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속도 프로파일과 탄성파 트레이스 추출하여 그리기

속도모델에서 프로파일을 추출하여 깊이에 따라 속도 그림을 그려보겠습니다. 이진 형식의 속도파일에서 텍스트 파일로 프로파일을 추출한 후 그리는 방법과 이진 속도파일을 직접 읽어서 그리는 방법을 살펴보겠습니다. 참고로, 탄성파 공통송신원모음 등에서 트레이스를 추출하여 그리는 과정 또한 동일합니다.

텍스트 파일로 추출하여 그리기

바이너리 파일에서 프로파일 또는 트레이스를 추출하기 위해 gpl 라이브러리의 gplTracePick 프로그램을 사용하겠습니다. 이차원 단면(속도모델, 공통송신원모음 등)에서 세로 방향 트레이스를 추출할 때 사용하는 프로그램입니다. (가로방향 트레이스는 gplHTracePick 프로그램을 이용하면 됩니다.) 이 프로그램을 그냥 실행하면 아래와 같은 도움말이 나옵니다.


%%sh # 이 글을 쓰고 있는 jupyter notebook에서 shell 명령을 실행하기 위한 magic command입니다.
gplTracePick # 실제 터미널상에서 실행하는 명령어

 Gpl trace picker
 Required parameters:
     [i] n1=            : # of grids in fast dimension
     [s] fin=           : input binary file
     [s] fout=          : output binary file
     [i] pick=          : (=first), first pick (1~n2)
 Optional parameters:
     [i] last=first     : last pick (pick~n2)
     [i] step=1         : pick step
     [f] d1=1.0         : grid size
     [i] n2=calc        : # of grids in slow dimension
     [s] type=f         : data type [ifdcz]
     [s] otype=a        : output type [ab] (ascii/binary)

위에서 n1finfoutpick은 프로그램 실행시 필수적으로 넣어줘야 하는 값입니다.

  • n1은 세로 방향(fast dimension) 격자수
  • fin은 입력 파일 이름
  • fout은 출력 파일 이름
  • pick은 추출하고자하는 가로 방향(slow dimension) 격자 번호입니다. 격자 번호는 1번부터 시작합니다.

Marmousi 속도모델(nx=576, ny=188, h=0.016 km)에 대해 1.6 km 지점(격자번호 101)에서 시작하여 3.2 km 간격(200개 격자 간격)으로 3개의 속도 프로파일을 추출한다면 아래와 같이 실행할 수 있습니다.


%%sh
gplTracePick n1=188 d1=0.016 fin=marm16km.bin fout=vel_profile.txt pick=101 step=200 last=501

 n2=         576


     n1=188
     d1=0.016
     fin=marm16km.bin
     fout=vel_profile.txt
     pick=101
     step=200
     last=501

그 때 결과물은 아래와 같습니다. 첫 번째 열은 깊이 정보, 두 번째부터 네 번째 열까지는 추출한 속도 프로파일 정보입니다(1.6 km, 4.8 km, 8.0 km).

%%sh
head vel_profile.txt
   0.00000000       1.50000012       1.50000012       1.50000012    
   1.60000008E-02   1.50000012       1.50000012       1.50000012    
   3.20000015E-02   1.50000012       1.65800011       1.59800005    
   4.80000004E-02   1.66200006       1.66200006       1.60200012    
   6.40000030E-02   1.66600013       1.66600013       1.60600019    
   8.00000057E-02   1.67000008       1.73999715       1.69000006    
   9.60000008E-02   1.67400002       1.74399781       1.69400012    
  0.112000003       1.67800009       1.61800003       1.69800007    
  0.128000006       1.78200006       1.70200002       1.63200009    
  0.144000009       1.78600013       1.70600009       1.63600004    

텍스트 파일로 추출한 결과는 gnuplot과 같은 프로그램을 이용해 빠르게 확인해볼 수 있습니다. 여기서는 파이썬의 Matplotlib을 이용하여 위의 속도 프로파일을 그려보겠습니다.


%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

trc=np.loadtxt("vel_profile.txt")

h=0.016
fs='large'

plt.figure(figsize=[15,5])
for i,ix in enumerate([100,300,500]):
    plt.plot(trc[:,0],trc[:,i+1],label="{0} km".format(ix*h))

plt.legend(loc="upper left",fontsize=fs)
plt.xlabel("Depth (km)",fontsize=fs)
plt.ylabel("Velocity (km/s)",fontsize=fs)

<matplotlib.text.Text at 0x10cc66c88>

png

이진 파일을 직접 읽어서 그리기

이번에는 파이썬에서 이진 형식의 속도모델 파일을 직접 읽어서 그려보겠습니다.


nx=576
ny=188
vel=np.fromfile("marm16km.bin",dtype=np.float32)
vel.shape=(nx,ny)

h=0.016
fs='large'
depth=np.arange(ny)*h

plt.figure(figsize=[15,5])
for ix in [100,300,500]:
    plt.plot(depth,vel[ix,:],label="{0} km".format(ix*h))

plt.legend(loc="upper left",fontsize=fs)
plt.xlabel("Depth (km)",fontsize=fs)
plt.ylabel("Velocity (km/s)",fontsize=fs)

<matplotlib.text.Text at 0x10d13dd30>

png

참고로, 파이썬은 배열 인덱스가 0번부터 시작하기 때문에 가로방향 100, 300, 500번 속도 프로파일을 가져다가 그렸습니다(gplTracePick을 이용하는 앞의 예제에서는 101, 301, 501번 격자 위치에서 추출했죠).

탄성파 트레이스 그리기

공통송신원모음에서 탄성파 트레이스를 추출하여 그리는 과정은 속도모델에서 프로파일을 추출하여 그리는 경우와 동일합니다. 아래는 샘플 개수가 723개, 샘플링 간격 4 ms, 트레이스가 96개인 공통송신원모음 파일(marm3000.bin)에서 31번째와 61번째 트레이스를 그리는 예제입니다.


ntr=96
ns=723
dt=0.004
trc=np.fromfile("marm3000.bin",dtype=np.float32)
trc.shape=(ntr,ns)

fs='large'
time=np.arange(ns)*dt

plt.figure(figsize=[15,5])
for itr in [30,60]:
    plt.plot(time,trc[itr,:],label="trace {0}".format(itr+1))
plt.legend(loc="upper left",fontsize=fs)
plt.xlabel("Time (s)",fontsize=fs)
plt.ylabel("Amplitude",fontsize=fs)
plt.xlim([0,ns*dt])

(0, 2.892)

png

속도모델 그림 그리기

두 가지 방법으로 2차원 속도모델을 그려보겠습니다. 첫 번째 방법은 SU의 psimage를 이용하는 방법, 두 번째는 python의 matplotlib을 이용하는 방법입니다.

psimage로 그리기

첫 번째 방법부터 보겠습니다. psimage는 쉘에서 사용하는 명령어이지만, gpl 라이브러리의 psplot 모듈을 이용하면 python 명령을 통해 간편하게 속도모델을 그릴 수 있습니다. Marmousi 속도모델을 그림으로 그려보겠습니다.


from gpl.psplot import plot

nx=576
ny=188
h=0.016
fin="marm16km.drt"

opt = "n1={0} d1={1} d2={1} d1num=1 lbeg=1.5 lend=5.5".format(ny,h,h)
plot.velocity("marm16km.png", fin, opt)

psimage label1="Depth (km)" legend=1 d2s=0.5 lheight=1.0 lstyle="vertright" label2="Distance (km)" height=1.0 labelsize=8 lwidth=0.1 d1s=0.5 width=2.65  n1=188 d1=0.016 d2=0.016 d1num=1 lbeg=1.5 lend=5.5 < marm16km.drt > marm16km.eps

// adding velocity unit (km/s)

// fixing bounding box

// converting .eps to .png ..

vel(marm16km.png)

velocity_color를 이용해 컬러로 그릴 수도 있습니다.


plot.velocity_color("marm16km_color.png",fin,opt)

psimage label1="Depth (km)" ghls="0.33,0.5,1" bps=24 bhls="0.67,0.5,1" d1s=0.5 lwidth=0.1 whls="0,0.5,1" legend=1 d2s=0.5 lheight=1.0 lstyle="vertright" label2="Distance (km)" height=1.0 labelsize=8 width=2.65  n1=188 d1=0.016 d2=0.016 d1num=1 lbeg=1.5 lend=5.5 < marm16km.drt > marm16km_color.eps

// adding velocity unit (km/s)

// fixing bounding box

// converting .eps to .png ..

vel(marm16km_color.png)

Matplotlib으로 그리기

두 번째 방법은 python의 matplotlib 라이브러리를 이용하는 방법입니다. 이를 위해서는 코드에서 numpy를 이용해 속도모델을 읽어들인 후에 matplotlib으로 그립니다. 속도모델을 그리는 부분은 함수로 작성하였는데, 필요에 따라 수정해서 사용하면 되겠습니다.


%matplotlib inline
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def plot_vel(vel, h, figsize=[15,4], unit='km/s', xticks=None, yticks=None, cticks=None, cmap='gray_r', fontsize=20):
    xmax=(vel.shape[0]-1)*h
    ymax=(vel.shape[1]-1)*h

    plt.figure(figsize=figsize)
    plt.imshow(vel.transpose(),extent=(0,xmax,ymax,0),cmap=cmap)

    # x,y labels
    plt.xlabel('Distance (km)',fontsize=fontsize)
    plt.ylabel('Depth (km)',fontsize=fontsize)

    # x,y ticks, tick labels
    plt.tick_params(labelsize=fontsize)
    plt.gca().xaxis.tick_top()
    plt.gca().xaxis.set_label_position("top")
    xticks and plt.xticks(xticks)
    yticks and plt.yticks(yticks)

    # colorbar
    cb=plt.colorbar(shrink=1.0,pad=0.01,aspect=10,ticks=cticks)
    plt.clim([vel.min(),vel.max()])
    cb.set_label(unit,fontsize=fontsize)
    ct=plt.getp(cb.ax,'ymajorticklabels')
    plt.setp(ct,fontsize=fontsize)

# 속도모델 읽기
vel=np.fromfile(fin,dtype=np.float32)
vel.shape=(nx,ny)

yticks=[0,1,2] # y축 ticks
cticks=[2,3,4,5] # colorbar ticks
plot_vel(vel,h,yticks=yticks,cticks=cticks)

png

# 컬러로 그리고(cmap='jet') 파일로 저장하기
plot_vel(vel,h,xticks=[0,3,6,9],cmap='jet')
plt.savefig("vel.png",bbox_inches='tight')

png

결과물로 저장한 vel.png 파일은 다음과 같습니다.

vel(vel.png)

Matplotlib을 이용한 탄성파 자료처리 그림 그리기

이전 글에서는 SU 명령어들을 이용해 탄성파 자료처리 결과 확인용 그림을 그리는 방법을 살펴보았습니다. 이번에는 Python의 Matplotlib을 이용하여 그린 그림 예제들을 보겠습니다. 그림은 IPython Processing 모듈을 이용해 그렸으며, 그릴 때 사용한 코드는 github에서 볼 수 있습니다.

속도모델, 구조보정 영상

우선, 다음과 같이 이진파일로부터 2차원 속도모델과 구조보정 결과를 그릴 수 있습니다. 기본적으로 속도모델은 컬러, 구조보정 영상은 흑백으로 그리도록 했지만, 필요에 따라 코드를 수정해서 색상을 바꿀 수 있습니다. 색상을 바꾸고 싶을 경우 imshow 함수의 cmap 인자를 이용하면 됩니다.

%matplotlib inline
from pkprocess import *
import numpy as np

vel = np.fromfile("marm16km.drt", dtype=np.float32)

nx = 576
nz = 188
h = 0.016
vel.shape = (nx, nz)

plot_vel(vel, h)

png


plot_mig(vel,h)

png

공통송신원 모음, 스펙트럼

그리고 SU 파일로부터 공통송신원 모음이나 F-X, F-K 스펙트럼을 그릴 수 있습니다. 공통송신원 모음은 Wiggle trace 또는 이미지로 그릴 수 있고, 이미지 색상은 cmap으로 조절 가능합니다.


su = read_su("marm3000.su")

plot_wiggle(su, perc=97)

min=-616.05078125 max=613.4453125

png


plot_image(su, perc=97)

min=-616.05078125 max=613.4453125

png


plot_image(su, perc=97, cmap='bwr')

min=-616.05078125 max=613.4453125

png


specfx(su)

dt=0.004, fmax=125.0

png


specfk(su)

dt=0.004, fmax=125.0

dx=0.025, kmax=20.0

png

위의 그림들 모두 Matplotlib으로 그렸으므로, 수정이 필요할 경우 Matplotlib 문서를 참고하여 수정해서 사용하시면 되겠습니다.

탄성파 자료처리 그림 그리기

탄성파 자료처리 결과 그림을 쉽게 그리는 방법을 살펴보겠습니다.

탄성파 자료처리를 하다 보면 결과물을 그림으로 확인해야 하는 경우가 많습니다. 특별히 노력해서 그려야 하는 그림도 있지만 속도모델, 공통송신원모음 등 대부분의 그림은 거의 비슷한 명령으로 그릴 수 있습니다. 개인적으로 논문이나 발표자료에 넣을 그림을 그릴 때 Seismic Un*x(SU)를 많이 이용하는데, 몇 가지 자주 그리는 그림들을 쉽게 그릴 수 있도록 파이썬 모듈을 만들었습니다. 모듈은 gpl라이브러리에 포함되어 있습니다. 최근 python 3 용으로 수정하였습니다.

먼저 속도모델을 예로 들어보겠습니다. 그림을 그리기 위한 코드는 다음과 같습니다.


from gpl.psplot import plot

vel="marm16km.drt"
opt="n1=188 d1=0.016 d2=0.016 d1num=1 d2num=2"

plot.velocity_color("vel_color.png",vel,opt)

위 코드는 gpl.psplot 모듈에서 plot을 가져오고, marm16km.drt 파일로부터 opt 문자열의 옵션을 이용하여 vel_color.png 파일을 생성하는데, 컬러로 된 속도모델 그림으로 만들라는 코드입니다.

velocity_color는 그림 종류를 지정하는 명령인데, 현재 다음과 같은 명령들을 지원합니다.

  • velocity(target, source, option, unit=”km/s”)
  • velocity_color(target, source, option, unit=”km/s”)
  • gradient(target, source, option)
  • gradient_color(target, source, option)
  • migration(target, source, option)
  • contour(target, source, option)
  • seismogram(target, source, option)
  • spectrum(target, source, option)

위의 명령들은 SU를 이용해 해당 그림을 그리라는 명령으로, contourpscontour를 사용하고 나머지는 psimage를 사용합니다. 입력 파일이 SU 파일이라면 supscontour 또는 supsimage를 사용합니다.

인자들 중 target은 출력 파일, source는 입력 파일, option은 그림 그릴 때 사용할 옵션입니다. 그림 종류에 따라 기본적으로 몇 가지 옵션이 들어가있는데, n1, d1, d2와 같이 입력 파일에 따라 달라지는 옵션을 option에 넣어주면 됩니다. 그리고 기본 옵션을 덮어쓰고 싶은 경우에도 option에 추가해줍니다.

속도모델의 단위는 기본적으로 km/s로 지정해 놓았는데, 필요에 따라 바꿔서 사용할 수 있습니다. g/cc로 바꾸면 밀도 모델을 그릴 수도 있겠죠. migration은 snapshot을 그릴 때 사용할 수도 있습니다.

SU 명령은 기본적으로 eps 파일을 생성합니다. target을 eps 외의 다른 파일(png, tiff, jpg 등)로 지정하면ImageMagickconvert 명령을 이용해 eps 파일을 변환합니다.

따라서 본 모듈의 모든 기능을 이용하려면 Python, SU, ImageMagick이 필요합니다.

터미널에서 위의 코드를 실행했을 때 나오는 메시지는 다음과 같습니다.

psimage height=1.0 width=2.65 d2s=0.5 lwidth=0.1 lstyle="vertright" lheight=1.0
label2="Distance (km)" ghls="0.33,0.5,1" bps=24 whls="0,0.5,1" legend=1
bhls="0.67,0.5,1" labelsize=8 label1="Depth (km)" d1s=0.5  n1=188 d1=0.016
d2=0.016 d1num=1 d2num=2 < marm16km.drt > vel_color.eps

psimage: bclip=5.5 wclip=1.5

// adding velocity unit (km/s)

// fixing bounding box
Original:  %%BoundingBox: 66 41 353 207
Updated:   %%BoundingBox: 85 104 324 202

// converting .eps to .png ..

내용을 살펴보면 다음 순서로 실행됩니다.

  1. SU의 psimage 명령을 이용해 속도모델 eps 파일을 생성합니다. 옵션은 컬러 속도모델에 맞춰서 들어갑니다. 참고로, 그림 크기는 Geophysics 논문 기준에 맞춘 것입니다.
  2. km/s라는 단위를 넣어줍니다(postscript 수정).
  3. 그림 여백을 조절합니다(bounding box 수정).
  4. eps 파일을 png 파일로 수정합니다.

그리고, 결과물인 vel_color.png은 다음과 같습니다. output(vel_color.png)

아래 코드와 다른 그림 예시를 올리니 필요한 그림에 해당하는 명령을 사용하시면 되겠습니다.


from gpl.psplot import plot

vel="marm16km.drt"
opt="n1=188 d1=0.016 d2=0.016 d1num=1 d2num=2"

plot.velocity("vel.png",vel,opt+"lbeg=1.5 lend=5.5 lfnum=1.5")
plot.velocity_color("vel_color.png",vel,opt)
plot.velocity_color("density_color.png",vel,opt,unit="g/cc")
plot.gradient("grad.png",vel,opt)
plot.gradient_color("grad_color.png",vel,opt)
plot.migration("mig.png",vel,opt)
plot.contour("contour.png",vel,opt)

seismo="marm3000.su"
opt2="f2=0 d2=0.025 d1s=0.5 d2s=0.5"
plot.seismogram("seismo.png",seismo,opt2)

spec="marm3000fx.su"
plot.spectrum("spec.png",spec,opt2)

output(vel.png)

output(vel_color.png)

output(density_color.png)

output(grad.png)

output(grad_color.png)

output(mig.png)

output(contour.png)

output(seismo.png)

output(spec.png)

IPython Processing

학부 탄성파 자료 처리 수업에서 사용하기 위한 파이썬 패키지입니다. 기존의 공개된 Matlab 패키지를 파이썬으로 변환하였습니다. 간단한 2차원 자료 처리(time processing)가 가능합니다.

육상, 해상 자료 처리 예제와 함께 공개하였고, Github에서 받으실 수 있습니다.

참고 문헌

하완수, 2015, 대화식 탄성파 자료 처리 수업을 위한 파이썬 패키지 개발, 한국자원공학회지, 52(4), 414-421.

Postscript bounding box

SU(Seismic Un*x)에 있는 psimage로 Marmousi 속도모델을 그리면 다음과 같습니다.(그림 겉부분의 회색은 그림에 포함되어 있지 않은 부분으로, 경계를 표시하기 위해 넣었습니다.)

original eps file

original eps file

여기서 사용한 명령은 다음과 같습니다.

psimage par='../marm8m.txt' label1="Depth (km)" label2="Offset (km)" labelsize=8 height=1.0 width=2.4 legend=1 lstyle=vertright lwidth=0.1 lheight=1 units="m/s" < ../marm8m.drt > marm.eps

이 때, psimage는 그림 주위로 지나치게 넓은 공간을 만들어 줍니다. Bounding box 정보가 정확하지 않기 때문이죠. 이 상태로는 eps 파일을 다른 그림파일로 변환하여 paper에 넣거나 power point 발표자료에 넣기에 좋지 않습니다(물론 자르기 crop 기능을 이용할 수도 있기는 하죠).

이 공간을 없애기 위해서는 아래 명령을 이용합니다.

gs -sDEVICE=bbox -dNOPAUSE -dBATCH marm.eps

그럼 다음과 같은 결과를 보여줍니다.

GPL Ghostscript 8.63 (2008-08-01)
Copyright (C) 2008 Artifex Software, Inc.  All rights reserved.
This software comes with NO WARRANTY: see the file PUBLIC for details.
Loading NimbusSanL-Regu font from /usr/share/fonts/default/Type1/n019003l.pfb… 2656772 1085343 2641408 1357198 2 done.
Loading NimbusSanL-Bold font from /usr/share/fonts/default/Type1/n019004l.pfb… 2673436 1178370 2661504 1363393 2 done.
%%BoundingBox: 87 107 327 200
%%HiResBoundingBox: 87.695997 107.509005 326.645990 199.601994

위의 결과에서 마지막 두 줄에 나온 것이 흰 공간을 없앤 bounding box의 크기입니다. 둘 중 하나를 쓰시면 됩니다. 네 개의 숫자는 각각 왼쪽 아래 x좌표, 왼쪽 아래 y좌표, 오른쪽 위 x좌표, 오른쪽 위 y좌표를 의미합니다. Eps 파일을 텍스트 편집기로 열어서 %%BoundingBox 라고 써진 줄을 찾아 bounding box 크기를 위의 정보로 고쳐주면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

after fixing bounding box

after fixing bounding box

또는 SU에 있는 psbbox 라는 프로그램을 이용할 수도 있습니다.

psbbox llx=87 lly=107 urx=327 ury=200 < marm.eps >marmfx.eps

Gpl에 있는 fixbbox 프로그램은 위의 과정을 자동으로 실행하는 Python 프로그램으로,

fixbbox <input eps file> <output eps file>

과 같이 실행할 수 있습니다.

Polymorphic Fortran & C

포트란 함수 오버로딩과 중복

앞서 포트란 함수 오버로딩에 관한 글을 올렸습니다. 포트란 모듈과 인터페이스를 이용하면 서로 다른 자료형을 인자로 받는 함수나 서브루틴이라도 같은 이름으로 사용할 수가 있었습니다. 그런데, 동적 자료형을 지원하는 언어와 달리, 포트란에서는 자료형별로 서브루틴들을 따로 만든 후에 같은 이름으로 호출하였습니다. 동적 자료형 언어에서는 함수 자체를 한 번만 작성하면 되지요. 여기에서 포트란 코드 작성에 중복이 발생하게 됩니다. 이러한 중복을 제거하기 위해 파이썬으로 만든 스크립트가 polyfc (Polymorphic Fortran & C)입니다. 예전에 Forpedo에서 아이디어를 얻었는데, Forpedo를 사용하려니 좀 복잡해서 Python 연습도 할 겸 gpl용으로 만들었습니다.

예제

이해하기 쉽게 예제를 살펴보겠습니다. 배열의 내용을 출력하는 서브루틴을 작성하려고 합니다. 배열은 integer, real, real(kind=8), complex, complex(kind=8) 다섯 종류의 자료형을 지원하려고 합니다. 그럼 서브루틴을 자료형에 따라 총 5개를 작성해야 하는데, 선언부만 다르고 나머지는 동일하거나 거의 비슷하게 됩니다. 그래서 일종의 템플릿 서브루틴을 만들고, 필요한 부분만 바꿔가며 서브루틴을 복제하려고 합니다. 그러면 거의 비슷한 코드를 중복해서 작성하는 수고를 덜 수 있겠죠. 아래는 polyfc에 입력으로 들어가는 템플릿 파일입니다.

module polyfc_example

!@interface print_array
contains
!@template print_array ifdcz
    subroutine print_array_<name>(arr)
    <type>,intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
!@end
end module

포트란 주석을 이용하여 인터페이스가 들어갈 부분과 템플릿 부분을 표시하고, 자료형에 따라 바뀌어야 하는 부분은 <name>, <type>으로 표시하였습니다. 이 외에 필요할 경우 <kind><esize>도 지원합니다. 바뀌며 들어가는 부분은 다음 표를 보면 알 수 있습니다.

Name Fortran type C type Fotran kind esize
i integer int (kind=4) 4
f real float (kind=4) 4
d real(kind=8) double (kind=8) 8
c complex float complex (kind=4) 8
z complex(kind=8) double complex (kind=8) 16
b logical (not supported) (kind=4) 4
s character(len=*) char (len=*) 1

그래서 polyfc input.f90 > output.f90과 같이 실행했을 때 얻게 되는 파일은 다음과 같습니다.

! This file was generated from pfc.example.f90 by Polyfc at Mon Jul 28 22:12:32 2014.
! Do not edit this file directly.

module polyfc_example

    interface print_array
        module procedure print_array_i
        module procedure print_array_f
        module procedure print_array_d
        module procedure print_array_c
        module procedure print_array_z
    end interface print_array

contains

    subroutine print_array_i(arr)
    integer,intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
 
    subroutine print_array_f(arr)
    real,intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
 
    subroutine print_array_d(arr)
    real(kind=8),intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
 
    subroutine print_array_c(arr)
    complex,intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
 
    subroutine print_array_z(arr)
    complex(kind=8),intent(in):: arr(:)
    integer i
    do i=1,size(arr)
        print*, i, arr(i)
    enddo
    end subroutine
 
end module

자동으로 작성하면 손으로 복사했을 경우 생길 수 있는 오류도 피할 수 있겠죠. 단, 코드에 버그가 있을 때에는 output 파일에서 버그가 있는 곳을 찾아 input 파일의 해당 위치를 고쳐줘야 합니다.

참고로, polyfc 이름이 의미하듯, C도 지원합니다. 단, C에서는 <name><type>만 지원합니다. 물론 인터페이스도 지원하지 않습니다. C에서는 아래와 같은 방식으로 사용 가능합니다.

//@template ifdczbs
void abc_<name>(<type> def)
{
    ...
}
//@end

GNU Quick Plot (gnuqp)

Gnuplot은 리눅스에서 텍스트파일에 저장된 값을 빠르게 그림으로 그려주는 프로그램입니다. 다양한 기능을 가지고 있지만, 제 경우에는 주로 수치해석 후 결과 확인용으로 씁니다.
gnuplot으로 그림을 그릴 때에는 command line 상에서 gnuplot이라고 치고 들어가서 gnuplot 명령어들을 이용하여 그림을 그리고 q를 입력하여 빠져나옵니다.
그런데 간단히 결과를 확인해보기 위해서 gnuplot에 들어가서

p 'file1' w l,'file1' u 1:3 w l,'file1' u 1:4 w p

또는

set grid
set xrange[:10]
set log y
p 'file1' w l,'file2' w l,'file3' w l

과 같이 매번 치려니 귀찮다는 생각이 들었습니다. 그래서 gnuqp (GNU Quick Plot)를 만들었습니다. 이 script를 사용하면 command line 상에서 바로 gnuplot 명령어를 사용하여 그림을 그릴 수 있습니다. 사용 방법은 아래와 같습니다.

Usage :
gnuqp [options] filename1 [u 1:2] [w l], filename2 [u 1:2] [w l], filename3 ...

실행파일 이름, 몇 가지 setting 관련 옵션들, 이후에는 gnuplot의 plot 명령어를 입력합니다.

Required parameters :
filename1
Empty filename[2,3,...] will be replaced by the filename1

두 번째 위치부터는 파일명을 생략하면 첫 번째 파일명으로 대체합니다. 하나의 파일에서 여러 column들을 그릴 때 편리합니다.

Optional parameters :
u 1:2   : columns you want to plot
w [lp..]: line style- line, point, dot or impulse ..etc (default: w l)

plot 명령어의 옵션들 중에는 using (columns)과 with (line style)만 지원합니다. 그 외의 명령은 제가 잘 안 써서요^^.
위의 옵션을 주지 않았을 때 기본적으로 with line 옵션으로 그립니다.

-p      : do not run gnuplot. just print the gnuplot command
-c      : no comma seperation - the arguments are filenames seperated with a blank- use with glob pattern
-l       : set logscale y
-g      : set grid
-x[:10] : set xrange [:10]
-y[1:5] : set yrange [1:5]

위의 옵션들은 gnuplot의 setting을 간편하게 하기 위해 만들었습니다.

-p 옵션을 붙이면 gnuplot의 명령어만 출력하고 그림은 안 그립니다.

-c 옵션을 붙이면 파일들을 기본 옵션(with line)으로 그립니다. 이 때 파일명들 사이의 “,”를 생략하고 파일명만 씁니다. command line상에서 glob pattern을 이용하여 여러 그림을 그릴 수 있도록 하기 위한 옵션입니다. 예를 들면, 다음과 같은 경우죠.

./gnuqp.py -p -c file.00*
-> p 'file.0010' w l,'file.0020' w l,'file.0030' w l,'file.0040' w l,'file.0050' w l

나머지 gnuplot setting들은 위의 설명으로 충분할 것이라 생각합니다.
앞에 예를 들었던 명령어들을 gnuqp를 이용하여 실행한다면 다음과 같습니다.

(gnuplot)
p 'file1' w l,'file1' u 1:3 w l,'file1' u 1:4 w p
(q)

gnuqp file1, u 1:3, u 1:4 wp,

(gnuplot)
set grid
set xrange[:10]
set log y
p 'file1' w l,'file2' w l,'file3' w l
(q)

gnuqp file1, file2, file3 -g -l -x[:10]와 같이 실행할 수 있습니다. gnuqp는 gpl에 포함되어 있습니다.

SConstruct 사용법

SConstruct은 Makefile과 비슷한 역할을 하는, Python script입니다. 따라서 Python이라는 언어의 강력한 기능들을 그대로 가져다 쓸 수 있다는 장점이 있습니다. Makefile을 make라는 명령어로 실행하듯이, SConstruct는 scons라는 명령어로 실행합니다. SConstruct file의 작성법은 Makefile이나 Rakefile의 작성법과는 차이가 있습니다. 작성법을 살펴보기 전에 먼저 ‘Environment’와 ‘Builder’라는 개념에 대해 살펴보겠습니다.

Environments

Makefile에서는 기본적으로 Shell의 환경변수들을 가져다가 썼습니다. 물론 PATH 환경변수도 가지고 오기 때문에 compiler의 절대경로를 써주지 않아도 알아서 잘 compile을 했었습니다.
반면에, scons는 기본적으로 Shell의 환경변수들을 가져오지 않습니다. scons를 설치할 때 기본적인 compiler들(gcc, gfortran 등)은 알아서 찾아내기 때문에 보통은 문제가 없지만 특정한 compiler(icc, ifort 등)를 사용하고 싶은 경우 compile 관련 환경변수(construction variables)에 절대경로를 지정해주거나 Shell의 환경변수를 가지고 옵니다. Shell의 환경변수들을 전부 가지고 오고 compiler로 ifort를 사용할 경우 script에 다음과 같이 써줍니다.

import os
DefaultEnvironment(ENV=os.environ, FORTRAN='ifort',
    FORTRANFLAGS='-assume byterecl -O2', LINK='ifort')

scons에는 위에 사용한 Default Environment외에도 사용자가 마음대로 Environment를 만들 수 있습니다. 아래와 같이 쓸 경우 myEnv라는 새로운 Environment를 만들어 사용할 수 있습니다. 이런 식으로 여러 개의 Environment들을 만들어 필요에 따라 같은 프로그램도 옵션을 바꿔가며 compile할 수 있습니다.

import os
DefaultEnvironment(ENV=os.environ, FORTRAN='ifort',
    FORTRANFLAGS='-assume byterecl -O2', LINK='ifort')
myEnv=Environment(ENV=os.environ, CFLAGS='-O3',
    FORTRANFLAGS='-O1')

위의 환경 설정 내용을 이후에 사용하기 위해 myenv.py라는 파일에 저장해두었다고 가정 하겠습니다.

Builders

scons는 기본적으로 많이 사용되는 프로그램들의 compile 방법들을 알고 있습니다. Compile하는 object를 builder라고 하는데, c/c++, fortran, java, TeX, LaTeX, tar, zip 등 다수의 builder들이 존재합니다. 따라서 원하는 builder에 알맞은 target과 source 이름만 넣어주면 scons가 알아서 compile합니다. 필요한 변수(옵션)들은 해당 Environment에서 가지고 옵니다. 기본적인 작성법은 다음과 같습니다.

Program('target1.e', 'source1.f')
myEnv.Program('target2.e', 'source2.c')

첫 번째 줄은 ‘source1.f’라는 파일로부터 ‘target1.e’ 라는 파일을 생성하는 명령입니다. 이 때 필요한 변수들은 Default Environment에서 가지고 옵니다. 두 번째 줄은 ‘source2.c’라는 파일로부터 ‘target2.e’라는 파일을 생성하는 명령이고, 필요한 변수는 myEnv라는 Environment에서 가지고 옵니다. 위에서 Program이라는 명령은 source code에 해당하는 builder를 불러오는 역할을 하죠. 지금까지의 SConstruct script와 실행 결과를 살펴볼까요?

from myenv import *
Program('target1.e','source1.f')
myEnv.Program('target2.e','source2.c')

scons라고 실행하면,

scons: Reading SConscript files ...
scons: done reading SConscript files.
scons: Building targets ...
ifort -o source1.o -c -assume byterecl -O2 source1.f
gcc -o source2.o -c -O3 source2.c
ifort -o target1.e source1.o
gcc -o target2.e source2.o
scons: done building targets.

와 같은 화면을 얻게 됩니다. 복잡한 내용은 빼고 실행 결과만 보고 싶을 경우 scons -Q 라고 실행하면 결과를 다음과 같이 보여줍니다.

ifort -o source1.o -c -assume byterecl -O2 source1.f
gcc -o source2.o -c -O3 source2.c
ifort -o target1.e source1.o
gcc -o target2.e source2.o

위의 실행 결과를 보면 source file의 확장자에 따라 필요한 compiler를 사용하고 필요한 환경변수들을 가져다가 사용했음을 알 수 있습니다. 특정 Compiler가 사용하는 환경변수는 scons user manual에서 찾아볼 수 있습니다.

예제

그럼 앞에서 살펴보았던 예제main.f, sub1.f, sub2.f 는 어떻게 compile하는지 살펴보겠습니다.

from myenv import *
Program('main.e',['main.f','sub1.f','sub2.f'])

위와 같이 source file이 여러 개인 경우 source file들을 list로 묶어줍니다. 다른 방법으로 아래와 같이 쓸 수도 있습니다. Split이라는 함수는 문자열을 나눠서 list로 만들어줍니다.

from myenv import *
obj=Split('main.f sub1.f sub2.f')
Program('main.e',obj)

Makefile이나 Rakefile에 비해 상당히 간단하죠? 실행 결과는 다음과 같습니다.

ifort -o main.o -c -assume byterecl -O2 main.f
ifort -o sub1.o -c -assume byterecl -O2 sub1.f
ifort -o sub2.o -c -assume byterecl -O2 sub2.f
ifort -o main.e main.o sub1.o sub2.o

또 앞의 Makefile, Rakefile 예제들과는 달리 clean 이라는 target이 없습니다. scons -c 라고 실행하면 scons는 compile 과정에서 새로 생긴 파일들을 알아서 지워줍니다. 실행 결과는 다음과 같습니다.

scons: Reading SConscript files ...
scons: done reading SConscript files.
scons: Cleaning targets ...
Removed main.o
Removed sub1.o
Removed sub2.o
Removed main.e
scons: done cleaning targets.

물론 특정 target만 만들고 싶을 때는 scons main.o와 같이 실행하여 하나의 target만 만들 수도 있습니다. main.o라는 target은 script 내에서 지정해준 적이 없지만 확장자 규칙에 따라 compile 중에 생기는 파일이기 때문에 앞에서와 같이 실행하면 알아서 만들어줍니다. 또한, 많은 경우 dependency도 알아서 check해줍니다.

만약 Program()에서 target을 생략하고 source만 적어주면 list의 첫 번째 source file 이름을 기준으로 target file 이름을 만들어 줍니다.

Program(['main.f','sub.f']) ## -> target='main'

SCons Homepage

예전에 다른 블로그에 올렸던 글인데, 이곳에 복사해둡니다.