基于VTK的前后处理可视化框架，集成你的求解器！ 原创

一．前处理

支持可视化的模型类型

1. 网格格式

u VTK（Visualization Toolkit）支持多种数据类型，包括结构化和非结构化网格。

u VTI：VTK 图像数据格式，用于表示体数据。

u VTU：VTK Unstructured Grid，适用于非结构化网格数据。

u VTR：VTK Rectilinear Grid，表示规则网格的数据。

u VTS：VTK Structured Grid，适合表示结构化网格数据。

2. 其他科学计算格式

u CSV（Comma-Separated Values）：用于存储表格数据，可以包含多种类型的信息。

u Exodus II：主要用于有限元分析的格式，常用于工程模拟数据的存储。

3. 体积数据格式

u HDF5（Hierarchical Data Format version 5）：用于存储大型数据集的格式，支持复杂数据表示。

u NetCDF（Network Common Data Form）：用于存储气象、海洋和气候数据的格式。

4. Abaqus与OpenFOAM格式数据

u OpenFOAM：用于计算流体动力学（CFD）模拟的格式。

u Inp 格式：Abqus数据格式

5. 图形和几何格式

u STL（Stereolithography）：常用于三维打印和计算机辅助设计（CAD）模型。

u OBJ：一种广泛使用的三维模型格式，适用于多种应用。

1. 前处理交互式求解参数设置

u 可视化：通过交互式拾取，用户可以直观地查看模型的结构和组成部分。这对于复杂模型的理解和分析非常重要。

u 节点信息：获取节点 ID 后，用户可以查阅该节点的数据，如位置、力、位移等，帮助分析模型的性能。

u 结果提取：在后处理阶段，用户可能需要分析特定节点的计算结果（如应力、应变等），通过拾取节点 ID，软件可以快速定位到相应的结果数据。

u 数据比较：通过提取多个节点的 ID，用户可以进行数据比较和趋势分析，识别模型的弱点或优化区域。

1.1模型节点拾取：

单个节点拾取、框选节点集合获取节点ID

1.2模型单元拾取:

单个单元拾取、框选单元集合获取单元ID

在计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA）的前处理阶段，单元和节点拾取技术是实现各种功能的关键。

1. 施加边界条件

2. 定义材料属性

对特定的单元分配不同的材料属性（如弹性模量、密度、黏度等），需要通过单元或节点拾取来确保物理属性的精确赋值。

 

图 6 修改材料属性

3. 施加载荷

外力或压力：在特定的节点或单元上施加外部载荷（如力、压力等），通常需要选择这些节点或单元。

4. 设置约束条件

对某些节点施加位移约束或旋转约束，以限制模型的运动，确保模拟过程符合物理真实情况。

5. 设置初始条件

在某些模拟中，需要定义初始条件（如初始速度、温度等），这通常涉及到对特定单元或节点的选择。

二、后处理

 

通用后处理引擎，自研后处理器支持VTK、Tecplot等标准格式及自定义格式文件的载入，能够全面涵盖结构化、非结构化、面网格、粒子点云及混合单元的可视化需求。该后处理器采用了前沿的高保真可视化算法，不仅支持标量场与矢量场的直观展现，还提供了详尽的仿真数据图表及曲线分析功能。

在标量场可视化方面，该后处理器支持物理量云图、等值面与等值线、材料属性显示、数据探测分析以及隐函数截取平面。此外还提供了模型镜像、旋转、拉伸等几何变换方法。

在矢量场可视化方面，该后处理器支持矢量颜色映射云图、矢量箭头、流线等多种可视化手段。

作者为高级工程师。长期从事CAE软件前后处理关键技术研究。在科学计算数据可视化领域经验丰富，擅长处理复杂的多维数据与高阶科学计算结果、计算机图形学、100亿级大规模数值模拟数据并行渲染与分析。通过灵活运用自研算法实现高效的图形化展示。曾经完成过大型CAE软件的后处理架构与可视化算法的编写，基于C++、Qt、VTK/OpenGL编写了多套前后处理国产化可视化软件。可以实现与求解器的无缝衔接，形成具有前后处理、求解器的一体化软件。