Intégration des flux de travail automatisés de simulation avec la visualisation 3D pour des expériences virtuelles dans le métavers

Intégration de flux de travail automatisés de simulation avec la visualisation 3D pour des expériences virtuelles dans le Métavers. Un flux de travail est une chaîne d’outils définissant le flux de données entre eux. Dans de nombreuses expériences virtuelles, les chercheurs connectent manuellement plusieurs outils de simulation et de traitement, ce qui est mal adapté et entrave la reproductibilité.

Les workflows résolvent cela car ils sont abstraits, automatisés, évolutifs, portables, partageables et citables. Ils permettent d’intégrer les codes de simulation existants et les étapes de traitement dans des outils disponibles dans une interface facile à utiliser. Ces derniers peuvent ensuite être reliés et reconfigurés sans créer manuellement des scripts d’automatisation sur mesure.

Les outils peuvent également être partagés, réduisant ainsi la nécessité d’apprendre de nouvelles interfaces et permettant aux chercheurs de se concentrer sur la configuration des simulations et l’interprétation des résultats. Ce protocole démontre le déploiement d’un gestionnaire de flux de travail localement conteneurisé. Dans cette configuration, l’utilisateur final interagit avec une plateforme de visualisation 3D en tant que front-end.

Le lien vers les workflows prend la forme d’une extension Python légère qui effectue des appels API au gestionnaire de workflow pour lancer des simulations et recevoir les résultats, le tout depuis l’intérieur de la plateforme de visualisation. Le système présenté ici est de nature générale et peut être appliqué dans presque toute application où des étapes de simulation et de traitement sont réalisées. Pour cette étude de cas, une simulation neutronique simple dans le contexte d’une centrale à énergie de fusion est utilisée.

Dans un réacteur à fusion, le deutérium et le tritium sont fusionnés ensemble pour produire de l’énergie et des neutrons. Le deutérium est un isotope naturel de l’hydrogène, mais le tritium doit être produit par le réacteur lui-même en utilisant des neutrons générés lors des événements de fusion. Pour simuler les neutrons produits, un code de simulation de Monte Carlo est utilisé, qui suit les neutrons autour du réacteur, appliquant des interactions aléatoires avec le matériau au fur et à mesure qu’ils traversent.

À titre comparatif, un indicateur clé de performance appelé rapport de reproduction du tritium est calculé, qui fournit le rapport du tritium produit par les interactions neutroniques à la quantité de tritium consommée lors de la réaction. La simulation utilise une géométrie CAO simple basée sur la forme sphérique du tokamak pour modéliser la quantité de tritium produite par la couverture enveloppant le récipient plasma, et produit un ensemble dat des pistes de neutrons générées. Pour commencer le protocole, supposons que le moteur de conteneurs et la plateforme de visualisation 3D aient tous deux été installés, en suivant le dépôt du projet jusqu’à la machine locale.

Lancez le serveur gestionnaire de flux de travail en utilisant le script shell fourni, qui utilise le moteur conteneur pour déployer une instance portable. Une fois le système en marche, accédez à l’interface web locale pour créer un compte utilisateur administratif et connectez-vous. Naviguez dans les préférences utilisateur pour générer une clé API unique.

Cette clé authentifie la plateforme de visualisation 3D lorsqu’elle appelle le gestionnaire de workflow. Ensuite, configurez la plateforme de visualisation 3D en naviguant vers le fichier correspondant dans le dossier extensions. Ajoutez la clé API à ce fichier de configuration.

Assurez-vous que cette clé privée reste sécurisée et ne soit pas engagée dans des dépôts publics. Ensuite, configurez la plateforme de visualisation 3D en naviguant dans le menu des extensions, en cliquant sur l’icône des paramètres, puis en ajoutant le chemin local du dossier d’extension depuis le dépôt cloné. Enfin, activez l’extension.

L’option de chargement automatique pouvait être sélectionnée pour être automatiquement activée lors du relancement. Pour exécuter un outil unique, les fichiers d’entrée doivent d’abord être téléchargés sur le service. Créez une nouvelle histoire et donnez-lui un nom.

Les historiques agissent comme des espaces de travail séparés pour chaque ensemble d’outils ou de flux de travail exécutés. Cliquez sur le bouton Téléverser. Sélectionnez les jeux de données de géométrie et de configuration CAO requis parmi les fichiers d’exemple du dépôt et cliquez sur Démarrer.

Les entrées apparaîtront dans le panneau Historique à droite de l’écran. Naviguez jusqu’à l’outil de simulation Monte Carlo requis dans le panneau de gauche et cliquez dessus. Sélectionnez les ensembles de données d’entrée pertinents à partir de l’historique actuel et exécutez l’outil en cliquant sur exécuter.

Les sorties passent de l’orange, indiquant qu’elles sont en cours de traitement, au vert, indiquant qu’elles ont terminé. Le gris est utilisé pour surligner les étapes en attente et le rouge pour les étapes ratées. La première exécution peut prendre plus de temps car l’image du conteneur de l’outil est téléchargée.

Les courses suivantes devraient être plus rapides. Une fois l’outil terminé, les résultats de la simulation peuvent être consultés. Cliquez sur le jeu de données du ratio de reproduction du tritium dans le panneau historique pour l’étendre.

Cela affiche le rapport calculé par la simulation neutronique et l’erreur statistique associée. Les outils sont plus utiles lorsqu’ils sont utilisés dans des flux de travail, qui permettent d’appeler plusieurs outils en une seule invocation et de contrôler automatiquement le flux de données entre outils. Pour reproduire le pipeline d’analyse précédent, cliquez sur Workflows, puis créez et nommez un nouveau workflow.

Importez les outils du panneau Outils en cliquant dessus. Puis ajouter deux jeux de données en entrée et les nommer. Lorsque tous les outils et entrées sont sur la toile, joignez-les ensemble en cliquant et en glissement pour connecter la sortie d’une étape à l’entrée de la suivante, définissant ainsi le flux des données.

Sauvegardez le flux de travail à l’aide de l’icône en haut à droite. Le flux de travail est exécuté de manière très similaire à un seul outil. Accédez à l’onglet Workflows dans la barre du haut et cliquez sur l’icône exécuter dans le nouveau workflow.

Sélectionnez les jeux de données d’entrée correspondants, puis cliquez sur Exécuter le flux de travail. Cela exécute toutes les étapes qui étaient précédemment exécutées manuellement, enregistrant ainsi les sorties intermédiaires dans l’historique. La course peut être vérifiée en inspectant les fichiers de sortie ou en affichant le ratio de reproduction du tritium dans l’interface.

Pour exécuter des flux de travail depuis la plateforme de visualisation 3D, les fichiers de sortie doivent d’abord être convertis dans un format 3D compatible. Créez un flux de travail qui reflète le précédent mais avec des étapes supplémentaires. Une conversion du format de piste en USD et une conversion du format CAD en USD via des étapes intermédiaires.

Sauvegardez ce flux de travail. Ouvrez la plateforme 3D Metavers. L’extension activée devrait être disponible dans la fenêtre de vue.

Docke-le sur le côté. Cliquez sur Obtenir des flux de travail pour obtenir la liste des flux de travail disponibles depuis l’instance connectée. Sélectionnez le nouveau flux de travail avec les étapes de conversion en USD et cliquez sur Obtenir des entrées.

Les entrées définies pour ce flux de travail apparaîtront. Sélectionnez la géométrie CAO standard et les fichiers de configuration pour chacun. Ensuite, cliquez sur Exécuter le flux de travail.

Une fois le flux de travail terminé, une notification apparaît dans la fenêtre d’information de l’extension. Cliquez sur Actualiser sous le gestionnaire de fichiers pour voir la liste des instances de workflow complétées. Sélectionnez l’instance actuelle.

Rafraîchir à nouveau pour récupérer la liste des fichiers. Choisissez les fichiers à consulter et cliquez sur Tirer le fichier. Les fichiers 3D se chargent dans la fenêtre principale et les fichiers textuels apparaissent dans la fenêtre d’information.

Une simulation réussie générera une sortie du ratio d’élevage du tritium. Comme il s’agit d’un processus stochastique utilisant un échantillon de petite taille pour la vitesse, la valeur attendue selon la configuration standard fournie dans le dépôt devrait être d’environ 0,76, avec une variance de plus ou moins 0,01. Augmenter le nombre de lots et de particules dans l’entrée de configuration réduit cette diffusion au prix de temps d’exécution plus longs.

Une exécution réussie produit également un ensemble de fichiers de visualisation convertis, la géométrie CAO et les pistes neutroniques, chacun dans un format compatible avec la plateforme de visualisation 3D. Ces éléments peuvent être téléchargés et inspectés dans un visualiseur externe ou directement intégrés à la plateforme de visualisation 3D. Cette méthode démontre comment des chercheurs experts du domaine peuvent intégrer des outils de simulation dans des flux de travail automatisés pour des expériences virtuelles 3D.

Cette approche soutient les principes de données FAIR, les historiques d’exécution capturent les métadonnées complètes de Providence, et les outils sont emballés dans des conteneurs contrôlés par version, rendant le pipeline d’analyse à la fois reproductible et partageable. Bien que le gestionnaire de flux de travail lui-même puisse être exécuté localement sur du matériel standard, l’utilisation du moteur complet de lancer de rayons de la plateforme de virtualisation 3D nécessite une carte graphique RTX haute performance compatible.