Уроки и обучающие примеры по Geant4 на русском
В интернете не так уж и много уроков и обучающих примеров по Geant4 на русском языке, но также их не очень много и на английском. Примеры поставляемые в дистрибутиве Geant4 достаточно сложные для восприятия и понимания новичками, даже самые базовые примеры вводят в небольшое замешательство.
Для уменьшения барьера входа в Geant4 и устранения пробелов его изучении, часть сайта посвящена изучению и моделированию ядерно-физических процессов в физике высоких энергий.
Итак, официальная часть: Geant4 — программный комплекс разработанный в CERN для моделирования взаимодействия и прохождения излучения и элементарных частиц через вещество. Широко применяется для моделирования отклика детекторов на излучение и прохождение частиц высоких энергий на ускорителях, в том числе LHC. На данный момент включает пакет (модуль) для моделирования частиц до низких энергий, нескольких эВ, что значительно расширяет применение Geant4 в медицине и промышленности.
Официальный сайт Geant4 — http://geant4.web.cern.ch/, он поставляется совершенно бесплатно в виде исходных кодов, т. е. что бы его установить — нужно скомпилировать. Нативная (родная) платформа — Linux, доступен также на Windows и MacOS.
Установка Geant4
Как установить Geant4 начиная с версии 9.6
Установка отладочной версии Geant4
Как установить Debug версию Geant4 начиная с 9.6
Простой пример на Geant4
Обучающий урок на Geant4 для новичков (чайников)
Полный рабочий пример на Geant4 с визуализацией
Полный обучающий урок на Geant4, который полноценно моделирует простую установку
Запуск примера на Geant4
Обучающий урок, как собрать и запустить пример на Geant4 для новичков
Многопоточность, multithreading в Geant4
Моделирование в Geant4 на нескольких ядрах
Многопоточный пример на Geant4
Обучающий урок, как моделировать в Geant4 на нескольких ядрах
SetupLinux
Содержание
Как установить GEANT4
Префейс
Этот текст описывает последовательность шагов, которых лично мне хватило, чтобы получить полнофункциональную инсталляцию вышеобозначенного предмета статьи. Указанную операцию я проводил несколько раз на разных полатформах, не всегда все работало сразу, однажды пришлось основательно повозиться, но такого, чтобы G4 не заработал не бывало. Отсюда следует мораль: если geant не устанавливается, надо еще раз начать все с самого начала — это мною испытанный путь, он обязательно приводит к желаемому результату.
Необходимость в такого рода документе, на мой взгляд, существует. Официальная документация по сабжу довольно скупа в том, что касается установки, а неофициальной практически не существует, по крайней мере я не нашел. О русскоязычных документах я вообще молчу. А тем не менее процесс установки g4 вещь совершенно нетривиальная, т.е. не подходящая под общепринятые стандарты: так, например спроецировать иерархию папок geant на обычные юниксовые bin, lib, и так далее у меня так и не получилось — программы отказывались компилироваться. Хотя, надо сказать, джантовский вариант расположения файлов сам по себе очень удобен.
Системные требования
GEANT4 является пакетом библиотек C++ для моделирования прохождения частиц через вещество. Так гласит официальная страничка (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant4/geant4.html) проекта в интернете, которую нужно посетить первым делом.
Там также утверждается, что для его работы требуется POSIX-совместимая операционная система. Такая как
- Solaris
- linux
- или Windows NT4/2000/XP/2003+Cygwin32.
Про Solaris ничего конкретного сказать не могу, уж слишком для России это экзотическая вещь, про Windows знаю лишь то, что мои знакомые успешно использовали GEANT из исходников под Windows, а вот в Linux´е я сам, довольно-таки беспроблемно его использую. Под следующими версиями:
- Fedora Core 3 — ядро 2.6.9, gcc 3.4.2, CLHEP 1.9.1.2, GEANT4.7.0
- Fedora Core 2 — без патчей, ядро 2.6.8.1, gcc 3.3.3, CLHEP 1.8.0.2, GEANT4.6.0p01
- SuSE Linux 9.0 — ядро 2.4.21, gcc 3.3.1, CLHEP 1.8.2.0, GEANT4.6.2p01
Поскольку я знаком только с линуксом, процесс установки буду описывать именно на этой платформе, ищущих же трудных путей и желающих настроить себе все это дело под Windows отправляю на официальное руководство (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant4/G4UsersDocuments/UsersGuides/InstallationGuide/html/PCMachines/pcMachines.html) по установке в этой замечательной системе.
Ничего кокретного не могу сказать и про Free/Net/OpenBSD. Вроде бы эти системы вполне соответствуют POSIX, и мне кажется, что особых проблем установка в них создать не должна, во всяком случае портировать geant на BSD должно быть нетрудно…
Подготовка к установке
Для сборки нам потребуется GNU Make (у меня версия 3.80, насколько мне известно она последняя вот уже года три), и компилятор gcc с поддержкой C++. Узнать версии установленных программ можно так:
Мое личное мнение — это: все должны пользоваться последней доступной на данный момент версией GCC. Но в данном случае спешу предостеречь от попыток собрать geant с помощью ветки gcc-3.4, последней на момент написания сего текста (Обновление от 15.01.2005. Недавно вышедший GEANT4.7.0 отлично собирается под gcc 3.4). Множество изменений в архитектуре компилятора, несомненно в лучшую сторону, не дадут откомпилировать geant. Таким образом, лучше всего воспользоваться gcc-3.3.x, который является системным компилятором на всех линуксах, выпущенных в 2003-2004 годах. Хотя 3.2.x и 3.1.x тоже должны работать. Как и gcc-2.95.3, но не 2.96, установленный на Redhat Linux 7.3.
Далее, geant4 использует библиотечку CLHEP, скачать которую можно по этому адресу (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/lhc++/clhep/DISTRIBUTION/clhep.html) . На данный момент последняя версия — 1.8.2.0, скачивать надо файл исходных текстов clhep-1.8.2.0.tgz. CLHEP использует нормальную схему компиляции autoconf/automake и собирается так:
предположим, мы устанавливаем его в $HOME/programs/CLHEP, тогда configure вызывается так:
Установка
Вроде бы все должно пройти без ошибок и дальше можно компилировать geant. Берем последнюю версию с домашней странички (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant4/source/source.html) , это должен быть файл вида geant4.6.2.p01.gtar.gz. Кроме того, там можно скачать файлы данных для некоторых процессов. Например процессы семейства G4LowEnergy требуют наличия соответствующих файлов из архива G4EMLOW23.tar.gz. Дальше мы распаковываем скаченные исходники туда, куда хотим проинсталлировать GEANT , например $HOME/programs/GEANT4.
Для сборки и работы geant использует кучу переменных окружения, которые лучше всего определить в
- CLHEP_BASE_DIR — директория куда установлена CLHEP, например $HOME/programs/CLHEP
- G4SYSTEM — строка с описанием нашей платформы. Возможные значения — имена файлов в директории config/sys исходников GEANT
- G4INSTALL — папка, куда мы его устанавливаем
Это обязательные переменные, без них просто ничего не заработает. Но кроме того есть еще огромное количество разных настроек, большая часть которых описана здесь (http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant4/G4UsersDocuments/UsersGuides/ForApplicationDeveloper/html/Appendix/makeFile.html) .
Вот как описаны переменные окружения у меня:
После этого, не забыв заново войти в систему или запустить новый xterm, чтобы был прочитан .bashrc, можно начать компиляцию:
Этот процесс запросто может занять несколько часов даже на быстрых компьютерах. Когда все кончится, проверить работоспособность можно на примерах, поставляемых с G4:
Кажется, все. Не забудьте запустить ldconfig, если вы решили использовать динамические библиотеки.
Если собрав geant, однажды вам захочется изменить конфигурацию, скажем, добавить визуализацию посредством OpenGL+Motif, то для этого необязательно пересобирать все снова — достаточно только сделать
Установка Geant4
Для установки Geant4 нам понадобится Linux и Cmake. В данном примере установка проходила на Ubuntu 16.04 и cmake 3.5.1.
Описанный способ установки подходит для версии Geant4 начиная с 9.6, только необходимо проследить, какая версия cmake потребуется для установки Джанта.
Где скачать исходники
Официальный сайт Geant4 сейчас находится по адресу http://geant4.web.cern.ch и на нем можно скачать последнюю версию Geant4. Установочные файлы предоставляются в виде исходных кодов в разделе «Source files» в виде архива tar или zip.
Можно еще устанавливать из предварительно скомпилированных исходников, это раздел «Pre-compiled Libraries», но советую устанавливать именно из исходников, так как тогда конечные программы будет работать быстрее.
Итак, скачиваем исходник, файл geant4.10.03.p03.tar.gz
Куда установить Geant4
Далее, для удобства выделяем специальную папку в домашней директории, где будет установлен Geant4 и будут находится все файлы его касающиеся.
Назвать директорию можно как угодно, но лучше избегать пробелов и если у вас локаль в системе не UTF8, тогда путь должен быть весь только английскими буквами и цифрами, иначе могут начаться проблемы из-за отличия в кодировках.
Разархивируем архив, по умолчанию он распаковывается в папку geant4.10.03.p03 , полный адрес к ней теперь
Что бы установить Geant4 создадим еще две директории
Как понятно из названия, папка с build предназначена для компиляции, а с install для установки.
Настраиваем установку Geant4
Открываем консоль и заходим в папку geant4.10.03-build
Для начала необходимо запустить cmake и с полноценными параметрами запуска команда будет выглядеть так:
где -DCMAKE_INSTALL_PREFIX — путь, куда устанавливать, ../geant4.10.03.p03 — папка, где лежат исходники, она находится на директорию выше, иначе лучше указать полный путь, -DGEANT4_INSTALL_DATA — включать ли загрузку данных при установке, по умолчанию выключено, но предлагаю включить, пусть все скачает, что бы потом не возникали проблемы что нехватает данных, скачает примерно 500 Мбайт, -DGEANT4_USE_QT — включить использование QT, и -DGEANT4_USE_OPENGL_X11 — возможность отрисовать с помощью OpenGL в окошке, если не работает QT, по умолчанию компиляция настроена на выпуск, в Release , т.е. в Geant4 отладки нет, для настройки отладки Debug смотрите здесь.
В принципе можно запустить только этого тоже должно хватить для установки Geant4.
Вывод получился такой:
Сообщение об успешной сборке Geant4
Самое важное, или есть в конце эти строчки
они говорят об успешной отработке cmake и если они есть, то можно далее приступать к компиляции. Если есть ошибки, смотрите следующий раздел.
Если возникли ошибки при установке Geant4
Однако на свежей установке Ubuntu может выдать ошибки, когда не хватает некоторых пакетов, вот примеры
Первая ошибка
Не найден пакет EXPAT
Решение поставить пакет expat через synaptic или командой
Иногда это не работает, тогда попробуем команду:
Вторая ошибка
Не хватает файлов QT
Решение установить QT4
Третья ошибка
Не хватает файлов исходных файлов или пакета разработки для QT
Четвертая ошибка
Не хватает файлов разработки для X11
На чистой установке Ubuntu 18.04 LTS потребовалось установить немного больше, команда:
При чистой установке Ubuntu больше ошибок не возникает, проверено на Ubuntu 18.04 LTS в июне 2018 года.
Компиляция и установка Geant4
Далее после успешного выполнения cmake компилируем командой
Что бы процесс проходил быстрее компиляцию можно проводить не нескольких ядрах процессора, у меня 4 потока, поэтому компилирую командой
После компиляции выполняем установку
Поздравляю, Geant4 установлен!
Для того что бы использовать именно эту установку Geant4, установите пути в консоли в которой будете собирать и выполнять проект на Geant4 командой:
Более кратко, нужно указать путь к файлу geant4.sh в директории установки