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开源后处理工具ParaView

ParaView 是一款开源的多平台数据分析和可视化应用程序, 被广泛应用于科学研究、工程设计和医学成像等领域。ParaView提供了强大的功能和无与伦比的扩展性, 让用户能够直观地可视化和分析复杂的数据集。

ParaView官网地址:https://www.paraview.org/。

作者注:ParaView是个人目前见过的为数不多的能够作为生产力工具的开源软件。与ParaView同源的VTK库目前已经是大规模数据可视化领域事实上的标准库。

1 ParaView 的历史

ParaView 是一个开源的多平台数据分析和可视化应用程序,其开发历史可以追溯到2000年。

  • 2000年: ParaView 的开发始于美国能源部高级可视化和计算研究项目 (ASCI) 的资助。Kitware 和洛斯阿拉莫斯国家实验室 (LANL) 共同启动了这个项目,目的是创建一个能够处理大规模数据集的可视化工具。
  • 2002年: ParaView 的第一个公开版本发布。它提供了基于图形用户界面的数据可视化工具,使用户能够轻松地处理和可视化大型数据集。
  • 2005年: ParaView 3.0 发布,这个版本引入了许多新功能和改进,包括更好的用户界面和新的数据处理能力。
  • 2010年: ParaView 3.8 发布,带来了对并行处理的更好支持,这使得它在高性能计算 (HPC) 环境中得到了广泛的应用。
  • 2013年: ParaView 4.0 发布,引入了新的渲染引擎和更多的可视化选项,使其在处理复杂数据集时更加高效。
  • 2016年: ParaView 5.0 发布,这是一个重要的里程碑,带来了大量的性能改进、增强的用户界面以及对虚拟现实 (VR) 支持的初步实现。
  • 2018年: ParaView 5.5 发布,进一步优化了性能,并增加了新的数据分析工具和插件,使其功能更加丰富。
  • 2020年及以后: ParaView 持续更新和改进,每年发布一个大版本及若干小版本。最新版本的 ParaView 提供了更强大的可视化和数据处理能力,支持更广泛的文件格式和数据源,并且不断增强对大规模并行计算和云计算的支持。

目前ParaView的最新版为5.12.0,于2024年3月1日发布。

2 ParaView 的主要功能

ParaView 拥有丰富的数据可视化和分析功能, 能够满足各种复杂的可视化需求。其主要功能包括:

  1. 数据导入和管线构建

    • 支持导入众多科学/工程数据格式,包括VTK、XDMF、HDF、PLY、CGNS、PLOT3D等
    • 通过VTK读写器插件扩展支持更多自定义格式
    • 可视化构建管线,使用过滤器进行数据转换和操作
    • 过滤器包括数据子集、重采样、数学运算、切割、镜像、流线等多种类型
  2. 渲染和可视化

    • 支持多种几何体绘制方式:表面、线框、点等
    • 提供体绘制功能,支持多种体绘制模式和传输函数编辑
    • 绘制切面、等值面、流线、矢量场等可视化图元
    • 高级渲染功能:体光渲染、环境光遮蔽、全局照明等
    • 集成OSPRay库,支持高质量光线追踪渲染
  3. 量化分析

    • 支持提取数据统计量,计算导出标量、矢量等导出数据
    • 内置丰富数据探测工具,如断点探测、线积分、高程线等
    • 计算数据有效性和收敛性,生成错误估计
    • 分割单元和提取表面特征,如中线、骨架线等
  4. 动画和交互

    • 创建动画轨迹,带轨迹动作的关键帧编辑
    • 录制视频和图像序列,支持多种编解码器和压缩选项
    • 多视口布局,同时显示多个视图
    • 交互式操作,如旋转、缩放、平移、裁剪等
  5. 并行处理

    • 利用多核/多CPU进行并行渲染和并行数据处理
    • 支持客户端-服务器和客户端-数据服务器-渲染服务器模式
    • 分布式内存数据管理,支持跨节点共享数据集
  6. 编程扩展

    • 内置Python解释器,支持Python过滤器开发
    • 提供C++/Python API用于插件开发
    • 强大的插件管理系统,支持自动下载插件
    • 支持服务器端可视化和协作编码
  7. 界面和工具

    • 跨平台支持:Windows,Linux,macOS
    • 支持多个GUI界面选项:Qt,简单Shell等
    • 提供大量命令行实用工具
    • ParaViewWeb提供了基于网页的可视化和分析功能

3 相对于同类软件的优缺点

ParaView 是一个广泛使用的开源数据分析和可视化应用程序,与其他同类软件(如 Tecplot 和 Ensight)相比,各有优劣。以下是对 ParaView 与 Tecplot 和 Ensight 的优势与缺点的简单比较。

3.1 ParaView的优缺点

1、优势

  1. 开源和免费:ParaView 是开源软件,任何人都可以免费使用、修改和分发。对于预算有限的个人或机构来说,这是一个重要的优势。

  2. 高扩展性:ParaView 支持插件架构,用户可以编写自己的插件来扩展其功能。此外,ParaView 支持 Python 脚本,这使得自动化任务和定制化操作变得更加容易。

  3. 并行处理能力:ParaView 设计用于处理大规模数据集,支持并行处理。它能够在高性能计算 (HPC) 环境中运行,通过分布式计算来加速数据处理和渲染速度。

  4. 广泛的文件格式支持:ParaView 支持多种数据格式,包括 VTK、Exodus、XDMF、HDF5 等,这使得它能够处理来自不同来源的多种数据类型。

  5. 强大的社区和文档:由于是开源项目,ParaView 拥有一个活跃的社区和丰富的文档资源,用户可以从中获取大量帮助和支持。

2、缺点

  1. 学习曲线陡峭:对于新手用户来说,ParaView 的界面和功能可能显得复杂,需要花费大量时间来学习和掌握其使用方法。

  2. 界面不够友好:相比一些商业软件,ParaView 的用户界面可能显得不够直观,需要用户适应。

  3. 性能优化方面:虽然 ParaView 在处理大规模数据时表现出色,但在某些特定情况下,性能可能不如一些专门优化的商业软件。

3.2 Tecplot的优缺点

1、优势

  1. 用户友好:Tecplot 拥有直观的界面和易于使用的工具,使新用户能够更快上手。

  2. 强大的脚本和自动化功能:Tecplot 支持 Tecplot Macro Language (TML) 和 Python 脚本,方便用户进行自动化操作和批处理任务。

  3. 专业的技术支持:作为商业软件,Tecplot 提供专业的技术支持和服务,用户可以获得及时的帮助和问题解决方案。

  4. 高质量的出版级图形:Tecplot 擅长生成高质量的图形和可视化结果,适合用于专业报告和出版。

2、缺点

  1. 成本高:Tecplot 是商业软件,需要购买许可证,这对于一些预算有限的用户或机构来说是一个负担。

  2. 扩展性有限:虽然 Tecplot 支持脚本和插件,但其扩展性不如开源软件灵活,用户可能受到某些限制。

3.3 Ensight的优缺点

1、优势

  1. 专注于工程和CFD:Ensight 专注于计算流体动力学 (CFD) 和工程数据分析,提供了许多针对这些领域的专业工具和功能。

  2. 支持大规模数据集:Ensight 设计用于处理大规模数据集,具有良好的性能和并行处理能力。

  3. 高级可视化功能:Ensight 提供了丰富的高级可视化功能,包括动画、流体追踪、粒子跟踪等,适合复杂数据分析。

  4. 跨平台支持:Ensight 支持多个操作系统,包括 Windows、Linux 和 macOS,满足不同用户的需求。

2、缺点

  1. 成本高:Ensight 是商业软件,许可证费用较高,特别是对于一些高级功能,费用可能更加昂贵。

  2. 学习曲线:虽然 Ensight 提供了许多强大的功能,但其复杂性也带来了较高的学习曲线,用户需要花费时间来熟悉和掌握。

  3. 扩展性:与 ParaView 相比,Ensight 的开源社区支持较少,用户在自定义和扩展功能时可能受到一定限制。

注:以上内容为GPT-4o根据ParaView官网及其它网络资料汇总得到。


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《开源后处理工具ParaView》
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