Hintergrund
Viele Ingenieur mit dem Laufen beauftragt HPC-Anwendungen sind in der Regel darauf bedacht, ihre Simulationen um sicherzustellen, dass die Berechnung wie erwartet verläuft, um festzustellen, wann der Lösungsfehler unter den typischen Fehlerschwellenwerten für Ingenieure liegt, oder um die Integrität der simulierten physikalischen Phänomene zu überprüfen. Die meisten kommerziellen Anwendungen bieten zwar eine Möglichkeit, diese Art von Daten in ihren grafischen Benutzeroberflächen zu visualisieren oder darzustellen, doch sind die Darstellungsmöglichkeiten in der Regel begrenzt und die Darstellungen selbst sind unattraktiv oder anderweitig ungeeignet, um Ergebnisse anderen zu präsentieren oder zu dokumentieren.

Gnuplot ist ein portables, befehlszeilengesteuertes Grafikprogramm, das für mehrere Plattformen verfügbar ist und ursprünglich entwickelt wurde, um Wissenschaftlern und Studenten bei der Visualisierung mathematischer Funktionen zu helfen und frustrierten Gnuplot wurde ursprünglich interaktiv verwendet, unterstützt aber mittlerweile auch viele nicht-interaktive Anwendungen. Gnuplot bietet verschiedene Vorteile, die die Erstellung von Diagrammen automatisieren und beeindruckende Plots ermöglichen. Benutzer können Skripte oder Vorlagen erstellen, die für verschiedene Funktionen oder Datensätze wiederverwendet werden können. Diese Skripte können definieren, wie die Diagramme formatiert, die verwendeten Daten analysiert und vieles mehr werden sollen. Die Vielseitigkeit von Gnuplot wird in den Beispielen in den Abbildungen deutlich. 1 - durch Konsolidierung, 5.

Analysebeschreibung
Um die Verwendung von Gnuplot auf eine Weise zu demonstrieren, die Ingenieure und Wissenschaftler für die Überwachung ihrer eigenen Simulationen auf Rescale nützlich finden können, wird zusätzlich zur Erstellung von Diagrammen ihrer Ergebnisse, die für die Veröffentlichung geeignet sind, eine einfache 3D-Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)-Simulation ausgeführt mit der Stanford University Unstrukturierter (SU2) Open-Source-Finite-Volumen-Solver. Mit Gnuplot werden regelmäßig Diagramme für Lösungsresiduen und aerodynamische Koeffizienten erstellt, die während der gesamten CFD-Simulation überwacht werden. Benutzer können die generierten Diagramme während der Ausführung ihrer Simulation auf der Jobstatus-Seite für die jeweilige Simulation anzeigen.

Der Prozess wird durch die Definition einer Gnuplot-Befehls- oder Skriptdatei beschrieben, in der das Plotformat definiert, die Plots selbst generiert usw. werden. Innerhalb dieser Gnuplot-Befehlsdatei wird am Ende eine einfache Anweisung hinzugefügt, die Gnuplot veranlasst, die Befehlsdatei regelmäßig neu zu lesen. Während die RANS-Simulation läuft und die Monitordateien aktualisiert werden, generiert Gnuplot neue Plots mit den aktualisierten Simulationsergebnissen, bis der Solver beendet wird.
Für dieses Beispiel ist die Datei SU2.gnu wird eingesetzt.

zurücksetzen # Postscript-Terminal festlegen Postscript eps erweitert Farbgröße 5.47,3.33 Schriftart „Verdana, 12“ Linienbreite 2 # Farbdefinitionen Rahmenlinienbreite 1.5 festlegen Stil Zeile 1 festlegen lc rgb „4dbeee“ lt 1 lw 2 Cyan Stil Zeile 2 festlegen lc rgb „a2142f“ lt 1 lw 2 Rot Stil Zeile 3 festlegen lc rgb „d95319“ lt 1 lw 2 Orange Stil Zeile 4 festlegen lc rgb „edb120“ lt 1 lw 2 Gelb Stil Zeile 5 festlegen lc rgb „77ac30“ lt 1 lw 2 Grün Stil Zeile 6 festlegen lc rgb „0072bd“ lt 1 lw 2 Blau Stil Zeile 7 festlegen lc rgb „7e2f8e“ lt 1 lw 2 Violett # Taste Taste unten rechts festlegen Links # Achsen setze Stilzeile 11 lc rgb '808080' lt 1 setze Rahmen 3 zurück ls 11 setze Tics nomirror out Maßstab 0.75 # Raster setze Stilzeile 12 lc rgb '808080' lt 0 lw 1 setze Raster zurück ls 12 setze xlabel 'Iteration' setze ylabel 'Residual' setze mxtics 2 setze mytics 10 setze Datendateitrennzeichen ”,” setze Format '%g' setze Format y '10 %.0s}' setze Ausgabe 'residuals.eps' setze Plot 'history.plt' alle::4 u 1:12 t 'rho' wl ls 1, 'history.plt' alle::4 u 1:13 t 'x-mom' wl ls 2, 'history.plt' alle::4 u 1:14 t 'y-mom' wl ls 3, 'history.plt' alle::4 u 1:15 t 'z-mom' wl ls 4, 'history.plt' alle::4 u 1:16 t 'energy' wl ls 5, 'history.plt' alle::4 u 1:17 t 'nu' wl ls 6 setze ylabel 'Auftriebskoeffizient, CLift' setze Format y '%g' setze Ausgabe 'lift.eps'-Diagramm 'history.plt' alle::4 u 1:2 t 'CLift' wl ls 1 setze ylabel 'Widerstandskoeffizient, CDrag' setze Ausgabe 'drag.eps'-Diagramm 'history.plt' alle::4 u 1:3 t 'CDrag' wl ls 2 setze xlabel 'Auftriebskoeffizient, CLift' setze ylabel 'Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand, L/D' setze Ausgabe 'lift-drag.eps'-Diagramm 'lift-drag.dat' u 1:2 t 'L/D' wl ls 1 Pause 30 erneut lesen

Die Kommandodatei definiert zunächst eine Terminaleinstellung, in der das Postscript-Terminal verwendet wird. Gnuplot bietet mehrere Terminals an, die Sie durch Eingabe von „set terminal“ in der Gnuplot-Eingabeaufforderung aufrufen können. Die Postscript-Terminaloption wird üblicherweise beim Erstellen von Diagrammen für die Verwendung in Dokumentationen bevorzugt; SVG- und PNG-Cairo-Terminals hingegen werden bevorzugt, wenn die Ausgabe für die Veröffentlichung im Internet verwendet werden soll. Es gibt auch Optionen für die Integration mathematischer Formeln oder Texte in LATEX- oder TEX-Dokumente.

Anschließend werden einige Linienstile und Farben definiert, um die Unterscheidung verschiedener Metriken in einem Diagramm mit Lösungsresiduen zu erleichtern. Die Legende befindet sich unten rechts, der Text ist linksbündig ausgerichtet. Farbe (Grau) und Linienstärke für die Achsen werden festgelegt, und die Formatierung der Tics und deren Platzierung wird vorgegeben. Sobald alle Formatierungsoptionen des Diagramms konfiguriert sind, werden die eigentlichen Daten mithilfe der SU2-Datei history.plt dargestellt, in der während der laufenden Simulation für jede Iteration die mit der Simulation verbundenen Daten ausgegeben werden.

Gnuplot bietet eine scheinbar unbegrenzte Auswahl an Formatierungsoptionen. Die Anzahl der Optionen mag zunächst abschreckend wirken, doch sobald Sie die Diagramme nach Ihren Wünschen konfiguriert haben, sind für nachfolgende Diagramme kaum noch Änderungen erforderlich. Sie können nur die wenigen Zeilen bearbeiten, die zum Aktualisieren der Daten oder Funktionen für die Erstellung der jeweiligen Diagramme erforderlich sind. Die Wiederverwendbarkeit dieser Befehlsdateien kann daher langfristig wertvolle Zeit sparen.

Die letzten beiden Zeilen fügen eine Verzögerung von 30 Sekunden hinzu und fordern Gnuplot anschließend auf, die Befehlsdatei erneut zu lesen oder auszuführen. Alle Daten, die den Quelldateien hinzugefügt wurden, werden bei der nächsten Ausführung der Befehlsdatei den Diagrammen hinzugefügt. Dadurch werden die Diagramme mit den neuesten Änderungen aktualisiert.
Bei Rescale genügt ein einfaches Wrapper-Skript, das Gnuplot mit einer bereitgestellten Befehlsdatei startet, den Prozess im Hintergrund abläuft und den Solver ausführt. Alternativ können diese separaten Befehle beim Einrichten Ihres Jobs in Rescale im Feld „Befehl“ der Seite „Softwareeinstellungen“ hinzugefügt werden. Für dieses spezielle RANS-Simulationsbeispiel mit SU2 ist die Führen Sie „su2“ aus. Es wurde ein Wrapper-Skript verwendet, das als Beispiel für die Erstellung eigener benutzerdefinierter Skripte dienen kann.

Simulationslösung
Das gesamte Job-Setup kann geklont und ausgeführt werden von indem Sie hier klickenBeispiele für die während der Simulation generierten und verfügbaren Diagramme finden Sie in den Abbildungen 6 - durch Konsolidierung, 9.

Zusammenfassung
Die Nachbearbeitung und Berichterstattung von Simulationsergebnissen, die mit HPC-Anwendungen erstellt wurden, um die Integrität der modellierten physikalischen Phänomene zu überprüfen, kann für jeden Ingenieur oder Wissenschaftler ein arbeitsintensiver Prozess sein. Gnuplot bietet eine nicht-interaktive Möglichkeit, einen Großteil der Arbeit zur Erstellung ansprechender, veröffentlichungsreifer Diagramme zu automatisieren. Mit Rescale ist Gnuplot für alle Ihre Simulationen zugänglich und bietet den zusätzlichen Vorteil, dass Sie die für Sie wichtigen Messdaten während der Simulation einfach visualisieren und überwachen können.

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