + n[2]*n[2] );
 170   if(sizen>1.e-8){
 171           s = Double_t(1.)/sizen ; //normalization factor
 172   }else{
 173           return 0;
 174   }
 175
 176   // plane expressed in the hessian normal form, see:
 177   // http://mathworld.wolfram.com/HessianNormalForm.html
 178   // the first three are the coordinates of the orthonormal vector
 179   // the fourth coordinate is equal to the distance from the origin
 180   for(i=0;i<3;i++){
 181     plane[i] = n[i] * s;
 182   }
 183   plane[3] = -( plane[0] * ngA[0] + plane[1] * ngA[1] + plane[2] * ngA[2] );
 184   cout<<plane[0]<<"  "<<plane[1]<<"  "<<plane[2]<<"  "<<plane[3]<<"  "<<endl;
 185
 186   // The center of the square with fiducial marks as corners
 187   // as the middle point of one diagonal - md
 188   // Used below to get the center - orig - of the surveyed box
 189   Double_t orig[3], md[3];
 190   for(i=0;i<3;i++){
 191     md[i] = (ngA[i] + ngC[i]) * 0.5;
 192   }
 193
 194   // The center of the box
 195   for(i=0;i<3;i++){
 196     orig[i] = md[i] - plane[i]*zdepth;
 197   }
 198   orig[1] = md[1] - plane[1]*zdepth;
 199   orig[2] = md[2] - plane[2]*zdepth;
 200   cout<<endl<<"The origin of the box: "<<orig[0]<<"  "<<orig[1]<<"  "<<orig[2]<<endl;
 201
 202   // get x,y local directions needed to write the global rotation matrix
 203   // for the surveyed volume by normalising vectors ab and bc
 204   Double_t sx = TMath::Sqrt(ab[0]*ab[0] + ab[1]*ab[1] + ab[2]*ab[2]);
 205   if(sx>1.e-8){
 206      for(i=0;i<3;i++){
 207           ab[i] /= sx;
 208      }
 209      cout<<endl<<"x "<<ab[0]<<"  "<<ab[1]<<"  "<<ab[2]<<endl;
 210   }
 211   Double_t sy = TMath::Sqrt(bc[0]*bc[0] + bc[1]*bc[1] + bc[2]*bc[2]);
 212   if(sy>1.e-8){
 213     for(i=0;i<3;i++){
 214           bc[i] /= sy;
 215     }
 216     cout<<endl<<"y "<<bc[0]<<"  "<<bc[1]<<"  "<<bc[2]<<endl;
 217   }
 218
 219
 220   // the global matrix for the surveyed volume - ng
 221   Double_t rot[9] = {ab[0],bc[0],plane[0],ab[1],bc[1],plane[1],ab[2],bc[2],plane[2]};
 222   TGeoHMatrix ng;
 223   ng.SetTranslation(orig);
 224   ng.SetRotation(rot);
 225
 226   cout<<"\n********* global matrix inferred from surveyed fiducial marks ***********\n";
 227   ng.Print();
 228
 229 //  // To produce the alignment object for the given volume you would
 230 //  // then do something like this:
 231 //  // Calculate the global delta transformation as ng * g3-1
 232 //  TGeoHMatrix gdelta = g3->Inverse(); //now equal to the inverse of g3
 233 //  gdelta.MultiplyLeft(&ng);
 234 //  Int_t index = 0;
 235 //  // if the volume is in the look-up table use something like this instead:
 236 //  // AliGeomManager::LayerToVolUID(AliGeomManager::kTOF,i);
 237 //  AliAlignObjMatrix* mobj = new AliAlignObjMatrix("symname",index,gdelta,kTRUE);
 238
 239 }