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25 f9daq 1
#include "include/guide.h"
2
 
3
#include <iostream>
4
 
5
// vector output shortcut
6
void printv(TVector3 v)
7
{
8
        printf("(x,y,z) = (%.4lf, %.4lf, %.4lf)\n", v.x(), v.y(), v.z());
9
}
10
// TVector3::Rotate does not seem accurate enough
11
TVector3 rotatey(TVector3 v, double theta)
12
{
13
        return TVector3(v.x() * TMath::Cos(theta) + v.z() * TMath::Sin(theta),
14
                                        v.y(),
15
                                        -v.x() * TMath::Sin(theta) + v.z() * TMath::Cos(theta));
16
}
17
// another shortcut not found in TMath
18
int sign(double in)
19
{
20
        if(in >= 0.0) return 1;
21
        else return -1;
22
}
23
//=================================================================================
24
 
25
//-----------------------------------------------------------------------------
26
void CRay::Set(TVector3 r0, TVector3 n0)
27
{
28
        r = r0; n = n0.Unit();
29
}
30
//-----------------------------------------------------------------------------
31
//void CRay::Set(double x0, double y0, double z0, double l0, double m0, double n0)
32
//{
33
        //r.SetXYZ(x0, y0, z0);
34
        //n.SetXYZ(l0, m0, n0); n = n.Unit();
35
//}
36
//-----------------------------------------------------------------------------
37
/*
38
CRay& CRay::operator = (const CRay& p)
39
{
40
        r.SetXYZ(p.GetR().x(), p.GetR().y(), p.GetR().z());
41
        //this->r.SetXYZ(p.x(), p.y(), p.z());
42
        n.SetXYZ(p.GetN().x(), p.GetN().y(), p.GetN().z());
43
        return *this;
44
} */
45
//-----------------------------------------------------------------------------
46
void CRay::Print()
47
{
48
        printf("---> CRay::Print() <---\n");
49
        printf("(x,y,z)=(%.2lf, %.2lf, %.2lf); (l,m,n)=(%.2lf, %.2lf, %.2lf)\n",
50
                r.x(), r.y(), r.z(), n.x(), n.y(), n.z());
51
}
52
//-----------------------------------------------------------------------------
53
void CRay::Draw()
54
{
55
double t = 50.0;
56
TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(2);
57
        //line3d->SetPoint(0, r.x() - t*n.x(), r.y() - t*n.y(), r.z() - t*n.z());
58
        line3d->SetPoint(0, r.x(), r.y(), r.z());
59
        line3d->SetPoint(1, r.x() + t*n.x(), r.y() + t*n.y(), r.z() + t*n.z());
60
        line3d->SetLineWidth(1);
61
        line3d->SetLineColor(color);
62
 
63
        line3d->Draw();
64
}
65
//-----------------------------------------------------------------------------
66
void CRay::Draw(double x_from, double x_to)
67
{
68
double A1, A2;
69
  TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(2);
70
 
71
        if(n.x() < MARGIN) {
72
                A1 = A2 = 0.0;
73
        } else {
74
                A1 = (x_from - r.x())/n.x();   
75
                A2 = (x_to - r.x())/n.x();
76
        }
77
 
78
        line3d->SetPoint(0, x_from, A1*n.y()+r.y(), A1*n.z()+r.z());
79
        line3d->SetPoint(1, x_to, A2*n.y()+r.y(), A2*n.z()+r.z());
80
        line3d->SetLineWidth(1);
81
        line3d->SetLineColor(color);
82
 
83
        line3d->Draw();
84
}
85
//-----------------------------------------------------------------------------
86
void CRay::DrawS(double x_from, double t)
87
{
88
        double A1;
89
        TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(2);
90
 
91
        if(n.x() < MARGIN)
92
                A1 = 0.0;
93
        else
94
                A1 = (x_from - r.x())/n.x();
95
 
96
        line3d->SetPoint(0, x_from, A1*n.y()+r.y(), A1*n.z()+r.z());
97
        line3d->SetPoint(1, r.x() + t*n.x(), r.y() + t*n.y(), r.z() + t*n.z());
98
        line3d->SetLineWidth(1);
99
        line3d->SetLineColor(color);
100
 
101
        line3d->Draw();
102
}
103
//=================================================================================
104
 
105
 
106
//=================================================================================
107
CPlane4::CPlane4() :
108
        n(TVector3(1.0, 0.0, 0.0)),
109
  A(0),
110
  B(0),
111
  C(0),
112
  D(0)
113
{ r[0] = TVector3(0.0,-1.0,-1.0);
114
        r[1] = TVector3(0.0,-1.0, 1.0);
115
        r[2] = TVector3(0.0, 1.0, 1.0);
116
        r[3] = TVector3(0.0, 1.0,-1.0);
117
        for(int i=0;i<4;i++) edge[i] = TVector3(0,0,0);
118
        for(int i=0;i<4;i++) angle_r[i] = 0;
119
};
120
//-----------------------------------------------------------------------------
121
CPlane4::CPlane4(TVector3 r1, TVector3 r2, TVector3 r3, TVector3 r4)
122
{
123
        //Set(r1, r2, r3, r4);
124
//}
125
//-----------------------------------------------------------------------------
126
// za izracun parametrov ravnine je en vektor prevec, vendar tega 
127
// rabim kot zadnji vogal poligona
128
//void CPlane4::Set(TVector3 r1, TVector3 r2, TVector3 r3, TVector3 r4)
129
//{
130
double x1,y1,z1, x2,y2,z2, x3,y3,z3;
131
 
132
        x1 = r1.x(); y1 = r1.y(); z1 = r1.z();
133
        x2 = r2.x(); y2 = r2.y(); z2 = r2.z();
134
        x3 = r3.x(); y3 = r3.y(); z3 = r3.z();
135
 
136
        A = y3*(z1 - z2) + y1*(z2 - z3) + y2*(z3 - z1);
137
        B = x3*(z2 - z1) + x1*(z3 - z2) + x2*(z1 - z3);
138
        C = x3*(y1 - y2) + x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1);
139
        D = y3*(x1*z2 - x2*z1) + x3*(y2*z1 - y1*z2) + z3*(x2*y1 - x1*y2);
140
 
141
        r[0] = r1; r[1] = r2; r[2] = r3; r[3] = r4;
142
        n.SetXYZ(A, B, C);
143
        n = n.Unit();
144
 
145
        for(int i=0;i<4;i++)
146
                edge[i] = r[i-3 ? i+1 : 0] - r[i];
147
 
148
        for(int i=0;i<4;i++)
149
                angle_r[i] = TMath::ACos(/*TMath::Abs*/( ((-edge[i ? i-1 : 3]).Unit()) * (edge[i].Unit()) ));
150
};
151
 
152
void CPlane4::Set(TVector3 r1, TVector3 r2, TVector3 r3, TVector3 r4)
153
{
154
  double x1,y1,z1, x2,y2,z2, x3,y3,z3;
155
 
156
        x1 = r1.x(); y1 = r1.y(); z1 = r1.z();
157
        x2 = r2.x(); y2 = r2.y(); z2 = r2.z();
158
        x3 = r3.x(); y3 = r3.y(); z3 = r3.z();
159
 
160
        A = y3*(z1 - z2) + y1*(z2 - z3) + y2*(z3 - z1);
161
        B = x3*(z2 - z1) + x1*(z3 - z2) + x2*(z1 - z3);
162
        C = x3*(y1 - y2) + x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1);
163
        D = y3*(x1*z2 - x2*z1) + x3*(y2*z1 - y1*z2) + z3*(x2*y1 - x1*y2);
164
 
165
        r[0] = r1; r[1] = r2; r[2] = r3; r[3] = r4;
166
        n.SetXYZ(A, B, C);
167
        n = n.Unit();
168
 
169
        for(int i=0;i<4;i++)
170
                edge[i] = r[i-3 ? i+1 : 0] - r[i];
171
 
172
        for(int i=0;i<4;i++)
173
                angle_r[i] = TMath::ACos(/*TMath::Abs*/( ((-edge[i ? i-1 : 3]).Unit()) * (edge[i].Unit()) ));
174
};
175
 
176
CPlane4::CPlane4(TVector3 *vr)
177
{
178
  double x1,y1,z1, x2,y2,z2, x3,y3,z3;
179
 
180
        x1 = vr[0].x(); y1 = vr[0].y(); z1 = vr[0].z();
181
        x2 = vr[1].x(); y2 = vr[1].y(); z2 = vr[1].z();
182
        x3 = vr[2].x(); y3 = vr[2].y(); z3 = vr[2].z();
183
 
184
        A = y3*(z1 - z2) + y1*(z2 - z3) + y2*(z3 - z1);
185
        B = x3*(z2 - z1) + x1*(z3 - z2) + x2*(z1 - z3);
186
        C = x3*(y1 - y2) + x1*(y2 - y3) + x2*(y3 - y1);
187
        D = y3*(x1*z2 - x2*z1) + x3*(y2*z1 - y1*z2) + z3*(x2*y1 - x1*y2);
188
 
189
        r[0] = vr[0]; r[1] = vr[1]; r[2] = vr[2]; r[3] = vr[3];
190
        n.SetXYZ(A, B, C);
191
        n = n.Unit();
192
 
193
        for(int i=0;i<4;i++)
194
                edge[i] = r[i-3 ? i+1 : 0] - r[i];
195
 
196
        for(int i=0;i<4;i++)
197
                angle_r[i] = TMath::ACos(/*TMath::Abs*/( ((-edge[i ? i-1 : 3]).Unit()) * (edge[i].Unit()) ));
198
};
199
//-----------------------------------------------------------------------------
200
// posce presecisce !neskoncne! ravnine s premico (class CRay)
201
// ce najde presecisce vrne 1
202
int CPlane4::GetIntersection(TVector3 *vec, CRay ray)
203
{
204
TVector3 N; //nenormirani vektor (A,B,C)
205
double num, den; //stevec, imenovalec
206
double t;
207
TVector3 tmp;
208
 
209
        N.SetXYZ(A,B,C);
210
 
211
        num = N*ray.GetR() + D;
212
        den = N*ray.GetN();
213
 
214
        if (dbg) printf("t = %6.3lf / %6.3lf =  %6.3lf\n", num, den, num/den);
215
 
216
        //if(den == 0)
217
        if(TMath::Abs(den) < MARGIN) {
218
                //if(num == 0)
219
                if(TMath::Abs(num) < MARGIN) {
220
                  if (dbg) printf("The ray is on the surface!\n");
221
                        return 0; //return 2; // premica lezi na ravnini
222
                }
223
                else {
224
                        if (dbg) printf("The ray is parallel to the surface!\n");
225
                        return 0; // ni presecisca
226
                }
227
        }
228
 
229
        t = num / den;
230
 
231
        tmp = ray.GetR();
232
        tmp -= t*ray.GetN();
233
        *vec = tmp;
234
        return 1;
235
}
236
//-----------------------------------------------------------------------------
237
// ali je vektor vec, ki lezi na ravnini skupaj z e1 in e2, med njima
238
// angle_r je kot med e1 in e2, vsi vektorji imajo skupno izhodisce
239
int CPlane4::IsInTri(TVector3 vec, TVector3 e1, TVector3 e2, double angle)
240
{
241
  double angle_ve1, angle_ve2;
242
 
243
        if(dbg) printf("--- CPlane4::IsInTri ---\n");
244
 
245
        angle_ve1 = TMath::ACos(/*TMath::Abs*/( (e1.Unit()) * (vec.Unit()) ));
246
        angle_ve2 = TMath::ACos(/*TMath::Abs*/( (e2.Unit()) * (vec.Unit()) ));
247
 
248
        if(dbg)
249
        {
70 f9daq 250
                printf("angle_ve1 = %lf\n", angle_ve1*DEGREE);
251
                printf("angle_ve2 = %lf\n", angle_ve2*DEGREE);
252
                printf("angle_sum = %lf\n", (angle_ve1 + angle_ve2)*DEGREE);
25 f9daq 253
                printf("  angle_r   = %lf\n", angle*DEGREE);
254
        }
255
 
256
  bool difference = (MARGIN < TMath::Abs(angle - (angle_ve1 + angle_ve2)));
257
  if (dbg) printf("  MARGIN < Difference = %d\n", difference);
258
  return (int) !difference;
259
}
260
//-----------------------------------------------------------------------------
261
// ali je vektor vec, ki lezi na ravnini!, znotraj meja, ki jih definirajo
262
// strije vogali te ravnine r[i]
263
int CPlane4::IsVectorIn(TVector3 vec)
264
{
265
  int status;
266
 
267
        if(dbg) printf("--- CPlane4::IsVectorIn ---\n");
268
 
269
        for(int i=0;i<3;i++)
270
        {
271
                status = IsInTri(vec - r[i], edge[i], -edge[i ? i-1 : 3], angle_r[i]);
272
                if(dbg) printf("  [%d] vec is %s\n", i, status ? "inside" : "outside");
273
                if(!status) return 0;
274
        }
275
 
276
        return 1;
277
}
278
//-----------------------------------------------------------------------------
279
int CPlane4::TestIntersection(CRay in)
280
{
281
        TVector3 tmp;
282
 
283
        if( GetIntersection(&tmp, in) )
284
                if( IsVectorIn(tmp) )
285
                        return 1;
286
 
287
        return 0;
288
}
289
//-----------------------------------------------------------------------------
290
int CPlane4::TestIntersection(TVector3 *vec, CRay in)
291
{
292
        TVector3 tmp;
293
 
294
        if( GetIntersection(&tmp, in) )
295
                if( IsVectorIn(tmp) ) {
296
                        *vec = tmp;
297
                        return 1;
298
                }
299
 
300
        return 0;
301
}
302
//-----------------------------------------------------------------------------
303
void CPlane4::Print()
304
{
305
        printf("--- CPlane4::Print() ---\n");
306
        printf("  r=(%.2lf, %.2lf, %.2lf); n=(%.2lf, %.2lf, %.2lf); ",
307
                r[0].x(), r[0].y(), r[0].z(), n.x(), n.y(), n.z());
308
        printf(  "(A,B,C,D)=(%.2lf, %.2lf, %.2lf, %.2lf) \n", A, B, C, D);
309
        for(int i=0;i<4;i++) printf("  edge[%d] = (%lf, %lf, %lf)\n", i, edge[i].x(), edge[i].y(), edge[i].z());
310
        for(int i=0;i<4;i++) printf("  angle[%d] = %lf\n", i, angle_r[i]*DEGREE);
311
}
312
//-----------------------------------------------------------------------------
313
void CPlane4::Draw(int color, int width)
314
{
315
TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(5);
316
 
317
        for(int i=0;i<4;i++) line3d->SetPoint(i, r[i].x(), r[i].y(), r[i].z());
318
        line3d->SetPoint(4, r[0].x(), r[0].y(), r[0].z());
319
        line3d->SetLineWidth(width); line3d->SetLineColor(color);
320
 
321
        line3d->Draw();
322
}
323
//=================================================================================
324
 
325
 
326
//=================================================================================
327
CSurface::CSurface(int type0):
328
  type(type0)
329
{
330
TVector3 vr[4];
331
TDatime now;
332
 
333
        vr[0].SetXYZ(0.0,-1.0,-1.0);
334
        vr[1].SetXYZ(0.0,-1.0, 1.0);
335
        vr[2].SetXYZ(0.0, 1.0, 1.0);
336
        vr[3].SetXYZ(0.0, 1.0,-1.0);
337
        //CPlane4::Set(vr);
338
        SetIndex(1.0, 1.5);
339
 
340
        reflection = c_reflectivity;   
341
        rand.SetSeed(now.Get());
342
 
343
        SetFresnel();
344
}
345
//-----------------------------------------------------------------------------
346
CSurface::CSurface(int type0, TVector3 r1, TVector3 r2, TVector3 r3, TVector3 r4, double n10, double n20, double reflectivity)
347
{
348
TDatime now;
349
 
350
        type = type0; CPlane4::Set(r1, r2, r3, r4);
351
        SetIndex(n10, n20);
352
 
353
        reflection = reflectivity;
354
        rand.SetSeed(now.Get());
355
 
356
        SetFresnel();
357
}
358
//-----------------------------------------------------------------------------
359
CSurface::CSurface(int type0, TVector3 *vr, double n10, double n20, double reflectivity)
360
{
361
TDatime now;
362
 
363
        type = type0; CPlane4::Set(vr);
364
        SetIndex(n10, n20);
365
 
366
        reflection = reflectivity;
367
        rand.SetSeed(now.Get());
368
 
369
        SetFresnel();
370
}
371
//-----------------------------------------------------------------------------
372
void CSurface::SetIndex(double n10, double n20)
373
{
374
        n1 = n10; n2 = n20; n1_n2 = n1/n2;
375
 
376
        if(n1 > n2)
377
                cosTtotal = TMath::Sqrt( 1 - TMath::Power(n2/n1, 2) );
378
        else
379
                cosTtotal = 0.0;
380
}
381
//-----------------------------------------------------------------------------
382
// sprejme zarek, vrne uklonjen/odbit zarek in presecisce
383
// vrne 0 ce ni presecisca; 1 ce se je lomil
384
// 2 ce se je odbil; -2 ce se je absorbiral
385
int CSurface::PropagateRay(CRay in, CRay *out, TVector3 *intersection)
386
{
387
  if (dbg) printf("--- CSurface::PropagateRay ---\n");
71 f9daq 388
  double cosTi; // incident ray angle
389
  double cosTt; // transmited ray angle
25 f9daq 390
  TVector3 intersect, transmit;
391
 
392
        if( !(GetIntersection(&intersect, in) == 1) )
393
                return 0;
394
 
395
        *intersection = intersect;
396
        if( !IsVectorIn(intersect) )
397
                return 0;
398
 
399
        // --------------- Fresnel ----------------------------------------------------
400
        // R_f = a_te * R_te  +  a_tm * R_tm
70 f9daq 401
        // e - electrical/perependicular
402
        // m - magnetic polarization/parallel
25 f9daq 403
        double r_te=0;
404
        double r_tm=0;
70 f9daq 405
        double R_te=0; // s reflection coefficient
406
        double R_tm=0; // p reflection coefficient
25 f9daq 407
        double R_f = 0.0;
70 f9daq 408
        double a_te = 0.0; // s-wave amplitude, cos Alpha
409
        double a_tm = 0.0; // p-wave amplitude, sin Alpha
410
        TVector3 v_te; // unit s-polarization vector
411
        TVector3 v_tm; // unit p-polarization vector
25 f9daq 412
        TVector3 v_tm_t;// transmited polarization parallel with the plane of incidence
413
        TVector3 pol_t = in.GetP(); // transmited polarization
414
        int sign_n; // sign of normal direction vs. inbound ray
415
        double cosTN; // debug
416
 
70 f9daq 417
        if(fresnel) {
418
          // p-polarization unit vector v_te 
419
          // is in the plane orthogonal to the plane of incidence
420
          // defined as the plane spanned by
421
          // incident surface vector n and wave vector k
422
          // k in this notation is in.GetN()    
423
                v_te = n.Cross(in.GetN());
424
                v_te = v_te.Unit();
425
                v_tm = -v_te.Cross(in.GetN());
426
                v_tm = v_tm.Unit();
25 f9daq 427
                if(dbg) {
428
                        printf("  v_te = "); printv(v_te);
429
                        printf("  v_tm = "); printv(v_tm);
430
                }
431
 
432
                double cosAf = v_te * in.GetP();
433
                if(dbg) printf("  cosAf = %lf (Af = %lf)\n", cosAf, TMath::ACos(cosAf)*DEGREE);
434
 
435
                a_te = cosAf;
436
                a_tm = TMath::Sqrt(1 - cosAf*cosAf);
437
                if(dbg) printf("  a_te = %lf, a_tm = %lf\n", a_te, a_tm);
438
        }
439
        // ----------------------------------------------------------------------------
440
 
71 f9daq 441
        // reflection probability
442
        double p_ref = rand.Uniform(0.0, 1.0);
443
 
70 f9daq 444
        if(type == SURF_TOTAL) type = SURF_REFRA;
25 f9daq 445
        switch(type){
446
                // ----------------------------------------------------------------------------
447
                // --------------- refraction from n1 to n2 -----------------------------------
448
                // ----------------------------------------------------------------------------
449
                case SURF_REFRA:
450
                        cosTi = in.GetN() * n;
451
                        if(dbg) printf("  cosTi = %lf (Ti = %lf)\n", cosTi, TMath::ACos(cosTi)*DEGREE);
452
                        sign_n = -sign(cosTi);
453
                        if(dbg) printf("  sign_n = %d\n", sign_n);
454
                        cosTi = TMath::Abs(cosTi);
455
 
456
                        // Check if there can be total reflection: n1 > n2
457
                        if(N1_N2(-sign_n) < 1.0)
458
                                cosTtotal = TMath::Sqrt( 1 - TMath::Power(N1_N2(-sign_n), 2) );
459
                        else
460
                                cosTtotal = 0.0;
461
 
462
                        if(dbg) printf("  cosTtotal = %lf (Ttotal = %lf)\n", cosTtotal, TMath::ACos(cosTtotal)*DEGREE);
54 f9daq 463
                        // reflection dependance on polarization missing
464
                        // reflection hardcoded to 0.96
465
                        if (dbg) printf("   reflection probability = %f\n", p_ref);    
25 f9daq 466
 
70 f9daq 467
                        // If n1>n2 and theta>thetaCritical, total reflection
71 f9daq 468
                        if(cosTi < cosTtotal) {
25 f9daq 469
                                if(dbg) printf("  TOTAL\n");
470
                                transmit = in.GetN() + sign_n*2*cosTi*n;
471
 
472
                                if(dbg) {
473
                                        cosTN = TMath::Abs(transmit.Unit() * n);
474
                                        printf("  cosTN = %lf (TN = %lf) (Abs(TN) = %lf)\n", cosTN, TMath::ACos(cosTN)*DEGREE, TMath::ACos(TMath::Abs(cosTN))*DEGREE);
475
                                }      
476
                                out->Set(intersect, transmit);
477
 
478
                                pol_t = -in.GetP() + sign_n*2*cosTi*n;
479
                                out->SetPolarization(pol_t);
54 f9daq 480
                                return REFLECTION;
70 f9daq 481
                        } else {
54 f9daq 482
                          // reflection or refraction according to Fresnel equations
25 f9daq 483
                                if(dbg) printf("  REFRACTION\n");
484
                                if(dbg) printf("  N1_N2(sign_n) = %lf\n", N1_N2(sign_n));      
485
                                cosTt = TMath::Sqrt(1 - TMath::Power(N1_N2(sign_n), 2)*(1 - TMath::Power(cosTi, 2)));                          
486
                                if(dbg) printf("  cosTt = %lf (Tt = %lf) \n", cosTt, TMath::ACos(cosTt)*DEGREE);
487
 
488
                                transmit = N1_N2(sign_n)*in.GetN() + sign_n*(N1_N2(sign_n)*cosTi - cosTt)*n;
489
                                if(dbg) {printf("  transmit.Unit() = "); printv(transmit.Unit());}
490
                                if(dbg) {
491
                                        cosTN = transmit.Unit() * n;
492
                                        printf("  cosTN = %lf (TN = %lf) (Abs(TN) = %lf)\n", cosTN, TMath::ACos(cosTN)*DEGREE, TMath::ACos(TMath::Abs(cosTN))*DEGREE); 
71 f9daq 493
                                }
494
 
25 f9daq 495
                                //if(cosTi<=cosTtotal) cosTt = TMath::Sqrt(1 - TMath::Power(N1_N2(sign_n), 2)*(1 - TMath::Power(cosTi, 2)));
54 f9daq 496
                                //if(fresnel) {
71 f9daq 497
                                r_te = (n1*cosTi - n2*cosTt)/(n1*cosTi + n2*cosTt); // transverse
498
                                r_tm = (n2*cosTi - n1*cosTt)/(n1*cosTt + n2*cosTi); // paralel
25 f9daq 499
 
71 f9daq 500
                                if(dbg) printf("  r_te = %lf, r_tm = %lf\n", r_te, r_tm);
25 f9daq 501
 
71 f9daq 502
                                // transmited polarization
503
                                v_tm_t = -v_te.Cross(transmit);
504
                                v_tm_t = v_tm_t.Unit();
505
                                pol_t = a_te * (1.0 -  TMath::Abs(r_te)) * v_te  +  a_tm * (1.0 -  TMath::Abs(r_tm)) * v_tm_t;
25 f9daq 506
 
71 f9daq 507
                                if(dbg) {
25 f9daq 508
                                                printf("  v_tm_t = "); printv(v_tm_t);
509
                                                printf("  pol_t = "); printv(pol_t);
71 f9daq 510
                                }
70 f9daq 511
 
71 f9daq 512
        // Fresnel coefficients
513
                                R_te = TMath::Power(r_te, 2);
514
                                R_tm = TMath::Power(r_tm, 2);
515
                                R_f = a_te*a_te*R_te + a_tm*a_tm*R_tm;
25 f9daq 516
 
71 f9daq 517
                                if (dbg) printf("  R_te = %lf, R_tm = %lf, R_f = %lf\n", R_te, R_tm, R_f);
518
                        }
54 f9daq 519
 
71 f9daq 520
                        if(p_ref >= R_f) { // se lomi
521
                                if (dbg) printf("   SURFACE REFRACTED. Return.\n");
25 f9daq 522
                                        out->Set(intersect, transmit);
523
                                        out->SetPolarization(pol_t);
54 f9daq 524
                                        return REFRACTION;
25 f9daq 525
                                } else { // se odbije
54 f9daq 526
                                  if (dbg) printf("   SURFACE REFLECTED. p_ref=%f, R_f=%f\n", p_ref, R_f);
25 f9daq 527
                                        transmit = in.GetN() + sign_n*2*cosTi*n;
528
                                        out->Set(intersect, transmit);
529
                                        pol_t = -in.GetP() + sign_n*2*cosTi*n;
530
                                        out->SetPolarization(pol_t);
54 f9daq 531
                                        return REFLECTION;
532
                                }      
533
 
534
                        //}
25 f9daq 535
                        break;
54 f9daq 536
 
25 f9daq 537
                // ----------------------------------------------------------------------------
538
                // --------------- reflection at "reflection" probability ---------------------
539
                // ----------------------------------------------------------------------------
540
                case SURF_REFLE:
541
                        p_ref = rand.Uniform(0.0, 1.0);
542
                        if(p_ref < reflection) { // se odbije
543
                                cosTi = in.GetN() * n;
544
                                transmit = in.GetN() - 2*cosTi*n;
545
                                out->Set(intersect, transmit);
54 f9daq 546
                                return REFLECTION; //sdhfvjhsdbfjhsdbcvjhsb
25 f9daq 547
                        } else { // se ne odbije
548
                                transmit = in.GetN();
549
                                out->Set(intersect, transmit);         
54 f9daq 550
                                return ABSORBED;
25 f9daq 551
                        }                                              
552
                        break;
553
 
554
                // total reflection from n1 to n2 with R probbability
555
                case SURF_IMPER:
556
                        p_ref = rand.Uniform(0.0, 1.0);        
557
                        if(p_ref < reflection) { // se odbije
558
                                cosTi = in.GetN() * n;                 
559
                                if(TMath::Abs(cosTi) < cosTtotal) { // totalni odboj
560
                                        transmit = in.GetN() - 2*cosTi*n;
561
                                        out->Set(intersect, transmit);
562
                                } else { // ni tot. odboja
563
                                        transmit = in.GetN();
564
                                        out->Set(intersect, transmit);
54 f9daq 565
                                        return ABSORBED;
25 f9daq 566
                                }
567
                        } else { // se ne odbije
568
                                transmit = in.GetN();
569
                                out->Set(intersect, transmit);                 
54 f9daq 570
                                return ABSORBED;
25 f9daq 571
                        }                                              
572
                        break;
573
 
574
                default:
575
                        *out = in;
576
                        break;
577
        }
578
 
54 f9daq 579
        return REFRACTION;
25 f9daq 580
}
581
//=================================================================================
582
 
583
 
584
//=================================================================================
585
Guide::Guide(TVector3 center0, DetectorParameters &parameters)
586
{
587
double t;
588
 
70 f9daq 589
        TDatime now;
590
        rand.SetSeed(now.Get());
25 f9daq 591
 
592
        center = center0;
593
        double b = parameters.getB();
594
        double a = parameters.getA();
595
        _d = parameters.getD();
596
        n1 = parameters.getN1();
597
        n2 = parameters.getN2();
598
        // if PlateOn, then n0 = n3 (optical grease), else = n1 (air)
70 f9daq 599
        //double n0 = (parameters.getPlateOn() ? parameters.getN3(): n1);
600
        double n0 = (parameters.getPlateOn() ? n2 : n1);
25 f9daq 601
        n3 = parameters.getN3();
602
        _r = c_reflectivity;
603
        int fresnel = parameters.getFresnel();
604
 
70 f9daq 605
  // light guide edges
25 f9daq 606
        t = b/2.0;
70 f9daq 607
        vodnik_edge[0].SetXYZ(0.0, t,-t);
608
        vodnik_edge[1].SetXYZ(0.0, t, t);
609
        vodnik_edge[2].SetXYZ(0.0,-t, t);
610
        vodnik_edge[3].SetXYZ(0.0,-t,-t);
25 f9daq 611
        t = a/2.0;
70 f9daq 612
        vodnik_edge[4].SetXYZ(_d, t,-t);
613
        vodnik_edge[5].SetXYZ(_d, t, t);
614
        vodnik_edge[6].SetXYZ(_d,-t, t);
615
        vodnik_edge[7].SetXYZ(_d,-t,-t);
25 f9daq 616
 
617
        for(int i = 0; i<8; i++) vodnik_edge[i] += center;
70 f9daq 618
 
619
        // light guide surfaces 
25 f9daq 620
        s_side[0] = new CSurface(SURF_REFRA, vodnik_edge, n0, n2, _r);
621
        s_side[0]->FlipN();
70 f9daq 622
 
25 f9daq 623
        s_side[1] = new CSurface(SURF_REFRA, vodnik_edge[3], vodnik_edge[2], vodnik_edge[6], vodnik_edge[7], n2, n1, _r);
624
        s_side[2] = new CSurface(SURF_REFRA, vodnik_edge[2], vodnik_edge[1], vodnik_edge[5], vodnik_edge[6], n2, n1, _r);
625
        s_side[3] = new CSurface(SURF_REFRA, vodnik_edge[1], vodnik_edge[0], vodnik_edge[4], vodnik_edge[5], n2, n1, _r);
626
        s_side[4] = new CSurface(SURF_REFRA, vodnik_edge[0], vodnik_edge[3], vodnik_edge[7], vodnik_edge[4], n2, n1, _r);
627
 
70 f9daq 628
        s_side[5] = new CSurface(SURF_REFRA, &vodnik_edge[4], n2, n3, _r); // n3 - ref ind at the exit, grease, air, epoxy
25 f9daq 629
        s_side[5]->FlipN();
630
 
631
        if(fresnel) for(int i=0; i<6; i++) s_side[i]->SetFresnel(1);
632
 
70 f9daq 633
        // statistics histograms
25 f9daq 634
        hfate = (TH1F*)gROOT->FindObject("hfate"); if(hfate) delete hfate;
635
        hfate = new TH1F("hfate", "Ray fate", 8, -3.5, 4.5);
636
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(1, "Back Ref");
54 f9daq 637
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(2, "No Ref");
638
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(3, "Refrac");
25 f9daq 639
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(4, "LG Miss");
640
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(5, "Exit");
641
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(6, "Enter");
642
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(7, "Rays");
643
        (hfate->GetXaxis())->SetBinLabel(8, "Absorb");
644
 
645
        hnodb_all = (TH1F*)gROOT->FindObject("hnodb_all"); if(hnodb_all) delete hnodb_all;
54 f9daq 646
        hnodb_all = new TH1F("hnodb_all", "N reflected", MAX_REFLECTIONS, -0.5, MAX_REFLECTIONS-0.5);
25 f9daq 647
 
648
        hnodb_exit = (TH1F*)gROOT->FindObject("hnodb_exit"); if(hnodb_exit) delete hnodb_exit;
54 f9daq 649
        hnodb_exit = new TH1F("hnodb_exit", "N reflected and exit", MAX_REFLECTIONS, -0.5, MAX_REFLECTIONS-0.5);
25 f9daq 650
 
651
        int nBins = nch + 1;
652
        hin = (TH2F*)gROOT->FindObject("hin"); if(hin) delete hin;
653
        hin = new TH2F("hin", "Guide entrance window", nBins, -b/2.0, +b/2.0, nBins, -b/2.0, +b/2.0);
654
 
655
        hout = (TH2F*)gROOT->FindObject("hout"); if(hout) delete hout;
656
        hout = new TH2F("hout", "Guide exit window", nBins, -a/2.0, +a/2.0, nBins, -a/2.0, +a/2.0);
657
 
658
        absorption = 0;
659
        A = 0;
660
}
661
//-----------------------------------------------------------------------------
662
// Sledi zarku skozi vodnik. Vrne:                                             
663
//  0, ce zgresi vstopno ploskev                                               
664
//  1, ce zadane izstopno ploskev                                              
665
// -1, ce se v vodniku ne odbije totalno 
666
//  2, enter the light guide, bin 2 of hfate = refraction                                     
667
// -2, ce se ne odbije zaradi koncnega R stranic                               
668
// -3, ce se odbije nazaj in gre nazaj ven skozi sprednjo ploskev              
669
// +4, ce se absorbira v materialu                                             
670
Fate Guide::PropagateRay(CRay in, CRay *out, int *n_points, TVector3 *points)
671
{
672
  if (dbg) printf("--- GUIDE::PropagateRay ---\n");
673
  CRay ray0;
674
  CRay ray1;
675
  TVector3 vec0, vec1;
676
  int inters_i = 0;
677
 
678
        ray0 = in;
679
        int n_odb = 0;
680
        int last_hit = 0;
681
        int propagation = 0;
54 f9daq 682
        int result = s_side[0]->PropagateRay(ray0, &ray1, &vec1);
683
        if( !(result) ) {
25 f9daq 684
                // ce -NI- presecisca z vstopno
685
                if (dbg) printf("  GUIDE: missed the light guide\n");
686
                fate = missed;
54 f9daq 687
                //hfate->Fill(0);
688
        } else if(result == REFLECTION) {
689
          if (dbg) printf(" REFLECTED on the entry surface!\n");
690
          fate = backreflected;
691
          //hfate->Fill(-3);
25 f9daq 692
        } else {
693
          if (dbg) printf("  GUIDE: ray entered\n");
694
                points[0] = ray1.GetR();
70 f9daq 695
                hfate->Fill(enter); // enter
25 f9daq 696
                hin->Fill(vec1.y(), vec1.z());
697
                if (dbg) printf("  GUIDE: n_odb = %d\n", n_odb);
54 f9daq 698
 
699
                while (n_odb++ < MAX_REFLECTIONS) {
25 f9daq 700
                  if (dbg) printf("  GUIDE: Boundary test: %d\n",n_odb);
701
                        ray0 = ray1;
702
                        vec0 = vec1;
703
                        propagation = 11;
704
                        for(inters_i=0; inters_i<6; inters_i++) {
705
                          if (dbg) printf("  GUIDE: Test intersection with surface %d \n", inters_i);
706
                                if( inters_i != last_hit) {
707
                                  int testBoundary = s_side[inters_i]->TestIntersection(&vec1, ray1);
708
                                        if( testBoundary ) {
709
                                          if (dbg) printf("  GUIDE: ray intersects with LG surface %d\n",inters_i);
710
                                                break;
711
                                  }
712
                                }  
713
                        }                      
714
                        points[n_odb] = vec1;
715
                        if(inters_i == 0) {
716
                          fate = backreflected;
54 f9daq 717
                          //hfate->Fill(backreflected); 
25 f9daq 718
                          break;
719
                        } // backreflection
54 f9daq 720
 
721
                        // the passage is possible, test propagation                    
25 f9daq 722
                        propagation = s_side[inters_i]->PropagateRay(ray0, &ray1, &vec1);
54 f9daq 723
 
25 f9daq 724
                        if (dbg) printf("  GUIDE: surface = %d, propagation = %d\n", inters_i, propagation);
54 f9daq 725
 
726
                        if(propagation == REFRACTION) {
727
                          fate = refracted;
728
                          n_odb++;
729
                          points[n_odb] = vec1;
730
                          ray0 = ray1;
731
                          break;
732
                        } // no total reflection when should be
733
                        if(propagation == ABSORBED) {
734
                          fate = noreflection;
735
                          break;
736
                        } //refraction due to finite reflectivity
737
 
25 f9daq 738
                        if(inters_i == 5) { // successfull exit
739
                        // check on which side the vector is?
740
                          TVector3 ray = ray1.GetN();
741
                          TVector3 exitNormal = s_side[5]->GetN();
742
                          //printf("theta(ray) = %lf, theta(normal5) = %lf ", ray.Theta()*DEGREE, exitNormal.Theta()*DEGREE);
743
                          //printf("phi(ray) = %lf, phi(normal5) = %lf\n", ray.Phi()*DEGREE, exitNormal.Phi()*DEGREE);
744
                          if (dbg) printf("ray*n_5 = %lf\n", ray*exitNormal);
745
                          if (ray*exitNormal > 0) {
746
                            if (dbg) printf("  GUIDE: ray is backreflected from exit window.\n");
747
                            fate = backreflected;
748
                            n_odb++;
749
                            points[n_odb] = vec1;
750
                            ray0 = ray1;
751
                            break;
752
                          }
54 f9daq 753
                                fate =  hitExit;
25 f9daq 754
                                hout->Fill(vec1.y(), vec1.z());
755
                                hnodb_exit->Fill(n_odb-1);
756
                                n_odb++;
757
                                points[n_odb] = vec1;
758
                                ray0 = ray1;
759
                                break;
760
                        }
761
                        last_hit = inters_i;
762
                }      
763
        }
764
 
765
        //--- material absorption ---
766
        if(absorption) {
767
                double travel = 0.0;
768
                printf("n_odb = %d\n", n_odb); //dbg   
769
                for(int point = 0; point < n_odb-1; point++) {
770
                        travel += (points[point] - points[point+1]).Mag();
771
                        printf("travel = %lf\n", travel); //dbg   
772
                }
773
                double T_abs = TMath::Exp(-travel/A);
774
                printf("T_abs = %lf\n", T_abs); //dbg   
775
                double p_abs = rand.Uniform(0.0, 1.0); 
776
                printf("p_abs = %lf\n", p_abs); //dbg   
777
 
778
                if(p_abs > T_abs) fate = absorbed; // absorption
779
        }
780
        //--- material absorption ---
781
 
782
        hfate->Fill(fate);
54 f9daq 783
        hfate->Fill(rays);
25 f9daq 784
        hnodb_all->Fill(n_odb-2);
785
        *n_points = n_odb+1;
786
        *out = ray0;
787
        return fate;
788
}
789
//-----------------------------------------------------------------------------
790
void Guide::GetVFate(int *out)
791
{
792
        for(int i=0;i<7;i++) out[i] = (int)hfate->GetBinContent(i+1);
793
}
794
//-----------------------------------------------------------------------------
795
void Guide::Draw(int color, int width)
796
{
797
        for(int i = 0; i<6; i++) s_side[i]->Draw(color, width);
798
}
799
//-----------------------------------------------------------------------------
800
void Guide::DrawSkel(int color, int width)
801
{
802
        TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(2);
803
        line3d->SetLineWidth(width); line3d->SetLineColor(color);
804
 
805
        for(int i=0; i<4; i++) {
806
                line3d->SetPoint(0, vodnik_edge[i+0].x(), vodnik_edge[i+0].y(), vodnik_edge[i+0].z());
807
                line3d->SetPoint(1, vodnik_edge[i+4].x(), vodnik_edge[i+4].y(), vodnik_edge[i+4].z());
808
                line3d->DrawClone();
809
        }
810
}
811
//=================================================================================
812
 
813
//=================================================================================
814
int CPlaneR::TestIntersection(TVector3 *vec, CRay ray)
815
{
816
        double num, den; //stevec, imenovalec
817
        double t;
818
        TVector3 tmp;
819
 
820
        if(dbg) printf("---> CPlaneR::TestIntersection <---\n");
821
        if(dbg) {printf("c = "); printv(center); printf(" | n = "); printv(n); printf("\n");}
822
 
823
        double D = - n*center; 
824
        num = n*ray.GetR() + D;
825
        den = n*ray.GetN();
826
 
827
        if(dbg) printf("D = %.4lf | num = %.4lf | den = %.4lf\n", D, num, den);
828
 
829
        if(TMath::Abs(den) < MARGIN) {
830
                if(TMath::Abs(num) < MARGIN)
831
                        return 0;
832
                else
833
                        return 0;
834
        }
835
 
836
        t = num / den;
837
 
838
        if(dbg) printf("t = %.4lf | ", t);
839
 
840
        tmp = ray.GetR();
841
        tmp -= t*ray.GetN();
842
        *vec = tmp;
843
 
844
        if(dbg) {printv(tmp); printf(" | Rv = %.4lf <> R = %.4lf\n", ((tmp - center).Mag()), _r);}
845
 
846
 
847
        if( ((tmp - center).Mag()) < _r )
848
                return 1;
849
        else
850
                return 0;
851
}
852
//-----------------------------------------------------------------------------
853
void CPlaneR::Draw(int color, int width)
854
{
855
        const int NN = 32;     
856
        double phi, x, y;
857
 
858
        TPolyLine3D *arc;
859
        arc = new TPolyLine3D(NN+1);
860
        arc->SetLineWidth(width);
861
        arc->SetLineColor(color);
862
 
863
        for(int i=0; i<=NN; i++) {
864
                phi = i*2.0*TMath::Pi()/NN;
865
                x = _r*TMath::Cos(phi);
866
                y = _r*TMath::Sin(phi);
867
                arc->SetPoint(i, center.x(),  x,  y);
868
        }
869
        arc->Draw();
870
}
871
//=================================================================================
872
 
873
 
874
//=================================================================================
875
CDetector::CDetector(TVector3 center0, DetectorParameters& parameters) :
876
  center(center0),
877
  glass_on(parameters.getGlassOn()),
878
  glass_d(parameters.getGlassD()),
879
  //x_gap(parameters.getGap().X()),
880
  //y_gap(parameters.getGap().Y()),
881
  //z_gap(parameters.getGap().Z()),
882
        //glass(new CSurface),
883
        //glass_circle(new CPlaneR),
884
        //active(new CPlane4),
885
        col_in(2),
886
        col_lg(8),
887
        col_out(4),
888
        col_rgla(6),
889
        col_LG(1),
890
        col_glass(4),
891
        col_active(7),
892
        guide_on(parameters.getGuideOn()),
893
        //window_R( parameters.getB() ),
894
        //window_d(0),
895
  guide(new Guide(center0, parameters)),
896
  plate(new Plate(parameters)),
897
  _plateWidth(parameters.getPlateWidth()),
54 f9daq 898
  _plateOn(parameters.getPlateOn()),
899
  offsetY(parameters.getOffsetY()),
900
  offsetZ(parameters.getOffsetZ())
25 f9daq 901
  {
902
//  };
903
 
904
//-----------------------------------------------------------------------------
905
//void CDetector::Init()
906
//{
907
  double d = parameters.getD();
908
        double x_offset;
909
        if(guide_on) x_offset = center.x();
910
        else x_offset = center.x() - d;
911
 
912
        //guide = new CVodnik(center, SiPM, M, d, type_in, type_side, type_out, n1, n2, n3, reflectivity, fresnel, absorption, A);
913
 
914
        double b = parameters.getB();
70 f9daq 915
        //double n1 = parameters.getN1();
916
        //double n2 = parameters.getN2();
917
        double n3 = parameters.getN3();
918
        double reflectivity = c_reflectivity;
25 f9daq 919
        double x_gap = parameters.getGap().X();
920
        double y_gap = parameters.getGap().Y();
921
        double z_gap = parameters.getGap().Z();
922
 
70 f9daq 923
        // additional glass between at top of SiPM
924
        // example: epoxy n=1.60
71 f9daq 925
        double n4 = 1.57;
25 f9daq 926
        TVector3 plane_v[4];
927
        int nBins = nch + 1;
928
        double p_size = b/2.0;
929
        plane_v[0].SetXYZ(x_offset+d+glass_d, y_gap + p_size, z_gap - p_size);
930
        plane_v[1].SetXYZ(x_offset+d+glass_d, y_gap + p_size, z_gap + p_size);
931
        plane_v[2].SetXYZ(x_offset+d+glass_d, y_gap - p_size, z_gap + p_size);
932
        plane_v[3].SetXYZ(x_offset+d+glass_d, y_gap - p_size, z_gap - p_size);
70 f9daq 933
        glass = new CSurface(SURF_REFRA, plane_v, n3, n4, reflectivity);
934
        glass->FlipN();
25 f9daq 935
 
70 f9daq 936
        // additional circular glass between LG and SiPM
25 f9daq 937
        glass_circle = new CPlaneR(TVector3(x_offset+d+glass_d, y_gap, z_gap), TVector3(-1.0, 0.0, 0.0), b);
938
 
939
        hglass = (TH2F*)gROOT->FindObject("hglass"); if(hglass) delete hglass;
940
        hglass = new TH2F("hglass", "Hits glass",
941
                                          nBins, y_gap - p_size, y_gap + p_size,
942
                  nBins, z_gap - p_size, z_gap + p_size);
943
 
70 f9daq 944
        // SiPM active surface
25 f9daq 945
        p_size = parameters.getActive()/2.0;
946
        //cout<<"SiPM active length "<<detectorActive<<endl;
947
        //p_size = 1.0/2.0;
948
        plane_v[0].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap + p_size, z_gap - p_size);
949
        plane_v[1].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap + p_size, z_gap + p_size);
950
        plane_v[2].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap - p_size, z_gap + p_size);
951
        plane_v[3].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap - p_size, z_gap - p_size);
952
        active = new CPlane4(plane_v);
953
 
954
        hactive = (TH2F*)gROOT->FindObject("hactive"); if(hactive) delete hactive;
54 f9daq 955
        //hactive = new TH2F("hactive", "Active area hits", nBins, y_gap - p_size, y_gap + p_size, nBins, z_gap - p_size, z_gap + p_size);
956
        hactive = new TH2F("hactive", "Active area hits", nBins, y_gap - p_size + offsetY, y_gap + p_size + offsetY, nBins, z_gap - p_size + offsetZ, z_gap + p_size + offsetZ);
25 f9daq 957
 
958
        p_size = b/2.0;
959
        //p_size = 2.5;
960
        //p_size = M*0.6;
961
        hlaser = (TH2F*)gROOT->FindObject("hlaser"); if(hlaser) delete hlaser;
54 f9daq 962
        hlaser = new TH2F("hlaser", ";x [mm]; y [mm]", nBins, -p_size+offsetY, p_size+offsetY, nBins, -p_size+offsetZ, p_size+offsetZ);
25 f9daq 963
 
70 f9daq 964
        // collection surface in SiPM plane
54 f9daq 965
        p_size = 1.4*b/2.0;
25 f9daq 966
        plane_v[0].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap + p_size, z_gap - p_size);
967
        plane_v[1].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap + p_size, z_gap + p_size);
968
        plane_v[2].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap - p_size, z_gap + p_size);
969
        plane_v[3].SetXYZ(x_offset+d+x_gap, y_gap - p_size, z_gap - p_size);
970
        detector = new CPlane4(plane_v);
971
 
972
        hdetector = (TH2F*)gROOT->FindObject("hdetector"); if(hdetector) delete hdetector;
54 f9daq 973
        //hdetector = new TH2F("hdetector", "Hits detector plane", nBins, y_gap - p_size, y_gap + p_size, nBins, z_gap - p_size, z_gap + p_size);
974
        hdetector = new TH2F("hdetector", ";x [mm]; y [mm]", nBins, y_gap-p_size + offsetY, y_gap + p_size + offsetY, nBins, z_gap - p_size + offsetZ, z_gap + p_size + offsetZ);
25 f9daq 975
 
976
        /*
977
        window_circle = new CPlaneR(TVector3(x_offset+d+window_d, y_gap, z_gap), TVector3(-1.0, 0.0, 0.0), window_R);  
978
 
979
        p_size = M*a;
980
        plane_v[0].SetXYZ(x_offset+d+window_d, y_gap + p_size, z_gap - p_size);
981
        plane_v[1].SetXYZ(x_offset+d+window_d, y_gap + p_size, z_gap + p_size);
982
        plane_v[2].SetXYZ(x_offset+d+window_d, y_gap - p_size, z_gap + p_size);
983
        plane_v[3].SetXYZ(x_offset+d+window_d, y_gap - p_size, z_gap - p_size);
984
        window = new CSurface(SURF_REFRA, plane_v, n1, n2, reflectivity); window->FlipN();
985
 
986
        hwindow = (TH2F*)gROOT->FindObject("hwindow"); if(hwindow) delete hwindow;
987
        hwindow = new TH2F("hwindow", "Hits Window", nch, y_gap - window_R, y_gap + window_R, nch, z_gap - window_R, z_gap + window_R);
988
        */
989
        p_size = b/2.0;
990
        histoPlate = (TH2F*)gROOT->FindObject("histoPlate"); if(histoPlate) delete histoPlate;
991
        histoPlate = new TH2F("histoPlate", "Hits on glass plate", nBins, -p_size, +p_size, nBins, -p_size, +p_size);
992
}
54 f9daq 993
 
25 f9daq 994
//-----------------------------------------------------------------------------
995
// vrne 1 ce je zadel aktvino povrsino
996
// vrne <1 ce jo zgresi
997
int CDetector::Propagate(CRay in, CRay *out, int draw)
54 f9daq 998
 
25 f9daq 999
// Sledi zarku skozi vodnik. Vrne:                                             
1000
//  0, ce zgresi vstopno ploskev MISSED                                              
1001
//  1, ce zadane izstopno ploskev HIT                                             
1002
// -1, ce se v vodniku ne odbije totalno REFRACTED
1003
//  2, enter the light guide, bin 2 of hfate EXIT                                     
1004
// -2, ce se ne odbije zaradi koncnega R stranic - no total reflection REFRACTED                             
1005
// -3, ce se odbije nazaj in gre nazaj ven skozi sprednjo ploskev BACK_REFLECTED             
1006
// +4, ce se absorbira v materialu ABSORBED
1007
{
1008
  if (dbg) printf("--- Detector::Propagate ---\n");
1009
        //CRay *ray0 = new CRay; ray0->Set(in.GetR(), in.GetN()); ray0->SetColor(col_in);
1010
        CRay *rayin = new CRay(in);
1011
        rayin->SetColor(col_in);
70 f9daq 1012
        CRay *rayout = new CRay(in);
1013
        rayout->SetColor(col_in);
25 f9daq 1014
 
1015
        const int max_n_points = guide->GetMAXODB() + 2;
1016
        TVector3 pointsPlate[max_n_points];
1017
        //TVector3 intersection;
54 f9daq 1018
        Fate fatePlate;
25 f9daq 1019
        int nPointsPlate;
1020
        TPolyLine3D *line3d = new TPolyLine3D(2);
1021
        line3d->SetLineWidth(1);
1022
        line3d->SetLineColor(4);
1023
 
1024
        // Draw the plate and propagate the ray through
1025
        // check if the ray should be reflected??
1026
 
1027
        if(_plateOn) {
1028
 
1029
          fatePlate = plate->propagateRay(*rayin, rayout, &nPointsPlate, pointsPlate);
70 f9daq 1030
          if(draw) rayin->DrawS(center.x()- _plateWidth, -10.0);
25 f9daq 1031
          if(draw) {
54 f9daq 1032
            if(fatePlate == missed) {
25 f9daq 1033
              rayout->SetColor(col_in);
1034
              rayout->DrawS(center.x() - _plateWidth, -10.0);
1035
              }
70 f9daq 1036
            else if(fatePlate == backreflected){
1037
              if (dbg) printf("Backreflected at plate!\n");      
1038
              }
1039
            else {
25 f9daq 1040
                int p_i;
1041
                for(p_i = 0; p_i < nPointsPlate-1; p_i++) {
1042
                                          line3d->SetPoint(0, pointsPlate[p_i].x(), pointsPlate[p_i].y(), pointsPlate[p_i].z());
1043
                                          line3d->SetPoint(1, pointsPlate[p_i+1].x(), pointsPlate[p_i+1].y(), pointsPlate[p_i+1].z());
1044
                                          line3d->DrawClone();
1045
                                  }
70 f9daq 1046
                                  rayout->DrawS(pointsPlate[p_i].x(), -0.1);
1047
                                  if(fatePlate == noreflection) { // lost on plate side
1048
                                    rayout->SetColor(col_out);
1049
                                          rayout->DrawS(pointsPlate[p_i].x(), 10.0);
25 f9daq 1050
                                  }
70 f9daq 1051
                        }
1052
        }
25 f9daq 1053
 
54 f9daq 1054
          if(! (fatePlate == hitExit or fatePlate == refracted) ) {
70 f9daq 1055
                        guide->GetHFate()->Fill(rays);
1056
                  if (dbg)printf("CDetector::propagate Simulated ray missed the entry surface!\n");
1057
                  if (fatePlate == backreflected)
1058
                    guide->GetHFate()->Fill(fatePlate); // reflected back
1059
                  else
1060
                    guide->GetHFate()->Fill(noreflection); //lost on plate side
25 f9daq 1061
                        return fatePlate;
1062
                }
70 f9daq 1063
 
1064
    //Ray hits light guide
25 f9daq 1065
                histoPlate->Fill(pointsPlate[0].y(), pointsPlate[0].z()); // entry point
70 f9daq 1066
 
25 f9daq 1067
         }
1068
         else {
70 f9daq 1069
          //rayout = rayin;
25 f9daq 1070
          if(draw) rayout->DrawS(center.x(), -10.0);
1071
          }
1072
 
1073
        // If the ray is not reflected in the plate
1074
        // Draw the light guide and propagate the ray through
1075
 
1076
        //const int max_n_points = guide->GetMAXODB() + 2;
1077
        TVector3 points[max_n_points];
1078
        TVector3 presecisce;
54 f9daq 1079
 
25 f9daq 1080
        int n_points;
1081
        int fate_glass;
1082
        CRay *ray0 = new CRay(*rayout);
1083
        // delete rayout; -> creates dangling reference when tries to delete ray0!
70 f9daq 1084
        //delete rayin; -> delete rayout!
25 f9daq 1085
        CRay *ray1 = new CRay;
1086
 
1087
        fate = guide->PropagateRay(*ray0, ray1, &n_points, points);
54 f9daq 1088
        if (dbg) {
1089
          if (fate == backreflected) printf("DETECTOR::backreflected\n");
1090
          }
25 f9daq 1091
 
1092
        line3d->SetLineColor(col_lg);  
1093
        int p_i;
1094
        if(guide_on) {
1095
                if(draw) {
1096
                        if(fate == missed) {
1097
                          if (dbg) printf("Detector: fate=missed\n");
1098
                          TVector3 r = ray1->GetR();
1099
                          TVector3 n = ray1->GetN();
1100
                          ray1->Set(r,n);
1101
                                ray1->DrawS(center.x(), 10.0);
1102
                        } else {
1103
                                for(p_i = 0; p_i < n_points-1; p_i++) {
1104
                                        line3d->SetPoint(0, points[p_i].x(), points[p_i].y(), points[p_i].z());
1105
                                        line3d->SetPoint(1, points[p_i+1].x(), points[p_i+1].y(), points[p_i+1].z());
1106
                                        line3d->DrawClone();
1107
                                }
1108
                                if(fate != noreflection) {
1109
                                  if (dbg) printf("Detector: fate != noreflection, fate = %d\n", (int)fate);
1110
                                        if(glass_on) {/*if(fate == 1)*/ ray1->Draw(points[p_i].x(), center.x() + guide->getD() + glass_d);}
1111
                                        else {
1112
                                        ray1->SetColor(col_out);
1113
                                        ray1->DrawS(points[p_i].x(), 10.0);
1114
                                        }
1115
                                }
1116
                        }
1117
                }
1118
 
1119
 
54 f9daq 1120
                if(! (fate == hitExit or fate == refracted) ) {
1121
                  if (dbg) printf("Detector: fate != hit, refracted\n");
25 f9daq 1122
                        *out = *ray1;
70 f9daq 1123
                        delete ray0;
1124
                        delete ray1;
1125
                        delete rayout;
1126
                        delete rayin;
25 f9daq 1127
                        return fate;
1128
                }
1129
        } else {
1130
          if (dbg) printf("Detector: fate = hit or refracted");
1131
                ray1 = ray0;
1132
                if(draw) {
71 f9daq 1133
                  //double epoxy = parameters->getGlassD();
1134
                        if(glass_on) ray1->Draw(center.x(), center.x() + glass_d);
25 f9daq 1135
                        else ray1->DrawS(center.x(), 10.0);
1136
                }
1137
        }
1138
 
1139
                fate = missed; // zgresil aktivno povrsino
1140
                if(glass_on) {                 
71 f9daq 1141
                        *ray0 = *ray1;
1142
                        ray1->SetColor(col_rgla);
25 f9daq 1143
                        fate_glass = glass->PropagateRay(*ray0, ray1, &presecisce);
71 f9daq 1144
                        if(fate_glass == REFRACTION) {
25 f9daq 1145
                                hglass->Fill(presecisce.y(), presecisce.z());
1146
                                if(draw) ray1->DrawS(presecisce.x(), 10.0);
71 f9daq 1147
                                //if(active->TestIntersection(&presecisce, *ray1)) { 
1148
                                        //fate = hitExit;
1149
                                        //hactive->Fill(offsetY + presecisce.y(), offsetZ + presecisce.z());
1150
                                        //hlaser->Fill((in.GetR()).y() + offsetY, (in.GetR()).z() + offsetZ);
1151
                                //}
1152
                                //if(detector->TestIntersection(&presecisce, *ray1)) 
1153
                                        //hdetector->Fill(offsetY + presecisce.y(), offsetZ + presecisce.z());
1154
                        //} else if(fate_glass == REFLECTION) {
1155
                                else
25 f9daq 1156
                                if(draw) ray1->DrawS(presecisce.x(), 10.0);
1157
                        }
71 f9daq 1158
                        }
1159
 
54 f9daq 1160
                  // Main test: ray and SiPM surface
25 f9daq 1161
                        if(active->TestIntersection(&presecisce, *ray1)) {
54 f9daq 1162
                                fate = hitExit;
1163
                                hactive->Fill(offsetY + presecisce.y(), offsetZ + presecisce.z());
1164
                                hlaser->Fill((in.GetR()).y() + offsetY, (in.GetR()).z() + offsetZ);
25 f9daq 1165
                        }
54 f9daq 1166
                        // If it is on the same plane as SiPM
25 f9daq 1167
                        if(detector->TestIntersection(&presecisce, *ray1))
54 f9daq 1168
                                hdetector->Fill(offsetY + presecisce.y(), offsetZ + presecisce.z());
71 f9daq 1169
                //}
25 f9daq 1170
        //} else {
1171
                //if(draw) ray1->Draw(presecisce.x(), center.x()+d+window_d);
1172
        //}
1173
 
1174
        *out = *ray1;
54 f9daq 1175
        delete ray0;
1176
        delete ray1;
1177
        delete rayout;
70 f9daq 1178
        delete rayin;
25 f9daq 1179
        return fate;
1180
}
1181
//-----------------------------------------------------------------------------
1182
void CDetector::Draw(int width)
1183
{
1184
        if(guide_on) {
1185
                if( TMath::Abs(guide->getN1()-guide->getN2()) < MARGIN ) {
1186
                  if(_plateOn) plate->drawSkel(col_LG, width);
1187
                        guide->DrawSkel(col_LG, width);
1188
                        }
1189
                else {
1190
                  if(_plateOn) plate->draw(4, width);
1191
                        guide->Draw(col_LG, width);
1192
                        }
1193
        }
1194
 
1195
        if(glass_on) glass_circle->Draw(col_glass, width);
1196
        //window_circle->Draw(col_glass, width);
1197
        active->Draw(col_active, width);
1198
}
1199
//=================================================================================
1200
 
1201
Plate::Plate(DetectorParameters& parameters)
1202
{
1203
  TVector3 center = CENTER;
1204
  const double b = parameters.getB();
1205
  const double n1 = parameters.getN1();
1206
        const double n2 = parameters.getN2();
1207
        const double t = b/2.;
1208
        const double plateWidth = parameters.getPlateWidth();
1209
        center.SetX( CENTER.X() - plateWidth );
1210
 
70 f9daq 1211
        plate_edge[0].SetXYZ(0.0, t,-t);
1212
        plate_edge[1].SetXYZ(0.0, t, t);
1213
        plate_edge[2].SetXYZ(0.0,-t, t);
1214
        plate_edge[3].SetXYZ(0.0,-t,-t);
1215
        plate_edge[4].SetXYZ(plateWidth, t,-t);
1216
        plate_edge[5].SetXYZ(plateWidth, t, t);
1217
        plate_edge[6].SetXYZ(plateWidth,-t, t);
1218
        plate_edge[7].SetXYZ(plateWidth,-t,-t);
1219
 
25 f9daq 1220
        for(int i = 0; i<8; i++) plate_edge[i] += center;
1221
 
70 f9daq 1222
        sides[0] = new CSurface(SURF_REFRA, plate_edge, n1, n2, c_reflectivity);
25 f9daq 1223
        sides[0]->FlipN();
1224
 
70 f9daq 1225
        sides[1] = new CSurface(SURF_REFRA, plate_edge[3], plate_edge[2], plate_edge[6], plate_edge[7], n2, n2, c_reflectivity);
1226
        sides[2] = new CSurface(SURF_REFRA, plate_edge[2], plate_edge[1], plate_edge[5], plate_edge[6], n2, n2, c_reflectivity);
1227
        sides[3] = new CSurface(SURF_REFRA, plate_edge[1], plate_edge[0], plate_edge[4], plate_edge[5], n2, n2, c_reflectivity);
1228
        sides[4] = new CSurface(SURF_REFRA, plate_edge[0], plate_edge[3], plate_edge[7], plate_edge[4], n2, n2, c_reflectivity);
25 f9daq 1229
 
70 f9daq 1230
        sides[5] = new CSurface(SURF_REFRA, &plate_edge[4], n2, n2, c_reflectivity);
25 f9daq 1231
        sides[5]->FlipN();
1232
 
1233
        for(int i=0; i<6; i++) sides[i]->SetFresnel(1);
1234
}
1235
 
1236
void Plate::draw(int color, int width)
1237
{
1238
        for(int i = 0; i<6; i++) sides[i]->Draw(color, width);
1239
}
1240
 
1241
void Plate::drawSkel(int color, int width)
1242
{
1243
        TPolyLine3D line3d(2);
1244
        line3d.SetLineWidth(width);
1245
        line3d.SetLineColor(color);
1246
 
1247
        for(int i=0; i<4; i++) {
1248
                line3d.SetPoint(0, plate_edge[i+0].x(), plate_edge[i+0].y(), plate_edge[i+0].z());
1249
                line3d.SetPoint(1, plate_edge[i+4].x(), plate_edge[i+4].y(), plate_edge[i+4].z());
1250
                line3d.DrawClone();
1251
        }
1252
}
1253
 
54 f9daq 1254
Fate Plate::propagateRay(CRay in, CRay *out, int *n_points, TVector3 *points)
25 f9daq 1255
{
1256
  CRay ray0;
1257
  CRay ray1;
1258
  TVector3 vec0, vec1;
54 f9daq 1259
  Fate fate = enter;
25 f9daq 1260
  int inters_i = 0;
1261
 
1262
        ray0 = in;
1263
        int n_odb = 0;
1264
        int last_hit = 0;
1265
        int propagation = 0;
1266
 
54 f9daq 1267
        int result = sides[0]->PropagateRay(ray0, &ray1, &vec1);
1268
        if( !result ) {
25 f9daq 1269
                // ce -NI- presecisca z vstopno
54 f9daq 1270
                fate = missed;
1271
        } else if(result == REFLECTION) {
1272
          if (dbg) printf("PLATE: reflected\n");
1273
          fate = backreflected;
25 f9daq 1274
        } else {
1275
                points[0] = ray1.GetR();
70 f9daq 1276
                //hfate->Fill(enter);
25 f9daq 1277
                //hin->Fill(vec1.y(), vec1.z());
54 f9daq 1278
                while (n_odb++ < MAX_REFLECTIONS) {
25 f9daq 1279
                        ray0 = ray1;
1280
                        vec0 = vec1;
1281
                        propagation = 11;
1282
                        for(inters_i=0; inters_i<6; inters_i++) {
1283
                                if( inters_i != last_hit) {
1284
                                        if( sides[inters_i]->TestIntersection(&vec1, ray1) ) break;
1285
                                        }
1286
                                }                                                      
1287
                        points[n_odb] = vec1;
1288
                        if(inters_i == 0) {
54 f9daq 1289
                          fate = backreflected;
25 f9daq 1290
                          break;} // backreflection
1291
 
1292
                        propagation = sides[inters_i]->PropagateRay(ray0, &ray1, &vec1);
1293
                        if(inters_i == 5) { // successfull exit
54 f9daq 1294
                                fate = hitExit;
25 f9daq 1295
                                //hout->Fill(vec1.y(), vec1.z()); 
1296
                                //hnodb_exit->Fill(n_odb-1); 
1297
                                n_odb++;
1298
                                points[n_odb] = vec1;
1299
                                ray0 = ray1;
1300
                                break;
1301
                        }
1302
                        if(propagation == 1) {
70 f9daq 1303
                          fate = noreflection; //at side
25 f9daq 1304
                          n_odb++;
1305
                          points[n_odb] = vec1;
1306
                          ray0 = ray1;
1307
                          break;} // no total reflection when should be
1308
 
54 f9daq 1309
                        if(propagation == -2) {
1310
                          fate = noreflection;
1311
                          break;
1312
                          } // absorption due to finite reflectivity
1313
 
25 f9daq 1314
                        last_hit = inters_i;
1315
                }      
1316
        }
1317
 
1318
        *n_points = n_odb+1;
1319
        *out = ray0;
1320
        return fate;
1321
};
1322
//=============================================================================================================================== <<<<<<<<
1323
 
1324