XAnn3D Free Edition

XAnn3D - o programu

XAnn3D je technologický demonstrátor softwaru pro simulace a raytracing rentgenové optiky napsaný v jazyce Python. Jeho účelem je ověření technologií pro budoucí vývojové práce, zejména:

  • numerika a fyzika
  • koncepty vytváření zrcadel, zdrojů a celého experimentu, modelování a práce s celým modelem
  • skriptování

XAnn3D je napsán v jazyce Python (byla použita Python Enthought Edition 2.4) neboť se jednalo o nejjednodušší a nejrychlejší řešení pro testy a jednoduché modifikace. Je dáván k dispozici ve formě zkompilovaných Python souborů s určitými omezeními (viz. Licence).

XAnn3D není program, kde by bylo možné pomocí klikání myší vytvořit experiment, nemá žádné GUI. XAnn3D je sadou tříd (knihoven), které umožňují jednoduché vytvoření obecné rentgenové optiky pomocí definování různých reflexních ploch a jejich seskupování do větších skupin, definice jejich fyzikálních parametrů (drsnost, reflektivita, figure error), vytvoření obecných rentgenových zdrojů a detektorů, a následné spuštění raytracingu. Skriptovatelnost pak umožňuje zakomponování do nejrůznějších optimalizačních procedur a metod či rozvíjení a rozšiřování funkcionality prostřednictvím objektového programování.

Typický postup prací je tedy následující (viz. Tutoriály):

  1. naimportuj do projektu XAnn3D knihovny
  2. zkonstruuj optiku či optiky (tvar, fyzikální vlastnosti povrchu, poloha, natočení, figure errors...)
  3. zkonstruuj zdroj či zdroje (profil intenzity, divergence, spektrum, poloha, natočení, časová závislost intenzity...)
  4. zkonstruuj detektor či detektory (rozměr pixelů, počet pixelů, kvantová účinnost v závislosti na energii fotonu, poloha, natočení...)
  5. proveď simulaci - raytracing systému (definovaný časový interval, modifikace celého systému v závislosti na čase...)
  6. v závislosti na výsledku simulace uprav parametry optiky a opakuj od bodu 2, případně zobraz výsledek, případně zpracovávej data dále
XAnn3D Free Edition při každém spuštění simulace - raytracingu kontaktuje centrální server a kontroluje si povolené množství fotonů, ploch a zdrojů pro danou simulaci. Pokud se snažíte provést náročnější simulaci, než na kterou máte práva (viz. Licence), simulace se neprovede.

Vlastnosti

XAnn3D byl navrhnut tak, aby splňoval následující požadavky:

  • Modulární objektově orientovaný systém.
  • Skriptování (jednoduché manipulace s rentgenovými zdroji, rentgenovými zrcadly, detektory, možnost optimalizačních metod).
  • Vícenásobné libovolné zdroje v rámci jednoho experimentu (libovolný intenzitní profil, profil divergence, spektrum).
  • Vícenásobné libovolné detektory (včetně kvantové účinnosti).
  • Rotačně symetrické povrchy (libovolný profil), rovinné povrchy, povrchy prohnuté pouze v jednom směru (libovolný profil).
  • Libovolné deformace povrchu s malými amplitudami (figure errors, obecně nesymetrické)
  • Interakce na povrchu založena na databázi vlastností chemických prvků a sloučenin (např. Henkeho tabulky), jednoduchá rozšiřitelnost na multivrstvy, ideální zrcadla a podobně.
  • Reflektivita na multivrstvách.
  • Různé raytracovací metody, optimální pro různé úlohy (např. jiná pro jedno zrcadlo, jiná pro optiku typu Račí oko nebo Multifóliovou optiku).
  • Časový vývoj experimentu, systém funguje jako stavový stroj, každý zdroj má vývoj intenzity v čase, zrcadla, detektory a zdroje mohou být měněny (posouvány, deformovány...) v čase (užitečné například pro simulace all-sky monitorů pro rtg. astronomii).

Licence

Software je pouze pro testovací účely. Software je povoleno používat pouze s klíčem (kódem), který bezplatně získáte od firmy Elya Solutions s.r.o. (dále jen ELYA). Pro danou organizaci lze získat pouze jeden klíč, klíč je nepřenosný na jinou organizaci. Klíč je platný pro libovolný počítač dané organizace. Software je omezen v množství vyzářených paprsků (fotonů) za určitou dobu, v počtu použitých povrchů a v počtu použitých zdrojů. Při spuštění každé simulace software kontaktuje centrální server a odešle mu unikátní klíč a vyžádá si konkrétní počet paprsků. Server sdělí množství použitelných paprsků, množství dostupných ploch a množství dostupných zdrojů. Žádné další informace nejsou softwarem zasílány.

Standardní hodnoty pro omezení jsou:

  • 20 dní po zaslání klíče - 10 zdrojů, 10000 ploch, max. 100000 paprsků (fotonů) za 2 dny
  • po 20 dnech po obdržení klíče - 1 zdroj, 1000 ploch, max. 10000 paprsků (fotonů) za 7 dní
ELYA si vyhrazuje právo změnit nastavení nebo zcela zrušit platnost libovolného klíče.

Žádné komerční využití softwaru není dovoleno. Akademické subjekty mohou používat software pro výuku a také pro ostatní vlastní projekty, a to za předpokladu, že žádný komerční subjekt není přímým účastníkem projektu.

Redistribuce a modifikace softwaru není povolena.

Jakékoli použití odlišné od výše povoleného je možné pouze s explicitním písemným souhlasem ELYA.

Tutorialy a dokumentace

K dispozici jsou následující ukázky "tutoriálových" souborů:

Screenshoty


Ukázka zobrazení bodového zdroje ideální eliptickou optikou. Vlevo je vidět zobrazení z bodu do bodu (ideální, tedy pouze bod), uprostřed zobrazení gaussovského zdroje s detektorem ve fokusu a vpravo je pak bodový zdroj s detektorem posunutým mimo ohnisko.
Ukázka zobrazení zdroje s definovaným profilem intenzity a divergence ideální optika (vlevo) a pro srovnání použití konkrétních figure errors (vpravo).
Ukázka zobrazení bodového zdroje astronomickou optikou typu Račí Oko. Je vidět centrální spot a málo zřetelný kříž kolem tohoto spotu.
Ukázka šíření paralelního svazku záření volným prostorem. Svazek má profil gaussovský (vlevo) a tvar písmene X (vpravo).
Ukázka srovnání experimentu (vlevo) a simulace (vpravo) systému typu račí oko v jedné z vývojových fází software. Měření byla provedena ve spolupráci s firmou Rigaku Innovative Technology Europe s.r.o..

Instalace

  1. Musíte mít operační systém MS Windows.
  2. Pro používání software musíte být připojení k internetu.
  3. Stáhněte si Python Enthought Edition ve verzi 2.4 (již není na oficiálních stránkách společnosti Enthought, je zde nahrazen novější verzí).
  4. Stáhněte si archiv s XAnn3D Free Edition, pro rozbalení potřebujete heslo a lze použít například program 7-Zip.
  5. Vyžádejte si heslo pro rozbalení archivu s XAnn3D Free Edition a váš klíč (bez něj není možné software využívat). K tomu zašlete e-mail na adresu This e-mail address is being protected from spambots, you need JavaScript enabled to view it (Subject: XAnn3D Free Edition) se jménem Vaším a Vaší organizace. V nejbližší možné době (cca jednotky dní) Vám klíč i heslo k archivu zašleme.
  6. Postupujte podle instrukcí v souboru "readme-1.pdf", který naleznete v archivu.