基于VTK的前后处理可视化技术介绍

基于VTK的前后处理技术介绍
（备注：以下截图均为VTK可视化结果，而非商业软件截图）
一．前处理
1.支持前处理显示的网格类型：
图 1 前处理支持显示的网格单元类型
2.前处理交互式求解参数设置
2.1模型节点拾取：
单个节点拾取、框选节点**获取节点ID
2.2模型单元拾取:
单个单元拾取、框选单元**获取单元ID

图 2 拾取节点单元技术

3.前处理边界条件（等）显示

图 3 边界条件显示

图 4 连接关系显示

图 5 标记点可视化
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。
图 6 后处理架构图
1.支持各种显示形式

支持面显示、网格显示、线框显示、节点显示。

图 7 模型边框显示



图 8 模型面和边显示





图 9 面显示
2. 标量场可视化方法
2.1 物理量云图
结构仿真中的物理量云图（也称为场图或热图）是一种重要的可视化工具，用于展示空间中不同位置的物理量分布。它通常用于工程和科学计算中，帮助工程师和科学家理解和分析复杂的物理现象。例如，在应力分析中，可以通过云图快速找到承受最大应力的部位，为设计改进提供依据。

图 10 物理量云图


2.2 物理量等值线、等值面
云图：通过颜示物理量的分布，使得不同数值区间通过不同颜色清晰可见，有助于快速理解和分析复杂数据。
等值线：在二维图形中，等值线通过连接具有相同值的点来表示物理量的分布，直观展示变量在空间中的变化趋势。
等值面：在三维空间中，等值面连接具有相同值的点，帮助理解物理量在三维空间中的分布情况。
图 11 等值面

2.3 材料分布显示

图 12 材料分布显示

2.4 探针
在结构仿真中，数据探测和探针是用于获取、分析和监测特定物理量或参数的重要工具。它们的作用主要体现：探针可以放置在结构的特定位置，实时监测该位置的物理量（如应力、应变、温度等），提供更高精度的数据。


图 13 数据探测
3. 矢量场可视化方法
矢量场的基本特性：矢量场通过箭头表示物理量（如力、位移、速度等）的大小和方向，使得用户能够直观地理解在特定区域内的力的作用方式。
动态分析：对于动态结构分析，矢量场可以展示物体在受力或运动过程中产生的瞬时状态，帮助分析结构在不同载荷下的行为。
3.1 速度矢量显示

图 14 矢量箭头颜色映射显示
图 15 速度矢量显示



图 16 速度矢量显示

图 17 云图等值面 速度矢量场显示
3.2 流线显示

图 18 流线
4.模型剖分

图 19 交互式切分平面设置

图 20 模型切分结果


5. 模型坐标系显示


图 21 模型坐标系显示



6. 模型对称
在结构仿真过程中，模型对称性具有重要意义，尤其是在减少计算量和提高效率方面。以下是对称模型带来的主要好处：
1. 减少计算量
简化模型：对称性可以使得仿真模型的尺寸大幅缩小。例如，在处理具有对称几何的结构时，仅需模拟一个对称部分，即可推导出整体行为，从而减少需要计算的节点和单元数量。
降低计算资源需求：较小的模型意味着更少的计算单元和节点，直接导致计算时间和内存需求的减少。这对于大型结构或复杂问题尤为重要。
2. 提高计算效率
加快计算速度：由于计算量的减少，仿真过程中的计算速度明显加快，特别是在进行多次迭代和优化时，效率提升非常显著。
快速响应与反馈：在设计阶段，快速的仿真反馈有助于更及时地评估设计方案，缩短开发周期。

图 22 沿着X=0 平面对称

图 23 沿着X=0,Y=0 平面对称

图 24 沿着X=0,Y=0,Z=0 平面对称

7. 后处理结果导出图片、视频


图 25 动画

8. 二维数据曲线分析