[論文レビュー] The FRED Event Display: an Extensible HepRep Client for GLAST

M. Frailis, R. Giannitrapani|ArXiv.org|Jun 6, 2003

Interactive and Immersive Displays参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

FRED Event Display は、C++ と Ruby を使用してスクリプト駆動のカスタマイズを可能にする、拡張性のある HepRep ベースの 3D イベント可視化フレームワークであり、GLAST 宇宙線素粒子実験向けに開発されたものである。HepRep を活用して柔軟なデータ交換を実現し、CORBA および XML ソースをサポートする。OpenGL および OpenSceneGraph を用いたハードウェアアクセラレーションによる高パフォーマンスでインタラクティブな 3D レンダリングを実現し、スクリプトおよびプラグインによるエンドユーザー向け GUI や機能拡張のための強力な拡張性を有する。

ABSTRACT

A new graphics client prototype for the HepRep protocol is presented. Based on modern toolkits and high level languages (C++ and Ruby), Fred is an experiment to test applicability of scripting facilities to the high energy physics event display domain. Its flexible structure, extensibility and the use of the HepRep protocol are key features for its use in the astroparticle experiment GLAST.

研究の動機と目的

• 既存のオフラインソフトウェアインfra構造への影響を最小限に抑える、モジュラーで拡張性のある GLAST 宇宙線素粒子実験用イベントディスプレイの開発。
• コアコードを変更せずにエンドユーザーおよび物理学者が GUI 要素、可視化機能、インタラクション動作をカスタマイズできるようにすること。
• HepRep プロトコルに基づくクライアント・サーバー・モデルを用いて、グラフィックス処理ロジックと物理データ処理を分離すること。
• ハイレベルスクリプト言語（Ruby）を用いたインタラクティブで拡張可能なイベントディスプレイ開発の可能性を検証すること。
• クロスプラットフォーム互換性と、複数のデータソース（XML、CORBA、将来の HTTP/RMI）を統合した、1 つの再利用可能なフレームワークとしてのサポートを確保すること。

提案手法

• FRED はパフォーマンスが求められるレンダリングに C++ を、スクリプトおよび GUI 拡張性に Ruby を使用した HepRep クライアントとして実装されている。
• イベントデータ、ジオメトリ、物理的属性を階層的かつ拡張可能なツリー構造にカプセル化することで、HepRep プロトコルを用いてデータを表現している。
• 主なデータソースとして、ローカルの圧縮 XML ファイルと、GAUDI ベースのサーバーへのリモート CORBA 接続をサポートしている。
• OpenGL および OpenSceneGraph を用いたグラフィックスレンダリングにより、ハードウェアアクセラレーションと効率的なシーン管理が実現されている。
• すべての OpenGL 呼び出しはパフォーランスを維持するため C++ でカプセル化されており、HepRep ツリー全体がスクリプトアクセス用に Ruby に公開されている。
• プラグインおよびスクリプトアーキテクチャにより、ユーザーが実行時中に GUI を動的に拡張し、新しいウィジェットを追加し、カスタム可視化ロジックを実装できる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ruby のようなスクリプト言語が、高エネルギー物理学実験用の高パフォーマンス 3D イベントディスプレイにおいてエンドユーザーの拡張性を効果的に実現できるか。
• RQ2 HepRep プロトコルが、イベント可視化のための柔軟かつ実験に依存しないデータ交換標準として、どの程度の適性を持つのか。
• RQ3 HepRep ベースのクライアント・サーバー・アーキテクチャは、GAUDI のような既存のオフラインソフトウェアフレームワークとの結合をどの程度軽減できるか。
• RQ4 OpenGL レンダリングを用いたハイブリッド C++/Ruby スタックにおける 3D イベントディスプレイの性能特性はどのようなものか。
• RQ5 1 つのイベントディスプレイフレームワークが、インタラクティブな可視化とドキュメンテーションや出版用のバッチ画像生成の両方をサポートできるか。

主な発見

• FRED は、標準的なデスクトップハードウェアを用いて、GLAST モンテカルロイベントのインタラクティブな 3D 可視化を実現し、ズーム、パン、回転操作をリアルタイムで実行できた。
• ソフトウェアモードでも、GLAST イベントのワイヤーフレームレンダリングにおいて、通常のデスクトップ環境で十分に動作するパフォーマンスを達成した。
• Ruby スクリプトの使用により、実行時における GUI の動的カスタマイズが可能となり、新しいボタン、メニュー、カラースキームの追加が可能になった。
• FRED は、ラスタ形式（PNG、JPG、BMP）およびベクトル形式（PostScript）を含む複数の出力形式をサポートしており、高品質な画像エクスポートが可能である。
• CORBA および XML ソースを介した既存の GLAST イfra構造へのシームレスな統合が可能であり、オフラインソフトウェアスタックの変更なしに互換性を保証した。
• 予備的な結果から、HepRep が異なるツールや実験間で使用可能な汎用的かつ拡張可能なプロトコルとしての可能性が確認された。