科学计算结果的可视化Tecplot.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,科学计算工具软件,*,天津大学机械工程学院,第一讲 科学计算结果的可视化,Tecplot,科学计算工具软件,1,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,2,科学计算可视化概念,ViSC,Visualization in Scientific Computations,，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。,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。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,3,可视化技术分类,科学计算可视化,-,空间数据场,的可视化,它显示的对象涉及,标量,、矢量,及,张量,等不同类别的,空间数据,，研究的重点放在如何真实、快速地显示二维,/,三维数据场。,信息可视化,-,非空间数据,的可视化,它显示的对象主要是,多维,的标量数据（经济、管理、,Web,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解庞大的多维数据及它们相互之间的关系。,4,可视化流程,预处理,映射,绘制,5,数据,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,标量,温度,压力,速度大小,矢量,磁场,速度（方向）,张量,应力，应变,多元变量,天气特征,影响水质量的因素,6,标量场可视化,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,等值线绘制,颜色映射,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,7,矢量可视化,问题,“,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有深度提示的表面图形,”,Helman J.,困难（,1,）,大小和方向（,2,）需要更多的显示空间,基本流程,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,8,应用,9,应用,高分子材料的微观结构,流动的涡旋结构,10,应用,11,科学计算可视化在力学中的应用,1,、流体力学方柱绕流,12,2,、固体力学海洋平台的晃动,13,1,、海洋潮流,14,MESH AND CONTOUR PLOT,网格图和等值线图,15,XY,plot,16,SURFACE,Results from a simulation code which models the interaction of ocean waves with large offshore platforms.The image show three different Tecplot plot styles highlighting the various ways that data can be visualized.,17,CONTOUR AND VECTOR PLOT,等值线和矢量线,18,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 Erlangen-Nuremberg,19,Tecplot,简介,www.T Types,Zone Layers,Zone Styles,Tools,24,去掉,Border,或双击,Border,区域,25,图形输出或拷贝至剪切板,26,TECPLOT,所需的数据结构,27,Frame1,Frame2,28,每个,Zone,的数据结构,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（,FINITE,ELEMENT,）：,一组结点上的数据及其结点之间的连接关系（单元）,29,结构化网格,30,非结构化网格,31,完整而简单的数据文件例,X,Y,文件头,Zone,段,Text,或,Geometry,段,32,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。,33,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+000 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-001,4.000000000E+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-001,7.000000000E+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-001,1.000000000E+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 4.799999893E-001,名称,TITLE =Rainfall,VARIABLES=Month“Seattle Rainfall“Dallas Rainfall,Miami Rainfall“Error 1“Error 2,File Header,数据文件,2,34,Zone,段（,ZoneType,）,ZONETYPE,=Ordered,FElineseg,FEtriangle,FEquadrilateral,FEtetrahedron,FEbrick,结构化数据,，可省略,有限元数据，不可省略,四面体,六面体,35,Zone,段（,DATAPACKING,）,DATAPACKING,=POINT,，,BLOCK,36,Zone,段（,DT,）,DT,=(SINGLE,DOUBLE,LONGINT,SHORTINT,BYTE,BIT),DT,为,DATA TYPE,的缩写,37,Zone,段（,VARSHARELIST,）,VARSHARELIST=(1,2,3=1,1,2),在某些情况下，多个,zone,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系相同，为节约硬盘空间，可以在某些,zone,内省略这些网格坐标，用,VARSHARELIST,共享其它,zone,的网格坐标及其连接关系数据）,本,zone,的前三个量用,zone1,的前三个量共享。多用于结构网格三维,x,、,y,、,z,坐标量共享,本,zone,的前二个量用上一个,zone,的前二个量共享。多用于结构网格二维,x,、,y,坐标量共享,38,结构化数据（,ORDERED DATA,）,一维单,Zone,Fortran,段,Fortran,段,X,变量写完后，再写,Y,变量,把某点的所有变量写完后，再写下一个点的所有变量,39,结构化数据（,ORDERED DATA,）,一维多,Zone,共享,zone1,的,Position,变量,40,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 37,1 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(I,J),备注：先（内）循环,I,，再（外）循环,J,也即：行优先,41,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,3,（,Temperature,）、,4,（,Pressure,）在网格中心,X,Y,Temperature,Pressure,42,结构化数据（,ORDERED DATA,）,三维,POINT,备注：先,X,方向循环、再,Y,方向循环、最后,Z,方向循环,43,结构化数据（,ORDERED DATA,）,三维（,BLOCK,）,X,Y,Z,Temp,44,有限元数据（,Finite-Element Data,）,ZONETYPE,（,FELINESEG,FETRIANGLE,FEQUADRILATERAL,FETETRAHEDRON,or FEBRICK,）,DATAPACKING,（,POINT or BLOCK,）,45,有限元数据（,Finite-Element Data,）,5,个节点数据,3,个单元,5,个节点、三个单元,46,有限元数据（,Finite-Element Data,）,POINT,格式的,FORTRAN,段,BLOCK,格式的,FORTRAN,段,47,有限元数据（,Finite-Element Data,）,X Y P1 P2 P3,-1.0 0.0 100 110 120,0.0 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：,X,、,Y,为三角形网格节点坐标，,P1,、,P2,、,P3,为三个不同时刻节点上的压强,网格节点及其三个不同时刻节点上的压强,48,有限元数据（,Finite-Element Data,）,6,个节点坐标及,P1,时刻的压强,4,个单元的节点连接关系,49,用,TECPLOT,作图方法,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）,第三步：拷贝至,WORD,等字处理软件或输出图形、图像、动画,文件,50,第一步：读取数据文件,1,2,3,51,第二步：绘制图形（一维网格上的数据：,X,Y,图）,西雅图、达拉斯、迈阿密三地不同年份,12,个月的降水量,12,个月,三地降雨量,可用共享省略月份,52,双击,单击,备注：见前页的数据,年份,1,的数据,53,54,图例,55,双击,单击,56,坐标轴属性更改,双击,单击,57,第三步：拷贝至剪切板,58,第三步：或输出图形文件,59,多,Zone,图形添加,默认,年份,2,的数据,60,单击修改,61,二维数据,62,读入数据后显示的网格,63,等值线,64,65,More,66,二维等值面的三维显示,67,流速图,第一次,68,修改箭头线的颜色,修改间隔个数,双击,69,让箭头的颜色与某一变量相关,70,改变线条的相对长度,71,添加流线,流线添加,72,从图中取出某一条线上的数据,73,VARIABLES=X Y Z U/RFC V/RFC R/RFR Dist du/dy dv/dx,Vorticity,ZONE,2.86414588618 2.98725678203,contourto1D.dat,文件内容及其图形,74,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=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 0.191583555611533,0.000000000000000E+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,LEVEL,0.5,TECHPLOT_UVS.DAT,文件：,75,去掉其它,LEVEL,76,选中所有,Zone,，将线色改为黑色，,Contour,类型改为,Lines,，将,Boundary,线也改为黑色。最后只显示最后一个,zone,（即,zone Num,20,）,77,双击,78,79,1,2,3,80,81,三维数据可视化,TITLE =LCHG,VARIABLES=X“Y”Z”AC,ZONE T=SubZone,I=132,J=30,K=19,ZONETYPE=Ordered,DATAPACKING=POINT,DT=(SINGLE SINGLE SINGLE SINGLE),1.746986985E+000 1.500000000E+000 6.562500000E-001 1.000000000E+000.,82,83,设置透明度（默认,50,）,双击,透明显示,84,新生成的切片,Slice,切片过程,85,仅显示切片上的内容,86,87,仅显示等值面（,ISOsurface,）,88,新切出的,zone,89,与仅显示,SLICE,不同，此处多出了,Zone,90,将绘图工具栏改为,2D,，选择,X,为水平轴，,Z,为垂直轴，并仅显示,Slice,片内容，则显示如下（随后可以用,2D,绘图方法绘制图形，流速也一样）,91,三维多,Zone,情况基本相同,TITLE =LCHG,VARIABLES=X“Y”Z”U vel”V vel”W vel“VOL OF FLUID,ZONE 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 8.660291880E-002.,ZONE T=“2“.,92,三维多,Zone,情况基本相同,93,94,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,95,1,2,3,4,新生成,zone,原始,zone,不显示,三角化后生成的网格,96,流速显示,97,导出三角化后的数据,V1,、,V2,、,V3,、,V4,分别为,X,、,Y,坐标和,U,、,V,分量,98,99,Tecplot,导入数据（数据接口）,100,