updated
[u/mrichter/AliRoot.git] / 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 }