科学计算结果的可视化Tecplotppt课件

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1、天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系科学计算工具软件天津大学机械工程学院天津大学机械工程学院第一讲第一讲 科学计算结果的可视化科学计算结果的可视化Tecplot天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系科学计算的三个步骤合理的控制方程和边界条件合理的数值解法计算结果的可视化天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系科学计算可视化概念uViSCVisualization in Scientific Computations，是指运用计算机图形学和图，是指运用计算机图形学和图象处理技术，将科学计算过程中产生的数据及象处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果

2、转换为图形或图象在屏幕上显示出来计算结果转换为图形或图象在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。，并进行交互处理的理论、方法和技术。u可视化是一种计算方法。它将符号变为几何形可视化是一种计算方法。它将符号变为几何形体，使研究者可以观察他们的仿真或计算结果体，使研究者可以观察他们的仿真或计算结果。可视化提供了一种观察不可见事物的方法。可视化提供了一种观察不可见事物的方法。1987年2月美国NSF“科学计算可视化“会议天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系可视化技术分类科学计算可视化科学计算可视化-空间数据场空间数据场的可视化的可视化 它显示的对象涉及它显示的对象涉及标量

3、标量、矢量、矢量及及张量张量等不同等不同类别的类别的空间数据空间数据，研究的重点放在如何真实、，研究的重点放在如何真实、快速地显示二维快速地显示二维/三维数据场。三维数据场。信息可视化信息可视化-非空间数据非空间数据的可视化的可视化 它显示的对象主要是它显示的对象主要是多维多维的标量数据（经济的标量数据（经济、管理、管理、WebWeb数据），目前的研究重点在于，数据），目前的研究重点在于，设计和选择什么样的显示方式才能便于用户了设计和选择什么样的显示方式才能便于用户了解庞大的多维数据及它们相互之间的关系。解庞大的多维数据及它们相互之间的关系。天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系

4、可视化流程天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系数据数据源数据源实验和观测风洞,场观测,望远镜,空间探测器，水质量计算和仿真计算化学,流体力学，有限元数据库蛋白质数据库，基因组研究数据类型数据类型标量标量温度,压力,速度大小矢量矢量磁场,速度（方向）张量张量应力，应变多元变量多元变量天气特征,影响水质量的因素天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系标量场可视化一维标量场一维标量场 构造插值函数F(x)，根据F(x)生成采样点之间的线段。常见的插值函数有线性插值、Hermite插值、三次及高次样条插值。然后采用如最小二乘法等进行逼近。二维标量场二维标量场 等值线绘制 颜

5、色映射三维标量场三维标量场 构造等值面技术Marching Cubes算法 直接体绘制Ray tracing,Cell Project算法等天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系矢量可视化问题问题“我们不能在二维屏幕上直接显示矢量数据，比如只我们不能在二维屏幕上直接显示矢量数据，比如只能显示一组小箭头，不能象标量图象那样很容易地解能显示一组小箭头，不能象标量图象那样很容易地解释结果。我们的视觉系统不适合于以此方式解释大批释结果。我们的视觉系统不适合于以此方式解释大批量矢量，但我们有极好的能力可以理解和解释图象或量矢量，但我们有极好的能力可以理解和解释图象或有深度提示的表面图形有深

6、度提示的表面图形”Helman J.困难（1）大小和方向（2）需要更多的显示空间 基本流程基本流程矢量数据的预处理矢量数据的映射矢量数据的绘制和显示天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系应用天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系应用高分子材料高分子材料的微观结构的微观结构流动的涡旋结构流动的涡旋结构天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系应用天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系科学计算可视化在力学中的应用1、流体力学方柱绕流天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系2、固体力学海洋平台的晃动天津大学机械工程学院力学系天津大学机械

7、工程学院力学系1、海洋潮流天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系MESH AND CONTOUR PLOT网格图和等值线图天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系XYplot天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系SURFACEResults from a simulation code which models the interaction of ocean waves with large offshore platforms.The image show three different Tecplot plot styles highlightin

8、g the various ways that data can be visualized.天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系CONTOUR AND VECTOR PLOT等值线和矢量线天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系流线Large Eddy Simulation streakline visualization of the flow past a circular cylinder at Reynolds number Re=3900.Michael Breuer-Institute of Fluid Mechanics-University of

9、Erlangen-Nuremberg 天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Tecplot 简介http:/www.T TypesZone LayersZone StylesTools天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系去掉Border或双击或双击Border区域区域天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系图形输出或拷贝至剪切板天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系TECPLOT所需的数据结构天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Frame1Frame2天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系每个Zone的数据结

10、构结构化的（ORDERED DATA）：一组结点上的数据按照逻辑关系组织起来的数组。有限元或非结构化（FINITEELEMENT）：一组结点上的数据及其结点之间的连接关系（单元）天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化网格结构化网格天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系非结构化网格非结构化网格天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系完整而简单的数据文件例XY11.21.41.61.8211.21.41.61.82Simple TextFrame 001 22 Oct 2006 Simple Data FileXY文件头文件头Zone段段Text或或G

11、eometry段段天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系数据文件的文件头（File Header）TITLE“？”（可选）。双引号内的内容将显示在Border区域（？）Variables“X”“Y”“？”“T”。变量名称，决定了后续Zone数据体的个数，以及作图时的引用变量名。天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Zone段ZONE T=ZONE 1 I=12,J=1,K=1,ZONETYPE=Ordered DATAPACKING=POINT DT=(SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE)1.000000000E+00

12、0 4.300000191E+000 4.000000000E+000 4.000000000E+000 2.000000030E-001 4.000000060E-001 2.000000000E+000 4.500000000E+000 4.000000000E+000 4.099999905E+000 2.199999988E-001 4.399999976E-001 3.000000000E+000 4.000000000E+000 3.500000000E+000 4.500000000E+000 2.399999946E-001 4.799999893E-001 4.0000000

13、00E+000 4.199999809E+000 3.400000095E+000 4.199999809E+000 2.399999946E-001 4.799999893E-001 5.000000000E+000 3.500000000E+000 3.000000000E+000 3.599999905E+000 2.000000030E-001 4.000000060E-001 6.073231697E+000 2.099999905E+000 2.599999905E+000 2.799999952E+000 1.599999964E-001 4.030438066E-001 7.0

14、00000000E+000 2.000000000E+000 1.500000000E+000 2.500000000E+000 2.311804295E-001 3.199999928E-001 8.109848022E+000 1.500000000E+000 1.000000000E+000 2.400000095E+000 1.599999964E-001 4.346795678E-001 9.000000000E+000 2.099999905E+000 1.100000024E+000 2.599999905E+000 1.000000015E-001 2.000000030E-0

15、01 1.000000000E+001 2.500000000E+000 1.600000024E+000 3.099999905E+000 2.199999988E-001 4.399999976E-001 1.100000000E+001 3.299999952E+000 2.500000000E+000 3.000000000E+000 2.199999988E-001 4.399999976E-001 1.200000000E+001 3.599999905E+000 3.500000000E+000 3.500000000E+000 2.399999946E-001 4.799999

16、893E-001名称名称TITLE =RainfallVARIABLES=Month“Seattle Rainfall“Dallas Rainfall Miami Rainfall“Error 1“Error 2File Header数据文件数据文件2天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Zone段（ZoneType）ZONETYPE=Ordered,FElineseg,FEtriangle,FEquadrilateral,FEtetrahedron,FEbrick结构化数据结构化数据，可省略，可省略有限元数据，有限元数据，不可省略不可省略四面体四面体六面体六面体天津大学机械工程

17、学院力学系天津大学机械工程学院力学系Zone段（DATAPACKING）DATAPACKING=POINT，BLOCK 天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Zone段（DT）DT=(SINGLE,DOUBLE,LONGINT,SHORTINT,BYTE,BIT)DT 为为DATA TYPE的缩写的缩写天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Zone段（VARSHARELIST）VARSHARELIST=(1,2,3=1,1,2)在某些情况下，多个在某些情况下，多个zone段（不同时刻同一网段（不同时刻同一网格点上的某些量的数据，网格坐标及其连接关格点上的某些量的数据

18、，网格坐标及其连接关系相同，为节约硬盘空间，可以在某些系相同，为节约硬盘空间，可以在某些zone内内省略这些网格坐标，用省略这些网格坐标，用VARSHARELIST共享其它zone的网格坐标及其连接关系数据）本本zone的前三个量用的前三个量用zone1的前的前三个量共享。多用于结构网格三三个量共享。多用于结构网格三维维x、y、z坐标量共享坐标量共享本本zone的前二个量的前二个量用上一个用上一个zone的前的前二个量共享。多用二个量共享。多用于结构网格二维于结构网格二维x、y坐标量共享坐标量共享天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化数据（ORDERED DATA）一维单Z

19、oneFortran段段Fortran段段X变量写完后，再写变量写完后，再写Y变量变量把某点的所有变量写完后，再写下把某点的所有变量写完后，再写下一个点的所有变量一个点的所有变量天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化数据（ORDERED DATA）一维多ZonePositionTemperature8090100110120460480500520540560SAMPLE CASEFrame 001 22 Oct 2006 Example:Multi-Zone XY Line Plot共享共享zone1的的Position变量变量天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学

20、院力学系结构化数据（ORDERED DATA）二维VARIABLES=X,Y,Temperature,Pressure ZONE I=2,J=3,DATAPACKING=POINT 3 0 0 50 7 2 0 43 2 4 1 42 6 6 0 371 8 1 30 5 9 1 21 WRITE(*,*)VARIABLES=X,Y,Temperature,Pressure WRITE(*,*)ZONE I=,IMAX,J=,JMAX,DATAPACKING=POINT DO 1 J=1,JMAX DO 1 I=1,IMAX 1 WRITE(*,*)X(I,J),Y(I,J),T(I,J),P

21、(I,J)备注：先（内）循环备注：先（内）循环I，再（外）循环，再（外）循环J也即：行优先也即：行优先天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化数据（ORDERED DATA）VARIABLES=X,Y,Temperature,Pressure“ZONE I=2,J=3,DATAPACKING=BLOCK,VARLOCATION=(3=CELLCENTERED,4=CELLCENTERED)3 7 11 2 6 10 1 5 9 0 2 3 4 6 8 8 9 10 0 2 1 3 45 60 35 70 变量变量3（Temperature）、）、4（Pressure）在网格中

22、心）在网格中心XYTemperaturePressure天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化数据（ORDERED DATA）三维POINT备注：先备注：先X方向循环、再方向循环、再Y方向循环、最方向循环、最后后Z方向循环方向循环天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系结构化数据（ORDERED DATA）三维（三维（BLOCK）XYZTemp天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系有限元数据（Finite-Element Data）ZONETYPE（FELINESEG,FETRIANGLE,FEQUADRILATERAL,FETETRAHEDRON

23、,or FEBRICK）DATAPACKING（POINT or BLOCK）天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系有限元数据（Finite-Element Data）5个节点数据个节点数据3个单元个单元5个节点、三个单元个节点、三个单元天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系有限元数据（Finite-Element Data）POINT格式的格式的FORTRAN段段BLOCK格式的格式的FORTRAN段段天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系有限元数据（Finite-Element Data）X Y P1 P2 P3-1.0 0.0 100 110 1

24、20 0.0 0.0 125 135 145 1.0 0.0 150 160 180-0.5 0.8 150 165 175 0.5 0.8 175 185 195 0.0 1.6 200 200 200 已知：已知：X、Y为三角形网为三角形网格节点坐标，格节点坐标，P1、P2、P3为三个不同为三个不同时刻节点上的压强时刻节点上的压强网格节点及其三个不同时刻节点网格节点及其三个不同时刻节点上的压强上的压强天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系有限元数据（Finite-Element Data）6个节点坐标及个节点坐标及P1时刻的压强时刻的压强4个单元的节点连接关系个单元的节点连接

25、关系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系用TECPLOT作图方法第一步：读取数据第一步：读取数据第二步：根据数据类型绘制各类型图形（一维、二维、三维）第二步：根据数据类型绘制各类型图形（一维、二维、三维）第三步：拷贝至第三步：拷贝至WORD等字处理软件或输出图形、图像、动画等字处理软件或输出图形、图像、动画 文件文件天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系第一步：读取数据文件123天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系第二步：绘制图形（一维网格上的数据：XY图）西雅图、达拉斯、迈阿密三地不西雅图、达拉斯、迈阿密三地不同年份同年份12个月的降水量个月的降

26、水量12个月个月三地降雨量三地降雨量可用共享省略月份可用共享省略月份天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系双击双击单击单击备注：见前页的数据备注：见前页的数据年份年份1的数据的数据天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系图例图例天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系双击双击单击单击天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系坐标轴属性更改双击双击单击单击天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系第三步：拷贝至剪切板天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系第三步：或输出图形文

27、件天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系多Zone图形添加默认默认年份年份2的数据的数据天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系单击单击修改修改天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系二维数据 7.599997520E-001 9.099938869E-001 5.134977341E+000 1.919485033E-001 3.134977221E-001 1.254824519E+000-1.805440633E-007 1.136021729E+002-1.669558105E+002 2.805579834E+002 8.383671045E-0

28、01 9.099938869E-001 4.698847771E+000 1.647626013E-001 2.698847950E-001 1.229346514E+000 6.632125471E-003 9.217762756E+001-2.125991974E+002 3.047768250E+002 9.167344570E-001 9.099938869E-001 4.024255276E+000 1.316621751E-001 2.024255395E-001 1.207384706E+000 6.809347309E-003 7.922073364E+001-2.791540

29、833E+002 3.583748169E+002 9.951017499E-001 9.099938869E-001 3.240411282E+000 9.822749346E-002 1.240411177E-001 1.193314433E+000 6.497403141E-003 5.193763351E+001-3.118742065E+002 3.638118286E+002天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系读入数据后显示的网格天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系等值线天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天

30、津大学机械工程学院力学系More天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系二维等值面的三维显示天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系流速图第一次第一次天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系修改箭修改箭头线的头线的颜色颜色修改间修改间隔个数隔个数双击双击天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系让箭头的颜色与某一让箭头的颜色与某一变量相关变量相关天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系改变线条的相对长度改变线条的相对长度天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系添加流线添加流线流线添加流线添加天津大学机械工程学院力学系天津大学

31、机械工程学院力学系从图中取出某一条线上的数据天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系VARIABLES=X Y Z U/RFC V/RFC R/RFR Dist du/dy dv/dx VorticityZONE 2.86414588618 2.98725678203 contourto1D.dat文件文件内容及其图形内容及其图形天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系动画输出 TITLE=0 VARIABLES=X,Y,U vel,V vel,PRESSURE,VOL OF FLUID ZONE T=AT TIME=0.110000000000000 SECOND,I

32、=102,J=102,F=POINT-0.500000000000000 -7.500000000000018E-002 2.597132809875048E-003 0.000000000000000E+000 97233.9365414788 1.00000000000000 TITLE=0 VARIABLES=X,Y,U vel,V vel,PRESSURE,VOL OF FLUID ZONE T=AT TIME=1.05040197633594 SECOND,I=102,J=102,F=POINT-0.500000000000000 -7.500000000000018E-002 0.

33、191583555611533 0.000000000000000E+000 99564.9930553578 1.00000000000000 共有20个zone区域，其中X，Y为网格坐标，U vel和V vel为X、Y方向的流速分量，VOL OF FLUID为水气分界面（为0至1，0为气体，1为液体；作图时最好画等值线LEVEL0.5TECHPLOT_UVS.DAT文件：文件：天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系去掉其它去掉其它LEVEL天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系选中所有选中所有Zone，将线色改为黑色，将线色改为黑色，Contour类型改为类型改

34、为Lines，将将Boundary线也改为黑色。最后只显示最后一个线也改为黑色。最后只显示最后一个zone（即（即zone Num20）天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系双击双击天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系123天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系三维数据可视化TITLE =LCHGVARIABLES=X“Y”Z”ACZONE T=SubZone I=132,J=30,K=19,ZONETYPE=Ordered DATAPACKING

35、=POINT DT=(SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE)1.746986985E+000 1.500000000E+000 6.562500000E-001 1.000000000E+000.天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系设置透明度设置透明度（默认（默认50）双击双击透明显示透明显示天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系新生成的新生成的切片切片Slice切片过程切片过程天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系仅显示切片上的内容仅显示切片上的内容天津大学机械工程学院力学系天津

36、大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系仅显示等值面（仅显示等值面（ISOsurface）天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系新切出的新切出的zone天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系与仅显示与仅显示SLICE不不同，此处同，此处多出了多出了Zone天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系将绘图工具栏改为将绘图工具栏改为2D，选择，选择X为水平轴，为水平轴，Z为垂直轴，为垂直轴，并仅显示并仅显示Slice片内容，则显示如下（随后可以用片内容，则显示如下（随后可以用2D绘绘图方法绘制图形，流速也一样）图方法绘制图形，

37、流速也一样）天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系三维多Zone情况基本相同TITLE =LCHGVARIABLES=X“Y”Z”U vel”V vel”W vel“VOL OF FLUIDZONE T=1 I=67,J=25,K=20,ZONETYPE=Ordered DATAPACKING=POINT DT=(SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE)1.124369025E+000 5.750005841E-001 6.421443820E-001-3.291069865E-001-1.041804135E-004 8

38、.660291880E-002.ZONE T=“2“.天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系三维多Zone情况基本相同天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系简单散点数据可视化当没有文件头时，Tecplot可以视为散乱点x y，u，v天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系1234新生成新生成zone原始原始zone不不显示显示三角化后生三角化后生成的网格成的网格天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系流速显示天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系导出三角化导出三角化后的数据后的数据V1、V2、V3、V4分别为分别为X、Y坐标坐标和和U、V分量分量天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系天津大学机械工程学院力学系Tecplot导入数据（数据接口）