Exercise-2

Exercise-2の資料( pptx, pdf)。

この演習では、ジオメトリ実装の基本を練習します。 基本的な、placement(移動、回転)を通して、どのようにvolumeを配置するのか学びます。

ここでは、箱の中に円筒形を寝かして配置したものを、Z軸の回りに45度間隔で配置していきます。

ex2

教材のダウンロード

ここから、演習コードをダウンロードし、作業ディレクトリに展開します。 

$ cd ~/g4work/
$ tar zxvf (somewhere)/exercise-2.tar.gz
$ cd exercise-2
$ ls
GNUmakefile  ex02.cc  gun.mac  include/  src/  vis.mac  vrml.mac

Step1: コンパイルと実行

まずは、プログラムをコンパイルして、実行してみます。 vis.macに、可視化のためのマクロファイルが用意してあるので、 可視化して、現在のジオメトリの実装を確認してみます。

初期状態では、箱が1個、world volume中に配置されているだけです。円筒も寝ていません。 

$ make
...

$ ./bin/Linux-g++/ex02
...

ex02(Idle)[/]:/control/execute vis.mac
ex2-step1

Step2: 円筒を寝かせる

では、最初のステップとして、円筒を寝かせてみます。 ジオメトリの実装は、DetectorConstructionのクラスで記述します。 src/DetectorDescription.ccを編集します。

円筒のplacementの部分を以下のように変更します。 placementは、子ボリュームを親ボリュームに対して中心を合わせて回転させた後、 移動を行います。今の場合は、Y軸回りに90度回転させます。 ここで、注意しておきたいのは、この形式のplacementでの回転行列は、 座標軸回転(passive)の形式で与えることです。物体を回転させる方法で記述する場合は、 G4Transform3Dを使います。 もう一点、placementに与える回転行列は、ポインタで与えています。 この変数がdeleteされては困るので、必ず、newして作って下さい。 そういう意味では、この形式のplacementは、少々使いづらいかもしれません。 

  G4RotationMatrix* rotM= new G4RotationMatrix;
  rotM-> rotateY(-90.*deg);
  new G4PVPlacement(rotM, G4ThreeVector(),
                    tubeLV, "tube", boxLV, 
                    false, 0);
ex2-step2

Step3: Z軸回りに配置する

次に、箱をZ軸回りに45度づつ回転させながら配置していきます。 各ボリュームには、コピー番号がユニークにふられていることに注意してください。 これで、各phyical volumeを識別することができます。 今回は、G4Transform3Dを使っています。 transform3Dでは、物体を回転させる(active)形式で、回転行列を与えます。 回転する方向を確認してみましょう。 G4Transform3Dのコンストラクタでは、 回転行列とベクタは、コピーされているので、newする必要はありません。 G4PVPlacementのtransform3Dのオブジェクトもコピーされているので、 ローカル変数を使用します。 

  const G4double dphi= 45.*deg;

  for(G4int i=0; i<6; i++) { // check rotation directioon!!
    G4ThreeVector armVec= G4ThreeVector(30.*cm, 0., 0.);
    G4RotationMatrix armRot= G4RotationMatrix();

    armVec.rotateZ(dphi*i);
    armRot.rotateZ(dphi*i);

    new G4PVPlacement(G4Transform3D(armRot, armVec), 
                      boxLV, "box", worldLV,
                      false, i);  // copy# should be unique.
  }
ex2-step3 最後に、粒子を発生させて、確認してみます。 
$ ./bin/Linux-g++/ex02
...

ex02(Idle)[/]:/control/execute gun.mac
ex02(Idle)[/]:/control/execute vis.mac
ex02(Idle)[/]:/run/beamOn
ex2-final

おまけ: Collision Detectionをためす。

Geant4では、オーバーラップしてボリュームを配置することはできません。 G4PVPlacementのextraな引数で、trueを設定すると、オーバーラップを検知できます。 円筒のplacementを次のように変更して、意図的にオーバーラップさせます。 G4PVPlacementの引数が1個増えていて、ここにtrueを設定します 

 new G4PVPlacement(rotM, G4ThreeVector(5.*cm, 0., 0.),
                   tubeLV, "tube", boxLV, 
                   false, 0, true);

実際に実行してみると、G4Exceptionが発行されています。

$ make
...
$ ./bin/Linux-g++/ex02
...

*** G4Exception : InvalidSetup
      issued by : G4PVPlacement::CheckOverlaps()
Overlap with mother volume !
*** This is just a warning message.
overlap