دمج سير عمل المحاكاة الآلية مع التصور ثلاثي الأبعاد للتجارب الافتراضية في الميتافيرس

دمج سير عمل المحاكاة الآلي مع التصوير ثلاثي الأبعاد للتجارب الافتراضية في الميتافيرس. سير العمل هو سلسلة من الأدوات التي تحدد تدفق البيانات بينها. في العديد من التجارب الافتراضية، يقوم الباحثون يدويا بربط عدة أدوات محاكاة ومعالجة، مما يتوسع بشكل ضعيف ويعيق قابلية التكرار.

تحل سير العمل هذه المشكلة لأنها مجردة، مؤتمتة، قابلة للتوسع، قابلة للنقل، قابلة للمشاركة، وقابلة للاستشارة. تسمح هذه الرموز بتغليف رموز المحاكاة الحالية وخطوات المعالجة في أدوات متاحة في واجهة سهلة الاستخدام. يمكن بعد ذلك ربط هذه الأنظمة معا وإعادة تكوينها دون إنشاء سكريبتات أتمتة مخصصة يدويا.

يمكن أيضا مشاركة الأدوات، مما يقلل الحاجة لتعلم واجهات جديدة ويسمح للباحثين بالتركيز بدلا من ذلك على تكوين المحاكاة وتفسير النتائج. يظهر هذا البروتوكول نشر مدير سير عمل محلي في الحاويات. في هذا التكوين، يتفاعل المستخدم النهائي مع منصة التصور ثلاثي الأبعاد كواجهة أمامية.

الرابط مع سير العمل يأتي في شكل إضافة بسيطة للبايثون تقوم باستدعاءات API إلى مدير سير العمل لتشغيل المحاكاة واستقبال النتائج، وكل ذلك من داخل منصة التصور. النظام المعروض هنا عام بطبيعته ويمكن تطبيقه في أي تطبيق تقريبا حيث تجرى خطوات المحاكاة والمعالجة. في هذه الدراسة الحالة، يتم استخدام محاكاة نيوترونية بسيطة في سياق محطة طاقة الاندماج الاندماجي.

في مفاعل الاندماج، يندمج الديوتيريوم والتريتيوم معا لإنتاج الطاقة والنيوترونات. الديوتيريوم هو نظير طبيعي للهيدروجين، لكن يجب أن ينتج التريتيوم بواسطة المفاعل نفسه باستخدام النيوترونات الناتجة عن أحداث الاندماج. لمحاكاة النيوترونات المنتجة، يستخدم رمز محاكاة مونت كارلو يتبع النيوترونات حول المفاعل، ويطبق تفاعلات عشوائية مع المادة أثناء مرورها.

كمقياس مقارن، يتم حساب مؤشر أداء رئيسي يسمى نسبة تكاثر التريتيوم، والذي يوفر نسبة التريتيوم الناتج عن تفاعلات النيوترونات إلى كمية التريتيوم المستهلكة في التفاعل. تستخدم المحاكاة هندسة CAD بسيطة تعتمد على شكل التوكاماك الكروي لنمذجة كمية التريتيوم الناتجة عن البطانية التي تلتف حول وعاء البلازما، وتخرج مجموعة dat من مسارات النيوترونات المولدة. لبدء البروتوكول، افترض أن محرك الحاوية ومنصة التصور ثلاثي الأبعاد قد تم تركيبهما، متبعين مستودع المشروع إلى الجهاز المحلي.

شغل خادم مدير سير العمل باستخدام سكريبت shell المرفق، الذي يستخدم محرك الحاويات لنشر نسخة محمولة. بمجرد تشغيل النظام، يمكنك الوصول إلى واجهة الويب المحلية لإنشاء حساب مستخدم إداري وتسجيل الدخول. انتقل إلى تفضيلات المستخدم لإنشاء مفتاح واجهة برمجة تطبيقات فريد.

يقوم هذا المفتاح بالتحقق من صحة منصة التصور ثلاثي الأبعاد عندما يتصل بمدير سير العمل. بعد ذلك، قم بتكوين منصة التصور ثلاثي الأبعاد من خلال التنقل إلى الملف المعني في مجلد الإضافات. أضف مفتاح API إلى ملف التكوين هذا.

تأكد من بقاء هذا المفتاح الخاص آمنا وغير ملتزم بالمستودعات العامة. بعد ذلك، قم بتكوين منصة التصور ثلاثي الأبعاد عن طريق التنقل إلى قائمة الإضافات، والنقر على أيقونة الإعدادات، وإضافة المسار المحلي لمجلد الامتداد من المستودع المستنسخ. وأخيرا، فعل الامتداد.

يمكن اختيار خيار التحميل التلقائي بحيث يتم تفعيله تلقائيا عند إعادة التشغيل. لتشغيل أي أداة واحدة، يجب أولا رفع ملفات الإدخال إلى الخدمة. أنشئ تاريخا جديدا واسمه بعين الاعتبار.

تعمل السجلات كمساحات عمل منفصلة لكل مجموعة أدوات أو سير عمل يتم تشغيلها. اضغط على زر الرفع. اختر مجموعات بيانات هندسة وتكوين CAD المطلوبة من ملفات الأمثلة في المستودع واضغط على ابدأ.

ستظهر المدخلات في لوحة التاريخ على الجانب الأيمن من الشاشة. انتقل إلى أداة محاكاة مونتي كارلو المطلوبة على اللوحة اليسرى وانقر عليها. اختر مجموعات بيانات الإدخال ذات الصلة من السجل الحالي وشغل الأداة بالنقر على التنفيذ.

ستتغير المخرجات من البرتقالي، مما يدل على أنهم في طور المعالجة، إلى اللون الأخضر، مما يدل على الانتهاء. يستخدم الرمادي لتمييز الخطوات المعلقة والأحمر للخطوات الفاشلة. قد يستغرق التشغيل الأول وقتا أطول لأن صورة الحاوية الخاصة بالأدوات يتم تنزيلها.

يجب أن تكون الجولات التالية أسرع. بمجرد انتهاء تشغيل الأداة، يمكن عرض نتائج المحاكاة. انقر على مجموعة بيانات نسبة تكاثر التريتيوم في لوحة التاريخ لتوسيعه.

يعرض هذا النسبة المحسوبة بواسطة المحاكاة النيوترونية والخطأ الإحصائي المرتبط بها. تكون الأدوات أكثر فائدة عند استخدامها في سير العمل، حيث تسمح باستدعاء عدة أدوات في استدعاء واحد والتحكم تلقائيا في تدفق البيانات بين الأدوات. لتكرار خط أنابيب التحليل السابق، انقر على سير العمل، ثم أنشئ وتسم سير عمل جديد.

استورد الأدوات إلى لوحة الأدوات بالنقر عليها. ثم أضف مجموعتين بيانات كمدخلات وذكر أسمائهما. عندما تكون جميع الأدوات والمدخلات على القماش، قم بدمجها معا عن طريق النقر والسحب لربط مخرجات خطوة بإدخال الخطوة التالية، مما يحدد تدفق البيانات.

احفظ سير العمل باستخدام الأيقونة في أعلى اليمين. يتم تشغيل سير العمل بطريقة مشابهة لأداة واحدة. انتقل إلى تبويب سير العمل في الشريط العلوي وانقر على أيقونة التشغيل في سير العمل الجديد.

اختر مجموعات بيانات الإدخال المقابلة، ثم اضغط على تشغيل سير العمل. هذا ينفذ جميع الخطوات التي كانت تشغل يدويا سابقا، مما يوفر مخرجات وسيطة في التاريخ. يمكن التحقق من السلسلة من خلال فحص ملفات الإخراج أو عرض نسبة تكاثر التريتيوم في الواجهة.

لتشغيل سير العمل من منصة التصور ثلاثي الأبعاد، يجب أولا تحويل ملفات الإخراج إلى صيغة ثلاثية الأبعاد متوافقة. أنشئ سير عمل يعكس السير السابق ولكن مع خطوات إضافية. تحويل صيغة المسار إلى الدولار الأمريكي وتحويل صيغة CAD إلى الدولار الأمريكي عبر خطوات وسيطة.

احفظ هذا سير العمل. افتح منصة الميتافيرس ثلاثية الأبعاد. يجب أن يكون الامتداد المفعل متاحا في نافذة العرض.

ضعها على جانب واحد. انقر على الحصول على سير العمل لسحب قائمة سير العمل المتاحة من النسخة المتصلة. اختر سير العمل الجديد الذي تم إنشاؤه مع خطوات التحويل إلى الدولار الأمريكي واضغط على الحصول على المدخلات.

ستظهر المدخلات المعرفة لهذا سير العمل. اختر ملفات هندسة CAD القياسية وملفات التكوين لكل منها. ثم اضغط على تشغيل سير العمل.

بمجرد اكتمال سير العمل، يظهر إشعار في نافذة المعلومات الخاصة بالامتداد. انقر على تحديث تحت مدير الملفات لعرض قائمة مثيلات سير العمل المكتملة. اختر النسخة الحالية.

قم بتحديث الملفات مرة أخرى لاسترجاع قائمة الملفات. اختر الملفات التي ستعرضها واضغط على سحب الملف. يتم تحميل الملفات ثلاثية الأبعاد إلى نافذة العرض الرئيسية وتظهر الملفات النصية في نافذة المعلومات.

سيؤدي تشغيل محاكاة ناجح إلى إنتاج نسبة تربية التريتيوم. وبما أن هذه عملية عشوائية تستخدم عينة صغيرة للسرعة، يجب أن تكون القيمة المتوقعة باستخدام التكوين القياسي المقدم في المستودع تقريبا 0.76، مع تباين زائد أو ناقص 0.01. زيادة عدد الدفعات وعدد الجسيمات في مدخل التكوين تقلل من هذا التشتت على حساب أوقات تشغيل أطول.

كما ينتج عن النجاح مجموعة من ملفات التصور المحولة، وهندسة CAD، ومسارات النيوترونات، كل منها بصيغة متوافقة مع منصة التصور ثلاثي الأبعاد. يمكن تحميل هذه الصور وفحصها في عارض خارجي أو سحبها مباشرة إلى منصة التصوير ثلاثي الأبعاد. توضح هذه الطريقة كيف يمكن للباحثين الخبراء في المجال دمج أدوات المحاكاة في سير عمل آلي للتجارب الافتراضية ثلاثية الأبعاد.

يدعم هذا النهج مبادئ بيانات FAIR، حيث تلتقط سجلات التشغيل بيانات وصفية كاملة لبروفيدنس، ويتم تغليف الأدوات في حاويات يتم التحكم بها بالإصدارات، مما يجعل خط التحليل قابلا للتكرار والمشاركة. بينما يمكن تشغيل مدير سير العمل نفسه محليا على الأجهزة العادية، فإن استخدام محرك تتبع الأشعة الكامل في منصة الافتراضية ثلاثية الأبعاد يتطلب بطاقة رسوميات RTX عالية الأداء متوافقة.