Jupiterとは？

LCツール講習会
Jupiter part
2005/06/06 LC tools lecture @kek
Hiroaki Ono
Niigata University
[email protected]
2005/06/06
LC tools lecture, Jupiter part
1
Contents
1. Jupiterの全般について
1. Jupiterとは
2. ドキュメントなど
3. セットアップ、CVSなど
2. Jupiterで新しい検出器を作る
1.
2.
3.
4.
2005/06/06
Forward CAL(fw)を例えば作るとしたら
J4FW部分の実装方法
CALのジオメトリを例として
SD登録とHit(軽く)
LC tools lecture, Jupiter part
2
Jupiterとは？
JUPITERとは
JLC Unified Particle Interaction and Tracking EmulatoR
の略で
Geant4をベースとしたLC実験用シミュレータです。
LC実験の検出器パラメータ、ジオメトリの変更、
インストールを簡単に行えるように構築されています
（現千葉大学の保科琴代さんが作成）
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シミュレーションツール群
For real data
Tools for simulation Tools
JUPITER
JLC Unified
Particle Interaction
and
Tracking EmulatoR
Full geometry/mc generator
Geant4 based
Simulator
MC truth generator
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Satellites
IO
LEDA
Input/Output
module set Library Extention
for
METIS Data Analysis
URANUS
Unified Reconstruction
and
ANalysis Utility
Set
Monte-Calro Exact hits To
Intermediate Simulated output
Clustering/smearingJSF/ROOT based
Framework
Event Reconstruction
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4
Jupiterに関するドキュメント
• Jupiterのマニュアルについて（Japanese）
保科さんが書いたマニュアルを以下に置きました。
http://www.hep.sc.niigata-u.ac.jp/~ono/acfa-sim-j/Jupiter_manual.pdf
保科さんの昔のホームページにもいくつかドキュメントが残って
います。
http://wwwjlc.kek.jp/~hoshina/cdc/geant4/diary/diary.htm
• Geant4のジオメトリ、ヒットの実装について
Geant4 lecture 2003のページが役に立ちます。
http://geant4.kek.jp/g4users/tutorial03/
私の説明で足りない部分はこれらを参考にしてみてください。
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JupiterのSetup
• Jupiterでは以下のツールが必要です。
– Geant4 (G4INSTALLなどいろいろ)
– CLHEP (CLHEP_BASE_DIR)
• 環境変数としてJUPITERROOTを設定する必
要があります。
% export JUPITERROOT=${HOME}/Jupiter(bash)
% setenv JUPITERROOT ${HOME}/Jupiter(csh)
等とします。
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CVSによるファイルの管理
CVSでファイルを入手できます。
jlclogin上で持ってくるには
% cvs co Jupiter
外部から持ってくるには
% cvs -d :pserver:[email protected]/home/cvs/soft login
password : <return>
% cvs -d :pserver:[email protected]/home/cvs/soft co Jupiter
ファイルのアップデートは
% cvs update
ファイルのコミットは
% cvs commit filename
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CVSでファイルは管理されており
最新のファイルを入手できます
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Jupiterのディレクトリ構造
CVSでファイルは管理されており
最新のファイルを入手できます
PhysicsListやG4の継承クラス
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ユーザーが変更する部分
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新しい検出器の作成
たとえば forward cal(fw) を作るとしたら？
1. source ディレクトリの中に新しく fw を作成。
2. source/Makefile に fw を追加。
3. source/ 以下に fw/src、fw/include を作る。
4. Detector componet, Solidを実装。(Geometry)
5. SD (Sensitive Detector)とHit を実装。
6. source/main/Jupiter.cc の中に fw を追加。
7. テストランとジオメトリのチェック。
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Jupiter ベースクラス
G4VSensitiveDetector
J4VComponent
virtual InstallIn( mother, pRot, tlate, copyNo=0 )=0
virtual Assemble()=0
Virtual Cabling()
Virtual OpenMaterialStore()
OutPutAll()
static GetDCPtrByName(detectorname)
J4VDetectorComponent
J4VSensitiveDetector
OutputAll()
J4VSD
J4VHit
MakeHitBuf()
OutputAll()
G4VHit
J4VFWDetectorComponent
J4VFWMaterialStore
J4VMaterialStore
OpenMaterialStore()
Create(name)
Order(matelial)
virtual Create(name)
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FW検出器の実装
source/fw ディレクトリ以下に最低限必要なファイル
J4VFWDetectorComponent.hh/cc
J4FWMaterialStore.hh/cc
J4FW.hh/cc
J4FWParameterList.hh/cc
J4VDetectorComponetの継承クラス
ユーザーが定義するマテリアル
検出器本体の実装(PV,LV,Solid)
各種パラメータ
J4FWLayer.hh/cc
娘ボリューム
Hit情報を残すのであれば
J4FWSD.hh/cc
J4FWHit.hh/cc
J4VSDの継承、SDの実装
J4VHitの継承、Hitの実装
これらのファイルは、他の検出器からコピーして
名前を付け替えて使うのが早道です。
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1. 検出器 base class の実装
検出器の base class を作成する際にはJ4VComponentを継承して作ります
J4VComponent
fDaughters
(娘Components)
fMother
(親Component)
fSD
(Sensitive Detectorへのポインタ)
fNbrothers
(同じクラスから作られたオブジェクトの数)
fNclones
(Copy, Replicaで作られたオブジェクトの数)
fMyID
(fNbrothersの何番目か)
fCopyNo
(コピーされた場合のコピーナンバー)
新しく検出器 base class を作成する際には、
これらの引数をJ4VComponentに渡してやる必要があります。
実際には他の検出器のものをコピーして名前を変えただけで動くと思います。
J4VCALDetectorComponet -> J4VFWDetectorComponent
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2. J4VFWDetectorComponentの実装
J4VFWDetectorComponet.cc の中身
#include “J4VFWDetectorComponent.hh”
J4FWMaterialStore* J4VFWDetectorComponet;;fgMatrialStore=0;
G4String J4VFSDetectorComponent::fgSubGroup(“FW”)
J4VFWDetectorComponent( const G4String
&name,
J4VDetectorComponent *parent,
G4int
nclones,
G4int
nbrothers,
G4int
me,
G4int
copyno )
: J4VDetectorComponent( fgSubGroup, name, parent, nclones,
nbrothers, me, copyno)
J4VMaterialStore* J4VFWDetectorComponet::OpenMaterialStore()
{
fMaterialStore = new J4FWMaterialStore();
}
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staticで名前の宣言
先程のbase class
J4VDetectorComponet
に渡す。
MaterialStoreをnew
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3. J4MaterialStoreの実装
J4FWMaterialStore.cc の中身
#include "J4FWMaterialStore.hh"
#include "G4Element.hh"
#include "G4Material.hh"
G4Material* J4FWMaterialStore::Create( const G4String& /*name*/,
G4MaterialPropertiesTable * /* mtable */ )
{
G4Material* material = 0;
J4MaterialCatalogにないものは
return material;
自分でここで作成しておく
}
基本的な物質はJ4MaterialCatalogに入っているので
(scintillator, Pb, Fe, Si...)componetを作る際には
OpenMaterialStore()->Order(“scintillator”)とするだけで良い。
混合ガスなど定義されていないものを使うときははここで定義しておく。
G4でMaterialを作るときと同じ要領。
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4. Componentの実装
ついに検出器コンポーネントの実装です。J4FW.cc の中身です。
G4String J4MUD::fFirstName( “FW" );
staticで名前の宣言
J4FW::J4FW( J4VDetectorComponent* parent,
コンストラクタの引数
G4int
nclones,
G4int
nbrothers,
先程のベースクラス
G4int
me,
J4VFWDetectorComponet
G4int
copyno )
に引数を渡す。
: J4VFWDetectorComponent( fFirstName, parent,
nclones, nbrothers, me, copyno )
Assemble()
Logica Volumeの生成、Solidを作成する
Cabling()
SDの生成、登録
Physical Volumeの生成
これらの関数の実装で
Componetの作成、SD登録を行います。
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必ず実装する必要があります。
InstallIn()
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5. Assemble()関数の実装
void J4FW::Assemble(){
２重に作るのを防ぎます。
if ( !GetLV() ) {
J4FWParameterList *list = OpenParameterList();
len
G4double rmin = list->GetFWInnerR();
parameters
G4double rmax = list->GetFWOuterR();
G4double len = list->GetSOLHalfZ();
dphi
G4double dphi = 360.*deg;
// MakeSolid ----------//
OrderNewTubs( rmin, rmax, len, dphi );
rmax
rmin
Solidを作ります。
単なるシリンダーを
簡単に作成できます。
// MakeLogicalVolume --//
MakeLVWith(OpenMaterialStore()->Order(list->GetFWMaterial()));
// SetVisAttribute ----//
PaintLV(list->GetFWVisAtt(), list->GetFWColor());
}
}
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表示の設定です。
LC tools lecture, Jupiter part
物質名を渡して
LVを作ります。
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6. Solidの作り方 (OrderNewTubs())
便利な関数の使い方
OrderNewTubs( rmin, rmax, halflenZ, totalPhi,
endcapHalfThick, endcaprmin, sphi )
halflenZ
エンドキャップつきの
シリンダーを作成できます。
totalPhi
rmax
rmin
endcaprmin
エンドキャップ無しの
シリンダーも作成可能です。
endcaHalfThick
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Solidの作り方 (一般)
Assemble()関数内でG4VSolid継承クラス
(CSG,specific,BREPS,Bolean,STEP)から適切なものを選んで作る
http://www-jlc.kek.jp/~hoshina/geant4/Geant4Lecture2003/2-2b.html が参考になります。
// MakeSolid ----------//
G4Box* box = new G4Box( GetName(),halfX, halfY, halfZ );
Register( box );
SetSolid( box );
G4Box
(四角)
G4Sphere (曲面)
G4Trap (台形)
// MakeSolid ----------//
G4Sphere* cone = new G4Sphere( GetName(), rmin, rmax,
sphi, dphi, stheta, dtheta );
Register(cone);
自分でSolidを作成した場合には
SetSolid(cone);
Register(solid)
SetSolid(solid)
関数を呼んで登録する
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Solidの作り方 (その他)
基本図形にない複雑な形状は Boolean Solid を用いて
Solidをくっつけたり切り抜いたりして作る
例) シリンダーにシリンダーがくっついたような形状を作る
シリンダーは G4Tubs で作ることが出来る。
G4VSolid* solid1 = new G4Tubs( “solid1”, rmin1, rmax1, halfL1, sphi, dphi );
G4VSolid* solid2 = new G4Tubs( “solid2”, rmin2, rmax2, halfL2, sphi, dphi );
G4VSolid* solidUnion = new J4UnionSolid( “Union”, solid1, solid2, rotMat, transV );
Register( solidUnion );
SetSolid( solidUnion );
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7. 娘Solidの作り方
J4FW の内部に layer 構造を作る場合
J4FWLayer を作成し、J4FW の Assemble() 関数内でオブジェクトを作る。
J4FW::Assemble() {
// MakeSolid ----------//
OrderNewTubs( rmin, rmax, len, dphi );
親のボリュームから
はみ出してはいけない
// MakeLogicalVolume --//
MakeLVWith(OpenMaterialStore()->Order(list->GetFWMaterial()));
// SetVisAttribute ----//
PaintLV(list->GetFWVisAtt(), list->GetFWColor());
}
J4FWLayer* fLayers = Create( this, nLayers );
Register( fLayers );
fLayerss -> InstallIn( this );
娘ボリュームのInstallIn()関数
SetDaughter( fLayers );
娘登録
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8. InstallIn()関数の実装
InstallIn()関数は親のコンポーネントの中で
呼ばれることに注意
同じ形状のlayer
をおく場合でも。。。
void J4FW::InstallIn( J4VComponent*
/* mother */,
G4RotationMatrix*
/* prot */,
const G4ThreeVector& /* tlate */)
{
Assemble();
n
SetPVPlacement();
または
SetPVReplica();
PVPlacement
PVReplica
1
2
// Cabling function for SD object...
//Cabling();
}
1
オブジェクトを
一つ一つ配置していく
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LC tools lecture, Jupiter part
同じ形状のオブジェクトを
一つのオブジェクトを
n分割して作成する。
メモリーの節約になる。
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PVPlacementで置く場合
Placementで置く場合には
親のAssemble()関数の中で娘オブジェクトを作る際に
引数にnbrothers, copyNoを与える。nClonesは1になる。
J4FW::Assemble( component, ) {
for ( G4int i = 0; i < nLayers; i++ ) {
J4FWLayer* Layer = Create( this, 1, nLayers, i );
....
Layer -> InstallIn( this );
}
}
J4FWLayer::InstallIn(){
SetPVPlacement( rotationMatrix, tlateVector );
(回転させながら置くことも可能)
}
2005/06/06
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PVPlacement
n
2
1
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Replicaを使う場合
Replicaする際には
親のAssemble()関数の中で娘オブジェクトを作る際に
引数にnClones(Replicaする数)を与える
J4FW::Assemble() {
......
PVReplica
J4FWLayer* fLayers = Create( this, nphi );
fLayers->InstallIn(this);
.......
}
J4FWLayer::InstallIn() {
Assemble();
SetPVReplica( 分割方向, 分割ステップ, offset );
}
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(例)CALのジオメトリについて
CALは以下のような構造になっています。
J4CAL
OrderNewTubs()
J4CALCone
J4CALTower
2005/06/06
J4CAL以外はG4Sphere()で作成
J4VCALBlock
EM/HD
J4VCALMiniCone
EM/HD
J4VCALMiniTower
EM/HD
J4VCALLayer
EM/HD
J4VCALSubLayer
EM/HD Abs/Active
LC tools lecture, Jupiter part
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(例)CALのジオメトリについて
Cone
Tower
MiniTower
Block
Layer
HD
Replica
Replica
Abs
EM
MiniCone
EM, HDで異なる分割にできる。
セルサイズを分割量で変更
2005/06/06
LC tools lecture, Jupiter part
Active
SubLayer
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9. Cabling()関数の実装
Hit情報を出すにはSD登録する必要があります。
SD登録を行うのはCabling()関数です。
J4FW内でCabling()関数をとりあえず実装します。
その後J4FWHit/J4FWSD の実装を行います。
void J4FW::Cabling()
{
if ( !GetSD() ) {
J4FWSD* sd = new J4FWSD( this );
Register( sd );
Solid同様に
SetSD( sd );
Register(sd)
}
SetSolid(sd)
}
関数を呼んで登録します
2005/06/06
Hit情報を残すコンポーネントは全
てSDを作る必要があります。
LayerのHit情報が欲しければ、
J4FWLayerSD/J4FWLayerHit
を作成するということです。
LC tools lecture, Jupiter part
ここまでで、
J4FW
の実装は終わりです。
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ParameterListの作成
J4FWと同時進行で作成するものとして、
J4FWParameterListの作成があります。各種パラメータをまとめます。
void J4FWParameterList::SetMaterial(){
fFWMaterial = J4ParameterTable::GetValue("J4FW.Material",“scintillator");
... }
void J4FWParameterList::SetParameters(){
fFWOuterR
= J4ParameterTable::GetValue("J4FW.OuterR",100.0)*cm;
.... }
J4FWParameterList::SetVisAttributes() {
fFWVisAtt
= J4ParameterTable::GetValue("J4FW.VisAtt",false);
.... }
void J4FWParameterList::SetColors(){
std::vector<double> col;
col=J4ParameterTable::GetDValue("J4MUD.Color","1.0 0.0 0.0 1.0",4);
SetMUDColor( G4Color( col[0], col[1], col[2], col[3] ) );
.... }
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10. HitとSD実装
Hit情報を出すにはSDを作成する必要があります。
J4VSDを継承してJ4FWSDを作成します。
先にJ4VHitを継承してJ4FWHitを作る必要があります。
J4FWSD.hh (ヘッダファイル)
class J4FWSD : public J4VSD<J4FWHit> {
public:
コピーして名前を付け替える
だけでいいとおもいます。
J4CALSD( J4VDetectorComponent* detector );
~J4CALSD();
virtual
virtual
virtual
virtual
G4bool ProcessHits( G4Step* aStep, G4TouchableHistory* ROhist );
void Initialize ( G4HCofThisEvent* HCTE );
void EndOfEvent ( G4HCofThisEvent* HCTE );
void OutputAll( HCTE ) { J4VSD<J4FWHit>::OutputAll( HCTE ) }
};
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Hitの実装
J4FWHit.hh (ヘッダファイル)
基本的な部分はコピーして名前を付け替えるだけでOKです。
各検出器ごとに何のデータを残すかでこの部分が違います。
J4FWHit::J4FWHit( J4VComponent* ptrDetector, // He is in "location" now
G4int
preHitID,
// pre Hit ID
G4int
cellID,
// cell address id
G4bool
isEM,
// ( 0, 1 ) = ( HD, EM )
G4bool
isBarrel,
// ( 0, 1 ) = ( Endcap, barrel )
G4double
edep,
// Energy Deposit
G4double
tof,
// TOF
G4ParticleDefinition* particle, // Particle data
const G4ThreeVector& Xcm, // Edep*position vector
const G4ThreeVector& Xcell ) // cell center position)
: J4VHit( detector, trackID, mothertrackID, particle, tof, edep, totalE,
momentum, pre, pos )
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Hit、Output()関数の実装
Output()関数を実装し何のデータをhit.datに残すか決めます。
void J4FWHit::Output( G4HCofThisEvent* /* HCTE */ )
{
if ( fgOutput ) fgOutput -> Output( this );
// output hitdata to output file ....
if ( !ofs.good() ) {
const G4String& errorMessage = "J4FWHit::Output(): write error.";
G4cerr << errorMessage << G4endl;
} else {
std::ofstream& ofs = GetOutputFileStream();
ofs << “fwhit "
<< std::setw(3) << fPreHitID << " "
<< std::setw(5) << GetPDGEncoding() << " "
........
<< std::endl;
}
}
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LC tools lecture, Jupiter part
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11. SDの実装
J4FWSD では ProcessHits() 部分の実装がメインです。
下記の場合にはSD登録した部分に粒子が入射されると全てのhit情報を残します。
G4bool J4FWSD::ProcessHits(G4Step *aStep, G4TouchableHistory *)
{
//In order to use Get function, you must call SetNewStep() at first.
SetNewStep(aStep)
J4VComponent*
location
= GetComponent();
G4int
trackID
= GetTrackID();
G4int
mothertrackID = GetMotherTrackID();
G4ParticleDefinition *particle
= GetParticle();
G4double
tof
= GetTof();
....
J4FWHit* hit = new J4FWHit( location, trackID, mothertrackID, particle,
tof, edep, etot, p, pre, pos);
((J4FWHitBuf*)GetHitBuf())->insert( hit );
return true;
}
2005/06/06
LC tools lecture, Jupiter part
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(例)CALのHit/SDについて
Layer
CALSD
Abs
Active
Hit
SubLayerSD
PreHit
PostHit
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LC tools lecture, Jupiter part
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Source/main/Jupiter.ccの実装
#define __INSTALLIR__
#define __INSTALLBD__
#define __INSTALLVTX__
#define __INSTALLIT__
#if 0
#define __INSTALLCDC__
#else
#define __INSTALLTPC__
#endif
#define __INSTALLCAL__
#define __INSTALLSOL__
#define __INSTALLMUD__
#define __INSTALLFW__
2005/06/06
#ifdef __INSTALLFW_
J4FW *fwptr = new J4FW();
fwptr->SetMother(dtcptr->GetEXPHall());
dtcptr->AddComponent(fwptr);
#endif
LC tools lecture, Jupiter part
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検出器実装の完了
以上で最低限の検出器実装が終了しました。
他に残っているのは PostHit、PreHit など
検出器の入り口、出口での情報を残すようにするか?
などの検討が必要です。これはSD、Hitを新しく書く必要
があります。
実装がすんだら実際に検出器の絵を描いたり
geometry test、正しいhit情報が出ているか
などもチェックします。
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LC tools lecture, Jupiter part
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dawnを用いたジオメトリの描画
• Jupiterのジオメトリを作った後に確認する手段とし
てdawnがあります。
• Jupiter/macros 以下にdawnで絵を描くためのマク
ロがあります。
% ./bin/Linux-g++/Jupiter
>/control/execute macros/visdawnf.g4mac
>/control/execute macros/view.g4mac
Jupiter/images/dawn/g4_00.prim といった
primファイル、epsファイルが作成されます。
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LC tools lecture, Jupiter part
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dawnを用いたジオメトリの描画
カメラで見る向き
polar 90 なら横から
ズームアップ
ビューモード
このようなGUIが立ち上がるので、カメラの方向や位置、
モード（wireframe, surface 等）選んでください。
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LC tools lecture, Jupiter part
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dawnを用いたジオメトリの描画
% dawn xxx.prim
で出来たprimファイルを表示
surfaceだと断面が見えない。
wireframe
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surface
LC tools lecture, Jupiter part
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dawncutを用いた描画
dawncut で完成した prim file を x, y, z 平面でカットします
% dawncut a b c d g4_00.prim input.prim cut.prim
( ax+by+cz+d = 0 平面でカット )
z=0
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x=0
LC tools lecture, Jupiter part
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3次元立体図で切り取られた絵を描くには？
まず、下記のシェルスクリプトを用いてprimファイルを合わせる
#!/bin/sh
dawncut 0.0 -1.0 0.0 0.0 gr.prim gr-ycut.prim
dawncut 0.0 1.0 0.0 0.0 gr.prim gr+ycut.prim
dawncut -1.0 0.0 0.0 0.0 gr-ycut.prim gr-xcut.prim
dawncut 1.0 0.0 0.0 0.0 gr-ycut.prim gr+xcut.prim
dawncut 0.0 0.0 1.0 0.0 gr-xcut.prim gr+zcut.prim
cat gr+ycut.prim gr+xcut.prim gr+zcut.prim > sum.prim
その後sum.primの最初と最後以外の以下の項目を消す。
/BoundingBox ****** *******
!SetCamera
!OpenDevice
!BeginModeling
2005/06/06
!EndModeling
!DrawAll
!CloseDevice
LC tools lecture, Jupiter part
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まとめ
Jupiterのジオメトリのインストールについて述べました。
基本的には変更したりする必要はないかもしれませんが、
SDやHitなどは変更する必要がある場合があるかもしれません。
2005/06/06
LC tools lecture, Jupiter part
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CALのジオメトリについて
Cone
Tower
MiniTower
Block
Layer
HD
Abs
EM
MiniCone
EM, HDで異なる分割にできる。
セルサイズを分割量で変更
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LC tools lecture, Jupiter part
Active
SubLayer
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