精美科研图的代价：如何从非结构化网格中随意提取流线数据？

在流体动力学模拟结果或者从某种非结构化网格的速度场中提取流线并很好的展示出来，会对你的研究结论的理解有重要作用。提到流线提取和绘制，估计你会想到tecplot，paraview，matlab甚至python等，你说的对，这几种软件都可以做这件事儿。但是，各有优缺点！
(1) Tecplot的流线提取我认为是最棒的，因为他可以用鼠标点击确定流线的位置，而且提取的质量非常棒，还可以导出动态的stream tracer流动的动画。一个小缺点就是绘图，其实tecplot绘图也挺好看的，就是导出为矢量图的时候，网格单元之间存在一个幽灵般的白线，至今我还没找到解决办法（如果谁有解决办法，记得在底下给我留言哦，感谢！），所以用tecplot绘图就放弃了！
(2) paraview是可以画流线，但是功能相比tecplot有点渣渣，还不人性化，放弃！而且paraview作图也是没法忍，只是当做现场演示或者快速浏览和播放数据还可以。
(3) matlab和python差不多，在提取流线的算法上不太好，而且手动交互不方便。成图方面，本人偏爱python！！！绘图质量高，绘图灵活！
所以本文的重点来了：利用tecplot提取流线并保存数据；然后用python读取数据并绘图。本文只讲方法和流程，不讲编程细节，如果想获取程序请到九天学者-学术资源库中留言获取！

Tecplot提取流线

加载数据

假设你已经有了某个速度场的数据，数据格式可以被tecplot识别，比如netcdf，hdf5或者vtu格式。鼠标点击tecplot的File->Load Data然后选择你的数据并选择相应的格式即可。我这里演示的是加载vtu格式文件（关于vtu格式请参考 File Format for VTK.pdf 或 网页 ），如下图所示（需注意的地方已用红色框标注）

Tecplot读取非结构化vtk数据格式：vtu后缀名的文件

点击[Open]按钮加载数据之后，可以显示数据中的物理场分布，如下图所示

Pressure

计算流线

计算流线的第一步是选中左侧栏的Streamtracers复选框，并在弹出的小对话框中选择X轴方向的速度U和Y轴方向V（在你的速度场数据中是有的，我这里是vx和vz），如下图所示

计算流线第一步

然后第二步就是[OK]按钮之后，鼠标点击左侧栏Streamtrances和Details按钮中间的这个带箭头图标的按钮，然后你的鼠标指针就会变成一个小十字。用鼠标在右边的数据可视化区域中随便点击你想提取流线的地方，就会生成过此点的流线，如下图所示：

计算流线第二步

Tecplot保存流线数据

上面的步骤计算生成的流线只是在tecplot的绘图区显示了，但是如果不想用tecplot绘图，我想把这些流线数据保存为文件，然后用python画图。可以按照以下步骤操作。

提取流线

点击tecplot顶部的菜单栏：Data -> Extract -> Extract Streamtraces Over Time，点击完这个操作之后并没有什么对话框显示，表面上看没有任何反应。不要慌！！！这个操作已经在软件内部完成了并且记录了。接下来看看如何保存。

保存流线数据

鼠标点击菜单操作：File -> Write Data，会弹出如下图所示的对话框，选择你喜欢的文件名和文件格式，我这里选择的是ASCII码（明码）文件，如果你是tecplot高级用户或数据量巨大则可以选择二进制文件。

保存数据对话框

点击Save之后又会弹出一个对话框，如下图所示。这里Zone(s)就会看到多了一个Streamtraces，这就是上一步点击extract data时生成的（表面上看，软件没有反应），次对话框弹出后，Zone(s)下面的数据是全选中的，如果你不需要RestartFile1可以用鼠标点击你想要保存的数据，多选可以结合shift键实现！选中之后点OK就保存了。

保存数据对话框2

保存的这个StreamLines.dat文件大致长这样：

Tecplot导出的数据文件（ASCII格式的）

这个而文件里面就记录了这些流线的坐标值和坐标点上对应的物理场值，变量总共有：X,Y,Z,T,Vx,Vz,P,Perm,Perm_log。共有7221个点，7217个element，这里的element是一个线段，其连接顺序见数据后面一段。

Tecplot导出的数据文件内容

前面是按顺序列出的所有变量的值，后面部分是链接顺序。所以文件结构很简单，一看就能猜到他的组织结构。

Python读取流线数据

读取流线数据很简单，找规律用python读取，然后想怎么绘图就怎么绘图了。
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