定义一个类mymath_G4教程1.6用户类

最新推荐文章于 2023-10-25 21:38:21 发布

weixin_39892019

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文章标签：定义一个类mymath

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注意：本文所使用的演示文稿归Stanford所有，文中相关内容仅用于学习交流，若有侵权，请联系作者删除！

这部分讲解用户类的内容，此部分内容是Geant4使用的基础，详细说明程序的架构、各部分的依赖关系。请务必认真学习。

开始使用Genat4，你必须了解：

Geant4是一个软件包，他不是一个直接可以运行的可执行程序，你应该基于这个软件包编译一个可执行程序。如下图，Geant4的软件包下载完，解压之后可以看到，Geant4的源代码目录下是没有一个双击就能直接运行的可执行程序。例如在windows平台上扩展名为.exe .bat .vbs等，都是可双击直接运行的程序。
要生成一个可执行程序，首先需要：
—定义几何体的设置参数
- 包括材料、体积；如NaI(材料)，2英寸晶体(体积)

—定义需要使用的物理过程

粒子源模型(如各向同性、平行入射)、物理过程/物理模型(如Penelope过程，适用于γ射线与物质相互作用)
产物阈值

—定义怎样开始一个event

初级粒子发生器

— 提取一些对你有用的信息(基于你自己的模拟场景，可以输出一些有用的模拟结果信息，如全能峰探测效率)

你也可以实现如下功能：

—可视化几何体、粒子轨迹、物理数据输出(如在界面上直接显示粒子能量沉积)

—应用(图形)用户界面

—自定义用户界面命令

—等等，C++提供很多接口，可以自己开发，将来可结合云平台，人工智能筛选模型，达到最佳模拟结果等，这些以后都可以开发。

用户类

main()
main() 函数是C++语言的程序入口，但是Geant4 工具包本身不提供main()函数
初始化类
—使用G4RunManager::SetUserInitialization()来定义。
—初始化需要引用下列三个类
- G4VUserDetectorConstruction ，这个类用于初始化探测器构建
- G4VUserPhysicsList ，这个类用于初始化定义的物理过程
- G4VUserActionInitialization，这个类用于初始化行为类，就像你是导演，来编写Geant4程序，然后大喊一声：ACTION！程序就开始运行啦。
行为类
—在用户自己编写的G4VUserActionInitialization实例化(实例化为C++语言的知识。使用类生成对象的过程叫实例化。)
—在一个event循环内引用
- G4VUserPrimaryGeneratorAction，这个类用于设置粒子源
- G4UserRunAction，这个类用于设置run的运行行为
- G4UserEventAction，这个类用于设置event的运行行为
- G4UserStackingAction，这个类设置堆栈的运行行为
- G4UserTrackingAction，这个类用于设置追踪行为
- G4UserSteppingAction，这个类用于设置step运行行为
  注意：红色的字体的类是强制的，是程序运行必须有的类。

主程序

Geant4工具包不提供main()函数。
用户需要自己创建一个main()函数，并在这个函数内做如下操作：
— 创建G4RunManager类(串行模式模式)或者G4MTRunManager(多线程模式)，现在4.10版以后增加了多线程功能，在安装时基本都通过设置DGEANT4_BUILD_MULTITHREADED=ON 打开了多线程。
— 在RunManager类中设置用户强制初始化类
- G4VUserDetectorConstruction
- G4VUserPhysicsList
- G4VUserActionInitialization
用户在main()函数中也可以定义VisManager(可视化类，用于设置是否可视化及可视化的参数)，(图形)用户界面，可选的用户行为类，以及你的持久化管理器(用于在程序运行过程中保存变量的过程，这是计算机相关的知识，喜欢的可以自行详细学习)。

描述探测器

从G4VUserDetectorConstruction抽象基类声明一个你自己的用户具体类，例如：
主线程(在串行模式中)调用的虚拟方法Construct()中，做了如下操作：
—实例化所有的必须材料
—实例化探测器几何体积
副线程(在串行模式中)调用的虚拟方法ConstructSDandField()中，做了如下操作：
—实例化灵敏探测器类和场(磁场、电场)类，然后将灵敏探测器对象设置到逻辑体、将场(磁场、电场)对象设置到场管理器中。

选择物理过程

Geant4不提供任何默认粒子和默认物理过程
—即便对于粒子输运(特指粒子不发生相互作用的过程)，用户也应该明确地定义其过程。
从G4VUserPhysicsList抽象基类派生一个你自己的用户具体类。
—定义所有必须的粒子
—定义所有必须的物理过程，然后设置合适的粒子
—在世界(和每个区域，例如用户自定义的探测器灵敏体积)内设置截断范围。
用户最主要的任务是选择一个“预封装包”的物理过程列表，这个列表包含物理过程与用户应用场景相关的典型模型。
—如果“预封装包”的物理列表不满足需求，可能有一些物理过程“预封装包”没有提供，用户可以自己添加和替换一些物理过程或模型。
如果你足够勇敢(真的勇士敢于直面自己的惨淡物理过程代码)，你可以自己用程序描述物理过程，并在程序中调用。

产生初始event

这是唯一需要强制使用的用户行为类
从G4VUserPrimaryGeneratorAction抽象基类派生一个你自己的用户具体类。
将一个G4Event对象传递给一个或者更多个初始产生器具体类对象，这个对象用于产生初始顶点和初始粒子。
在Geant4中还提供了基于G4VPrimaryParticlegenerator基类的几种产生器类。
—G4ParticleGun，这个类用于设置发射粒子的种类，方向，抽样等
—G4HEPEvtInterface, G4HepMCInterface
- HepMC 类或 /hepevt/通用模块的接口。

—G4GeneralParticleSource

定义放射源，这个就是GPS啦，可以方便定义粒子源，如分支比，衰变类型都能直接定义。

可选用户行为类

所有的用户行为类、方法都在“Beam On”中被调用，这些类必须在用户的main()函数中构建，同时在RunManager中设置。

G4UserRunAction
—G4Run* GenerateRun()
- 实例化用户自定义行为对象

—void BeginOfRunAction(const G4Run*)

可以定义柱状图或元组等，用于数据存储与分析

—void EndOfRunAction(const G4Run*)

分析run
存储柱状图等

G4UserEventAction
—void BeginOfEventAction(const G4Event*)
- Event选择，选择感兴趣的event信息

— void EndOfEventAction(const G4Event*)

输出Event信息

可选用户行为类

G4UserStackingAction
—void PrepareNewEvent()
- 重置优先控制，将优先控制初始化，重置为自定义默认值
G4ClassificationOfNewTrack ClassifyNewTrack(const G4Track*)
- 当执行一个新的追踪，调用一次这个类
- 根据优先级控制来对新的追踪分类
  —Urgent(紧急), Waiting(等待), PostponeToNextEvent(延迟到下一事件), Kill(杀死)
void NewStage()
—当Urgent(紧急)的堆栈释放为空时被调用
—改变分类标准
—Event过滤(Event取消)，指的是不符合分类标准的Event直接被丢弃。

可选用户行为类

G4UserTrackingAction
—void PreUserTrackingAction(const G4Track*)
- 定义轨迹是否需要存储
- 定义用户自定义轨迹

—void PostUserTrackingAction(const G4Track*)

删除非必要轨迹

G4UserSteppingAction

— void UserSteppingAction(const G4Step*)

杀死/挂起/延后追踪
描述步长信息(对于没有存储为轨迹(trajectory)的追踪(track))

上面两图对比了串行模式与多线程模式，其主要区别在于使用G4MTRunManager类同时生产了许多G4WorkerRunManager类和UserRunAction，这两个类在依次向下运行，在副线程0~N中完成了运行。

实例化用户行为类

G4VUserActionInitialization有两个虚拟方法
Build()
—在串行模式和副线程的开始被调用。
—使用SetUserAction()方法来注册所有用户行为类的指针。
—在多线程模式下，在此方法下实例化的所有用户行为类对象都是线程局部变量(thread-local为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路,有兴趣的可以自己深入学习一下)。
- 在此方法下实例化的所有用户行为都是针对于线程局部变量运行的。
BuildForMaster()
—在多线程模式中，都在主线程的开始被调用。
—在全局run中，使用SetUserAction()方法来注册所有用户行为类的指针。

重点预览

以下内容将在后续相关章节中会进行详细讲解

定义材料和几何
→G4VUserDetectorConstruction
材料与几何章节
选择合适的粒子和物理过程，定义产物阈值
→G4VUserPhysicsList
物理过程章节
实例化用户行为类
→G4VUserActionInitialization
例子讲解章节
定义一种粒子产生的方法
→G4VUserPrimaryGeneratorAction
初级粒子章节
定义如何从Geant4中获取有用信息
→G4VUserDetectorConstruction, G4UserEventAction, G4Run, G4UserRunAction
→4SensitiveDetector, G4VHit, G4VHitsCollection
统计章节

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