IDL pozwala Los Alamos National Lab wizualizować kompleksowe dane fizyki atomowej

Opis problemu

Zespół Teorii Atomowej i Optycznej (T-4) w Los Alamos National Laboratory generuje gigabajty danych za pomocą wielu programów, które obliczają absorpcję promieniowania przez materiały w różnych warunkach fizycznych. Fizycy z zespołu T-4 potrzebowali sposobu na zorganizowanie danych, tak by mogły one być łatwo interpretowane, co pozwoli naukowcom diagnozować błędy w generowaniu danych, a następnie poprawiać modele fizyczne.

Zrealizowane rozwiązanie

Aby pomóc zespołowi rozwiązać ich wyzwanie w zakresie wizualizacji danych, Leslie Welser-Sherrill zbudowała OVID (Opacity Visualization in Detail), narzędzie do wizualizacji zaprojektowane w celu zbadania różnych wielkości fizycznych wyjściowych z kodów kryjących (opacity codes). Welser-Sherrill została wprowadzona do grupy jako absolwentka, której zadaniem było zbudowanie narzędzia dla T-4, która potrzebowała lepszej interaktywnej drogi do wizualizacji zestawów danych wygenerowanych w Fortranie.
Zespół T-4 wcześniej opierał się na manualnym wydobywaniu danych ze złożonych plików i kreśleniu ich przy użyciu prostych procedur kreślenia.

Welser-Sherrill, która biegle nauczyła się posługiwać IDL podczas studiowania fizyki, rozpoczęła ścisłą współpracę z fizykami w T-4, by zidentyfikować rodzaje wizualizacji, które były potrzebne do analizy i ostateczne funkcje, które byłyby użyteczne w narzędziach do wizualizacji. Od tego czasu, utworzyła ona graficzny interfejs użytkownika, który pozwala fizykom badać powierzchnie obrotowe 3D, obrazy zacienienia 2D, gęstość i ciśnienie. Wybrała ona IDL z uwagi na łatwość programowania i jego zaawansowane funkcje.
"W moim osobistym doświadczeniu, żadnego innego języka programowania nie można porównać z IDL w jego wszechstronności w zakresie naukowych wizualizacji danych. Grupa T-4 uznała, że IDL był idealnym narzędziem do pracy z ich ogromnymi zbiorami danych" powiedziała.

OVID zapewnił możliwości wizualizacji, potrzebnych zespołowi T-4 do wykonania ich analiz, a także pozwolił użytkownikom wykonać badania kilku widm i właściwości jonów z użyciem aplikacji z siedmioma zakładkami o następujących funkcjach:

• Główna zakładka działa jak silnik aplikacji, gdzie zbiory danych mogą być wybierane i podglądane w formie obrotowego obiektu graficznego 3D
• Dane z dwóch kodów można wzajemnie zestawiać obok siebie (side-by-side) w formie obrotowej powierzchni 3D
• Powierzchnia z karty głównej może być oglądana jako obraz 2D
• Dwuwymiarowe wykresy wynikowe mogą być wyświetlane w aplikacji w sześciu małych okienkach, celem ilustracji parametrów przestrzeni
• Kluczowe wykresy 2D mogą być powiększone do dokładniejszych badań
• Możliwość oglądania całkowitych i częściowych populacji jonów
• Wycinek widma może być przeglądany szczegółowo

Dane wyjściowe mogą być wizualizowane za pomocą specjalnego pakietu rozszerzonego języka znaczników (XML). Ponadto, aplikacja jest łatwo dostępna dla każdego, kto posiada licencję runtime IDL przez użyteczne, darmowe narzędzie IDL Virtual Machine, które pozwala użytkownikom skorzystać z OVID bez konieczności kompilacji i interakcji z kodem.

"To było naprawdę przydatne, ponieważ można zbudować zaawansowane narzędzie, a użytkownicy nie muszą się martwić o kod lub platformy, na których są uruchomiane", powiedziała Welser-Sherrill. "Wszystko, co musisz zrobić, to kliknąć na plik wykonywalny oraz załadować zestaw danych i jest on automatycznie formatowany w taki sposób, że narzędzie może je odczytać."

OVID zostało w pełni udokumentowane w pliku pomocy, obejmuje szczegółowo wszystkie aspekty kodu, od tworzenia danych według określonego formatu OVID i tworzenia plików XML do interakcji z każdym oknem graficznego interfejsu użytkownika.

Korzyści

• Programiści nie używający IDL mogą obecnie łatwo zinterpretować złożone dane przy użyciu aplikacji rozproszonych
• Członkowie zespołu nie muszą być zależni od innych, aby obrazować swoje danych
• Aplikacja uruchamiana w środowiskach opartych o Windows ułatwia wykonywanie wielu rodzajów analiz