[論文レビュー] The Persint visualization program for the ATLAS experiment

D. M. Pomarede, M. Virchaux|arXiv (Cornell University)|May 29, 2003

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 4

ひとこと要約

Persint可視化プログラムは、ATLAS実験のための3次元でインタラクティブなイベントおよびジオメトリ表示を提供し、リアルタイムでのナビゲーション、隠れた面の計算、ボリュームのブール演算、および検出器データベースや再構成ツールとの統合を可能にする。このプログラムはオンラインのテストビーム応用でも成功裏に使用され、検出器のコンmissioningおよび物理学解析の主要なツールのままである。

ABSTRACT

The Persint program is designed for the three-dimensional representation of objects and for the interfacing and access to a variety of independent applications, in a fully interactive way. Facilities are provided for the spatial navigation and the definition of the visualization properties, in order to interactively set the viewing and viewed points, and to obtain the desired perspective. In parallel, applications may be launched through the use of dedicated interfaces, such as the interactive reconstruction and display of physics events. Recent developments have focalized on the interfacing to the XML ATLAS General Detector Description AGDD, making it a widely used tool for XML developers. The graphics capabilities of this program were exploited in the context of the ATLAS 2002 Muon Testbeam where it was used as an online event display, integrated in the online software framework and participating in the commissioning and debug of the detector system.

研究の動機と目的

• ATLAS実験における複雑な検出器ジオメトリおよび物理学的イベントのためのインタラクティブな3次元可視化ツールを開発すること。
• 検出器コンmissioning中のミュオンスプライセーター再構成アルゴリズムのデバッグおよび最適化を支援すること。
• 大規模な検出器部品およびイベントデータのリアルタイムでインタラクティブなナビゲーションおよび可視化を可能にすること。
• ATLASの検出器記述（AGDD-XML）、磁場データベース、および再構成ソフトウェア（Muonbox）との統合を実現すること。
• テストビームキャンペーンおよび将来のATLASデータ取得運用におけるオンラインイベントディスプレイとしての機能を果たすこと。

提案手法

• 動的メモリ管理およびポリモーフィズムを用いた3次元レンダリングにHIGZグラフィックスライブラリおよびFortran90を活用する。
• 体積の面を解析的に計算することで、隠れた面の検出、交差検出、およびブール演算（和、差、積）を実行する。
• イベントディスプレイ、磁場可視化、トリガー論理の各用途に特化したインターフェースを備えたモジュラーなアーキテクチャを提供する。
• 焦点距離を調整可能で、最適な視点を得られるように、リアルタイムでの空間ナビゲーションをサポートする。
• ジオメトリ、磁場、およびトラック再構成データのためのAMDB、AGDD-XML、Bfielddtb、およびMuonboxデータベースと統合する。
• ユーザーの操作を可能にするナビゲータインターフェースおよびコマンドウインドウを通じて、コマンドラインおよびGUIベースのナビゲーションを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元インタラクティブ可視化は、ATLASのミュオンスプライセーターのような複雑な検出器システムのデバッグおよび最適化をどのように改善できるか？
• RQ2 リアルタイムで数千の検出器ボリュームおよびイベントヒットを描画する際、3次元可視化ツールの性能特性はいかなるものか？
• RQ3 可視化プログラムが、正確なジオメトリモデリングのための複雑な検出器ボリュームにおけるブール演算をどの程度サポートできるか？
• RQ4 リアルタイムデータを伴うテストビーム環境において、Persintはオンラインイベントディスプレイとしてどの程度効果的か？
• RQ5 高精細な検出器可視化において、HIGZベースのレンダリングの限界は何か、またその移行パスはどのようなものか？

主な発見

• Persintは最大400ボリュームに対して1秒間に10ビューを超えるリアルタイムナビゲーションを達成し、複雑なシーンにおいても滑らかなインタラクションを実現した。
• 2.8 GHzのPentium 4で2300ボリューム（15,000の面を有するミュオン精度チャネル）を0.65秒でレンダリングした。これは大規模な検出器モデルへのスケーラビリティを裏付けた。
• イベントディスプレイのパフォーマンスは6チャンネルおよび約20ヒットに対して0.02秒であり、再構成に要する0.20秒よりも著しく高速であった。
• プログラムはH8-2003およびH8-2004のATLASテストビームキャンペーンにおいて、成功裏にオンラインイベントディスプレイとして機能し、検出器コンmissioningを支援した。
• ユーザーがメッシュおよび空間の制限を自由に設定できる2次元／3次元のグリッド上にベクトル場の矢印を表示することで、磁場の完全な3次元可視化を実現した。
• AGDD-XMLのパース処理およびブールボリューム演算の統合により、基本的なプリミティブからバーレルトロイド・ヴォイスォワの複雑な形状を生成できるようになった。