Интеграция автоматизированных рабочих процессов симуляции с 3D-визуализацией для виртуальных экспериментов в метавселенной

Интеграция автоматизированных рабочих процессов симуляции с 3D-визуализацией для виртуальных экспериментов в Метавселенной. Рабочий процесс — это цепочка инструментов, определяющих поток данных между ними. Во многих виртуальных экспериментах исследователи вручную соединяют несколько инструментов моделирования и обработки, что плохо масштабируется и затрудняет воспроизводимость.

Рабочие процессы решают эту проблему, потому что они абстрактны, автоматизированные, масштабируемые, портативные, делимые и цитируемые. Они позволяют интегрировать существующие коды симуляции и этапы обработки в инструменты, доступные в удобном интерфейсе. Затем их можно связать и перенастроить без ручного создания индивидуальных скриптов автоматизации.

Инструменты также можно делить, что снижает необходимость изучать новые интерфейсы и позволяет исследователям сосредоточиться на настройке симуляций и интерпретации результатов. Этот протокол демонстрирует развертывание локально контейнеризованного менеджера рабочих процессов. В этой конфигурации конечный пользователь взаимодействует с платформой 3D-визуализации в качестве фронтенда.

Ссылка на рабочие процессы представлена в виде лёгкого расширения на Python, которое вызывает API-запросы менеджера рабочих процессов для запуска симуляций и получения результатов — всё это из платформы визуализации. Представленная здесь система по своей природе является общей и может применяться практически в любом приложении, где выполняются этапы моделирования и обработки. Для этого кейса используется простая нейтронная симуляция в контексте термоядерной электростанции.

В термоядерном реакторе дейтерий и тритий сплавляются для получения энергии и нейтронов. Дейтерий — это естественный изотоп водорода, но тритий должен производиться самим реактором с помощью нейтронов, образующихся в результате синтеза. Для моделирования образующихся нейтронов используется код моделирования Монте-Карло, который следует за нейтронами вокруг реактора, применяя случайные взаимодействия с материалом при их прохождении.

В качестве сравнительной меры рассчитывается ключевой показатель эффективности, называемый коэффициентом размножения трития, который определяет отношение трития, образуемого в результате взаимодействия нейтронов, к количеству трития, потребляемого в реакции. Симуляция использует простую геометрию CAD, основанную на сферической форме токамака, для моделирования количества трития, образующегося одеялом, обворачивающим плазменный сосуд, и выводит DAT-набор сгенерированных нейтронных следов. Для запуска протокола предположим, что контейнерный движок и платформа 3D-визуализации оба установлены после репозитория проекта в локальную машину.

Запустите сервер менеджера рабочих процессов с использованием предоставленного shell-скрипта, который использует контейнерный движок для развертывания портативного экземпляра. После запуска системы получите доступ к локальному веб-интерфейсу, чтобы создать административную учётную запись и войти. Перейдите в пользовательские предпочтения, чтобы создать уникальный API-ключ.

Этот ключ аутентифицирует платформу 3D-визуализации при вызове менеджера рабочих процессов. Далее настройте платформу 3D-визуализации, перейдя к соответствующему файлу в папке расширений. Добавьте ключ API в этот конфигурационный файл.

Убедитесь, что этот приватный ключ остаётся в безопасности и не привязан к публичным хранилищам. Далее настройте платформу 3D-визуализации, перейдя в меню расширений, нажав на значок настроек и добавив локальный путь папки расширения из клонированного репозитория. Наконец, включите расширение.

Опцию автозагрузки можно было выбрать так, чтобы она автоматически включалась при повторном запуске. Для запуска любого отдельного инструмента сначала необходимо загрузить в сервис входные файлы. Создайте новую историю и назовите её.

Истории выступают как отдельные рабочие пространства для каждого набора инструментов или рабочих процессов. Нажмите кнопку «Загрузить». Выберите необходимые наборы данных CAD, геометрию и конфигурацию из примерных файлов в репозитории, и нажмите Start.

Входные данные будут отображаться в панели История справа на экране. Перейдите к необходимому инструменту симуляции Монте-Карло на левой панели и нажмите на него. Выберите соответствующие наборы входных данных из текущей истории и запустите инструмент, нажав «выполнить».

Выходы меняются с оранжевого, что означает процесс, на зелёный, что они закончили. Серый используется для выделения ожидающих шагов, а красный — для неудачных шагов. Первый запуск может занять больше времени, так как скачивается образ контейнера инструмента.

Последующие заезды должны быть быстрее. После завершения работы инструмента можно просмотреть результаты симуляции. Нажмите на набор данных по коэффициенту размножения трития в исторической панели, чтобы расширить его.

Это отображает отношение, рассчитанное нейтронным моделированием, и сопутствующую статистическую ошибку. Инструменты более полезны в рабочих процессах, которые позволяют вызывать несколько инструментов в одном вызове и автоматически управлять потоком данных между ними. Чтобы воспроизвести предыдущий аналитический конвейер, нажмите на Workflows, затем создайте и назовите новый рабочий процесс.

Импортируйте инструменты для панели инструментов, кликнув по ним. А затем добавьте два набора данных в качестве входных данных и наименуйте их. Когда все инструменты и входные данные находятся на холсте, объедините их кликом и перетаскиванием для соединения выхода одного шага с входом следующего, определяя поток данных.

Сохраняйте рабочий процесс, используя значок в правом верхнем углу. Рабочий процесс работает примерно так же, как и один инструмент. Перейдите на вкладку «Рабочие процессы» в верхней панели и нажмите на значок запуска на новом рабочем процессе.

Выберите соответствующие входные наборы данных, затем нажмите «Запустить рабочий процесс». Это выполняет все ранее выполненные вручную этапы, сохраняя промежуточные выходы в историю. Проверка запуска может быть проверена, проверив выходные файлы или отобразив коэффициент размножения трития в интерфейсе.

Для запуска рабочих процессов с платформы 3D-визуализации выходные файлы сначала должны быть преобразованы в совместимый 3D-формат. Создайте рабочий процесс, который будет повторять предыдущий, но с дополнительными шагами. Конвертация формата трека в USD и конвертация формата CAD в USD через промежуточные этапы.

Сохраните этот рабочий процесс. Откройте платформу 3D Метавселенной. Включенное расширение должно быть доступно в вьюпорте.

Пристыкуй его в сторону. Нажмите «Получить рабочие процессы», чтобы получить список доступных рабочих процессов из подключённого экземпляра. Выберите новый рабочий процесс с шагами конвертации в USD и нажмите «Получить входные данные».

Входные данные, определённые для этого рабочего процесса, будут отображаться. Выберите стандартные CAD-геометрии и конфигурационные файлы для каждого из них. Затем нажмите «Запустить рабочий процесс».

После завершения рабочего процесса в информационном окне расширения появляется уведомление. Нажмите «Обновить» в файловом менеджере, чтобы просмотреть список завершённых экземпляров рабочих процессов. Выберите текущий экземпляр.

Обновите файлы ещё раз, чтобы получить список файлов. Выберите файлы для просмотра и нажмите Pull File. 3D-файлы загружаются в основное окно просмотра, а текстовые файлы появляются в информационном окне.

Успешный симуляционный запуск даст результат коэффициента селекции трития. Поскольку это стохастический процесс с небольшой выборкой для получения скорости, ожидаемое значение по стандартной конфигурации, предоставленной в репозитории, должно составлять примерно 0,76 с дисперсией плюс-минус 0,01. Увеличение количества пакетов и частиц в конфигурационных входах уменьшает это рассеяние за счёт увеличения времени выполнения.

Успешный запуск также приводит к набору конвертированных файлов визуализации, геометрии CAD и нейтронных дорожек, каждый из которых выполнен в формате, совместимом с платформой 3D-визуализации. Их можно скачать и просмотреть во внешнем просмотре или перенести напрямую в платформу 3D-визуализации. Этот метод демонстрирует, как эксперты-исследователи могут интегрировать инструменты моделирования в автоматизированные рабочие процессы для 3D-виртуальных экспериментов.

Подход поддерживает принципы FAIR данных, истории запусков фиксируют полные метаданные провиденса, а инструменты упакованы в контейнеры с контролем версий, что делает конвейер анализа воспроизводимым и доступным для обмена. Хотя сам менеджер рабочих процессов можно запускать локально на стандартном оборудовании, использование полного движка трассировки лучей платформы 3D-виртуализации требует совместимой высокопроизводительной видеокарты RTX.