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小白学CFD|20 数据可视化

小白:图形不仅要好看,更要好用!
利用CFD程序计算得到的结果是一堆冷冰冰的数据,计算机可不认识这些数据分别代表着什么物理量,也不会去理会这些数据之间是否存在什么瓜葛。不过我们可以通过一些技术方法,使得这些数据之间的关系更容易理解。

1 数据的表达形式

小白:采用合适的数据呈现形式尤其重要。

1.1 线值图

就如下面表格中的数据:

变量x 变量y
1 1
1.2 1.728
1.4 2.744
1.6 4.096
1.8 5.832
2 8
2.2 10.648
2.4 13.824
2.6 17.576
2.8 21.952
3 27

肉眼看过去,能看出变量y与变量x之间的相关关系么?这难度有点大。不过我们换一种表达方式:

换成这种图形表达,Y与X之间的关系看起来是不是更加清晰了呢,很容易看出来它们成指数关系。

在后处理过程中,有时候也将多条曲线放在一起进行比较,如下图所示。多条不同的曲线放在一起用于比较其变化趋势。

小白:线值图(包括散点图)常用于展示两个变量之间的变化规律,常用于定量分析。文档报告中非常常见。

1.2 云图

要说这个容易理解,我们再来换一组复杂点儿的。比如下面表格中的数据。

X Y Z
-1 -1 -2
-0.9 -0.9 -1.458
-0.8 -0.8 -1.024
-0.7 -0.7 -0.686
-0.6 -0.6 -0.432
-0.5 -0.5 -0.25
-0.4 -0.4 -0.128
-0.3 -0.3 -0.054
-0.2 -0.2 -0.016
-0.1 -0.1 -0.002
0 0 0
0.1 0.1 0.002
0.2 0.2 0.016
0.3 0.3 0.054
0.4 0.4 0.128
0.5 0.5 0.25
0.6 0.6 0.432
0.7 0.7 0.686
0.8 0.8 1.024
0.9 0.9 1.458

能看懂表中数据Z与x,y之间的关系么?恐怕没人能看得懂。将上表中的数据以等高线图的形式表达,如下图所示。

这样的话数据理解起来是不是要轻松多了呢,虽然依旧看不出来XYZ之间的函数关系,但是从图中可以看出哪些位置的z值大,哪些位置的z值小。

还可以使用等值图来表示,如下图所示。

小白:云图(包括等值图)常用于展示物理量在面(平面或曲面)上的分布,多用于定性分析,有时也用于定量分析。文档报告中非常常见。

1.3 饼图

考虑下表所示的食谱。

材料 用量
flour 375g
sugar 300g
butter 250g
berries 75g

光从表中不容易发现食材组成比例,但如果转换成下图,则很容易从直觉上得到各种食材的比例关系了。

小白:饼图常用于表达部分与整体之间的比例关系,统计文档中有时会用到。

1.4 直方图

如下表所示数据。假设该数据为男生和女生在四次考试中的平均成绩

编号 boys girls
1 80 86
2 81 83
3 79 81
4 64 72

从这表中能看出什么信息么?好像难度比较大。不过我们可以将其转化为直方图查看。

是不是要比表格中冷冰冰的数据更加直观一些呢。

小白:直方图常用于离散数据的大小显示和比较。

1.5 流线图

在CFD结果后处理中,流线图常用于表达流体流动走向,多用于观察计算区域中是否存在流动旋涡、流速分布以及流动梯度变化等。

流线图常用于定性分析与视觉展示,对于数据定量分析功能较弱。

1.6 矢量图

矢量图用于描述矢量在空间的分布。矢量图能够表达矢量的大小及方向,常用于查看流动涡在空间的分布。不同于云图必须附着于空间面,矢量可以分布于几何体。

1.7 动画

动画常用于表达物理量在空间中随时间的变化,多用于定性分析与视觉展示。鉴于一般的文档不方便仿真动画,因此动画也很少用于文档报告中。

1.8 体积渲染

一些专业的CFD后处理软件中提供了体积渲染(Volume Rendering)功能,该功能能够在计算域体积空间内展示物理量的分布。

体积渲染多用于定性分析与视觉展示。

2 图形视觉展示

将数据以图形图表等视觉化的方式展现出来,有助于认识数据之间的相互关系。CFD后处理得到的图形常常是非常漂亮的,但是在处理的过程中,也需要花费一些心思。

额,关于这方面的内容,可以随便找本图形可视化的书看看。下面这篇文章写得不错,不妨一观:玩转可视化|这里有一些小技巧

3 图形可视化的基本原则

几点基本原则:

  • 图形必须能够准确全面的反映数据

  • 图形必须易于识别和理解

  • 图形信息应当完整。每一个图形均为一个独立的个体,应具备完整的信息

  • 在保证数据不变的前提下,尽可能使图形美观


江师姐:小白,你这图画得太丑了,老蓝不会放过你的。

小白:可以用PS么?

江师姐:可以啊。

小白:可是我看网上说用PS都是学术造假。

江师姐:又没让你改数据。你可以用PS调一下图形的对比度和饱和度,看看你的图,灰不溜秋的看都看不清。

小白:我能看清啊。

江师姐:你能看清有啥用,你的图是给别人看的,要别人能看清才行。


小白系列往期列表:


小白学CFD|19 残差

小白学CFD|18 初始条件

小白学CFD|17 松弛迭代

小白学CFD|16 代数方程组

小白学CFD|15 迭代法

小白学CFD|14 稳态与瞬态

小白学CFD|13 空间维度

小白学CFD|12 计算域

小白学CFD|11 网格

小白学CFD|10 编程

小白学CFD|09 流程

小白学CFD|08 境界

小白学CFD|07 捷径

小白学CFD|06 CFD

小白学CFD|05 书单

小白学CFD|04 路线

小白学CFD|03 老蓝

小白学CFD|02 开学

小白与CFD|01 序章



本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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