CR du GT visualisation du 09/12/04
Au cours de l'année, le Groupe de Travail "Visualisation" aura comme objectifs :- Suivre l'évolution des différents outils de visualisation en cours d'élaboration au sein du projet CALVI :
- Thèse de Matthieu Haefele : visualisation 4D avec différentes projections, visualisation de trajectoires de particules données.
- Suite du travail de Christophe Mion par Florence Zara : portage de l'application de visualisation 4D sur le workbench avec la réalisation d'une visu volumique.
- TER d'Eric Violard, Guillaume Latu et Matthieu Haefele :
visualisation de structures 4D avec OpenDX.
- Stagiaire de Jean-Michel Dischler, Matthieu Haefele, Florence
Zara : implantation de techniques existantes de visu de
données multi-dimensionnelles et de maillages
multi-dimensionnels.
- DEA de Jean-Michel Dischler et Florence Zara : parallélisation de l'outil de visu 4D pour traiter une grande masse de données.
- Accélérateur de particules virtuel avec modélisation 3D du Tokamak et visualisation du plasma au sein du réacteur.
- Autres travaux envisagés ?
- Collaboration avec le LORIA :
- Equipement et travaux de visualisation déjà réalisés au sein du Loria ?
- Salle de RV, environnement de RV, travaux sur la visualisation haute-performance sur cluster de PCs, ...
- Portabilité possible des codes entre le workbench du CECPV de Strasbourg et la salle de RV du Loria ?
- Travaux communs possibles ?
- Analyser les besoins à long terme des physiciens en terme de visualisation :
- Quels outils pourraient aider à la compréhension du phénomène ?
- Différents exposés pourront être réalisés au cours de l'année :
- Etat de l'art des techniques de visualisations multi-dimensionnelles (Matthieu Haefelé, Florence Zara, Jean-Michel Dischler).
- Etat de l'art des méthodes de visualisation existantes dédiées à la simulation de plasma.
- Etat de l'art des techniques de visualisation volumique (Stéphane Marchesin).
- Méthodes de compression dédiés à la visualisation (Matthieu Haefelé, Florence Zara, Jean-Michel Dischler).
- Elaboration de plugin pour le logiciel SCILAB pour à terme intégrer nos contributions (fluide, particules, visu volumique) (Bruno Pinçon ?)
- Méthode de visualisation des fluides (Olivier Génevaux).
- Parallélisation d'une méthode de visualisation volumique (Stéphane Marchesin).
- Exposés sur les travaux réalisés au sein du Loria
- ...
Différents points ont été abordés au sein de ce groupe de travail :
- Récapitulatif de l'outil de visualisation 4D de Christophe Mion
Cet outil permet de visualiser en temps
réel la fonction de distribution f dans l'espace des phases
à deux dimensions physiques. Nous devons donc visualiser des
données 4D+t dépendants des variables x, y, vx, et vy.
Pour cela une première visualisation est réalisée
dans un espace d'intégration donné par exemple (x,y).
Chaque case de cet espace représente alors la distribution
moyenne dans le sous-espace (vx, vy).
Une loupe a été mise en place afin de voir en détails une partie de l'espace d'intégration. Au sein de cette loupe, les sous-espaces sont visualisés à l'aide de carte de hauteurs réalisées à différents niveaux de résolution : au centre de la loupe la même résolution que la grille initiale est appliquée, puis cette résolution décroit quand les sous-espaces se rapprochent des bords de la loupe.
Une compression des données par ondelettes de Haar est également associée à l'affichage multi-résolution, permettant d'assurer un temps interactif de visualisation de l'ensemble des données relatifs à plusieurs pas de temps.
Au final, la fonction de distribution est entièrement visualisée pour un pas de temps donné à différents niveaux de précisions.
Note : un rapport de recherche INRIA est en cours de rédaction ("Interactive out-of-core visualisation of 4D+t plasma data" - Christophe Mion, Florence Zara, Jean-Michel Dischler).
Une loupe a été mise en place afin de voir en détails une partie de l'espace d'intégration. Au sein de cette loupe, les sous-espaces sont visualisés à l'aide de carte de hauteurs réalisées à différents niveaux de résolution : au centre de la loupe la même résolution que la grille initiale est appliquée, puis cette résolution décroit quand les sous-espaces se rapprochent des bords de la loupe.
Une compression des données par ondelettes de Haar est également associée à l'affichage multi-résolution, permettant d'assurer un temps interactif de visualisation de l'ensemble des données relatifs à plusieurs pas de temps.
Au final, la fonction de distribution est entièrement visualisée pour un pas de temps donné à différents niveaux de précisions.
Note : un rapport de recherche INRIA est en cours de rédaction ("Interactive out-of-core visualisation of 4D+t plasma data" - Christophe Mion, Florence Zara, Jean-Michel Dischler).
- Nouvelle visualisation 4D de
Matthieu Haefele
L'idée de ce nouvel outil de
visualisation serait de ne visualiser qu'un sous-espace en même
temps selon un point fixé dans l'espace d'intégration, et
non la totalité des sous-espaces dans une unique fenêtre
d'affichage. A cela il faut rajouter la possibilité de
sélectionner un certains nombres de particules tests (pas plus
de 500) pour lesquelles l'équation du mouvement serait
résolue afin de visualiser leurs évolutions au cours du
temps. Pour cela, il est nécessaire de récupérer
les informations relatives aux champs permettant de calculer les forces
impliquées dans l'équation de Newton. Ensuite deux
intégrations successives seront nécessaires pour
retrouver les vitesses et positions des particules
sélectionnées.
L'observation des trajectoires de
quelques particules tests semble très intéressante pour
les physiciens, permettant notamment d'observer les cohérence de
mouvement, l'apparition de chaos ou encore de suivre l'évolution
d'une particule qui se fait piéger par d'autres particules. Par
ailleurs, il semble également intéressant de visualiser
les trajectoires d'une même particule mais ayant des vitesses
initiales différentes, ou encore de visualiser des particules
ayant les mêmes vitesses initiales mais avec une position de
départ différente.
- Simulation
réalisée au CEA de Cadarache par Virginie Grandgirard
Des simulations sont actuellement
réalisées au CEA à partir d'une description
géocinétique. Les données dépendent alors
de 4 paramètres physiques : r, theta, phi et de la vitesse
parallèle aux lignes de champs. La fonction de distribution
dépend également d'un paramètre
complémentaire µ fixé pour
l'intégralité de la simulation. Ce paramètre est
pour le moment initialisé à zéro. La fonction de
distribution peut ainsi être notée : f_µ(r,theta,
phi, v//).
La visualisation pourrait être
réalisée selon le même principe que celui
énoncé par matthieu Haefele. Ou bien il serait sans doute
intéressant de réaliser un rendu volumique de ce types de
données en portant une attention toute particulière
à l'élaboration de la fonction de transfert qui devra
permettre de faire ressortir les zones pertinentes du
phénomène physique, tout en permettant l'extraction en
temps réel des équi-potentiels. Il serait
également pertinent de visualiser l'évolution au cours du
temps des champs de forces (vecteur 3D) dépendant des
paramètres r, theta et phi.
Pour le moment, les physiciens se restreignent à la visualisation de données 2D en regroupant les variables phi et v//. Seules des potentiels sont ainsi visualisés. Les coupes 2D sont visualisées au sein du logiciel Matlab, et des iso-potentiels 3D sont visualisés à l'aide de VTK.
Il est à noter que l'exécution de ces simulations durent plusieurs jours et que périodiquement des résultats sont récupérés en cours d'exécution afin de vérifier le bon déroulement de la simulation.
Pour le moment, les physiciens se restreignent à la visualisation de données 2D en regroupant les variables phi et v//. Seules des potentiels sont ainsi visualisés. Les coupes 2D sont visualisées au sein du logiciel Matlab, et des iso-potentiels 3D sont visualisés à l'aide de VTK.
Il est à noter que l'exécution de ces simulations durent plusieurs jours et que périodiquement des résultats sont récupérés en cours d'exécution afin de vérifier le bon déroulement de la simulation.
- Simulation d'Alain Ghizzo
Alain Ghizzo s'intéresse
à simuler les interactions entre un matériel et un laser.
Cette simulation engendre des problèmes de
multi-échelles. En effet, ces simulations sont par exemple
réalisées dans un espace 64 x 64 x 32 000,
c'est-à-dire des espaces ayant une direction
énormément plus raffinée que les autres. Pour le
moment, ils effectuent seulement la visualisation de différentes
courbes. Il serait donc intéressant de réaliser une
méthode de visualisation adaptée à ce
problème.
- Intéret d'une simulation interactive ?
Pour le moment les outils de
visualisation effectuent le traitement des données qu'une fois
les simulations terminées. Il n'y a donc aucune
interactivité entre la visualisation et la simulation. Or un des
buts de la visualisation réside dans son aide au
déboggage des simulations. Nous pourrions imaginer ainsi pouvoir
changer en cours de simulation la taille des pas de temps
employés (pour le passage entre une méthode adaptative et
une sur grille régulière), ou bien les champ
impliqués.
- Problème de stockage rencontré par la simulation du CEA
Pour le moment aucune compression de
données n'est réalisée sur les données
issues des simulations. Elles sont donc stockées telles qu'elles
(15 chiffres significatifs), en sachant qu'un pas de temps
nécessite environ 2Go. Il devient dès lors presque urgent
de penser à élaborer une compression adaptées
à ces données. Il est à noter qu'il existe
différentes échelles de valeurs intéressantes,
c'est pourquoi la compression devra être réalisée
sur la mantisse et non pas sur le chiffre lui-même.
- Apport d'outils de visualisation pour les physiciens
Pour le moment les informaticiens ne
peuvent élaborer leurs méthodes dans le seul but de
répondre aux attentes des physiciens. Les méthodes
de visualisations sont ainsi réalisées sur des
plate-formes de visualisation haute-performance. Une version
dégradée pourra être employée sur les
stations de travail des physiciens, qui pourront accéder
ponctuellement à un centre de Réalité Virtuelle.
- Logiciels de visualisation existants
Pour le moment il n'existe aucun outil
graphique au sein du logiciel Scilab. C'est pouquoi, les physiciens
utilisent généralement Matlab, OpenDX ou VTK pour
afficher leurs données. Peut-être faudrait-il
élaborer des plugins pour Scilab ?
- Plate-forme CALVI
Il est à noter l'existence d'une
plate-forme élaborée en 3 ans par EDF (http://mocad.cstb.fr/SALOME.htm).
- Récupération des données des différentes simulations
Contacts pour récupérer
les données des simulations :
Le problème réside dans
le stockage des données issues de différentes
simulations. Il faudrait ainsi mettre en place en espace disque
dédié à ces données. Il est possible de le
faire à l'INRIA mais aucun des informaticiens n'y a, à
l'heure actuelle, de compte... Il faudrait voir si il reste de la place
sur la machine paralléle du CECPV ou bien au Loria par
l'intermédiaire de Christophe Mion.
Le problème suivant concerne le format des fichiers de données. Apparemment il n'existe aucun format standard en physique (à vérifier pour les US ?). De plus est-ce qu'il faut compresser ces données avant de les stocker sur le disque CALVI ou bien la compression sera effectuée qu'en phase de pré-traitement de la visualisation. Si une compression est adoptée, il faut également voir si nous adoptons une compression "maison" ou bien si nous nous servons d'un standard ?
Le problème suivant concerne le format des fichiers de données. Apparemment il n'existe aucun format standard en physique (à vérifier pour les US ?). De plus est-ce qu'il faut compresser ces données avant de les stocker sur le disque CALVI ou bien la compression sera effectuée qu'en phase de pré-traitement de la visualisation. Si une compression est adoptée, il faut également voir si nous adoptons une compression "maison" ou bien si nous nous servons d'un standard ?
- Collaboration extérieure
Il serait intéressant de faire
passer Virginie Grandgirard du CEA de Cadarache en tant que
collaboratrice extérieur au sein du projet CALVI. Cela
faciliterait la diffusion des données issues des simulations du
CEA.
- Prochain Groupe de Travail Visualisation
Le prochain groupe de travail
visualisation devrait avoir lieu en février.
- Prochaine Journée CALVI
La prochaine journée CALVI aura
lieu le jeudi 20 janvier (14h-17h30). Il pourrait y avoir un groupe de
travail le matin ?
