开源网格划分软件-Gmsh二次开发教程 （6）后处理与可视化​

​本章将详细介绍如何利用Gmsh进行后处理分析，包括查看仿真结果（如温度场、应力场）、提取数据，以及与第三方工具（如ParaView）的集成，并提供完整的代码示例。

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​​1.1 Gmsh内置可视化工具​​

​​1.1.1 查看网格与物理组​​

import gmsh

gmsh.initialize()
model = gmsh.model

# 生成几何和网格（示例：带孔的矩形板）
model.add("post_process")
rect = model.occ.addRectangle(0, 0, 0, 10, 10)
circle = model.occ.addCircle(5, 5, 0, 2)
circle_loop = model.occ.addCurveLoop([circle])
hole = model.occ.addPlaneSurface([circle_loop])
model.occ.cut([(2, rect)], [(2, hole)])
model.occ.synchronize()
model.mesh.generate(2)

# 显示网格和物理组标签
gmsh.fltk.run()  # 启动图形界面
gmsh.finalize()

• ​​操作提示​​：
  • 按Alt + 鼠标左键旋转视图。
  • 按w切换网格显示模式（线框/实体）。
  • 按v查看物理组标签。

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​​1.2 标量场与矢量场可视化​​

​​1.2.1 添加标量场数据（如温度场）​​

# 假设节点温度数据存储在列表`node_temperatures`
node_tags, coords, _ = model.mesh.getNodes()
node_temperatures = [abs(x) for x in coords[::3]]  # 示例：温度随x坐标变化

# 创建温度场标签
tag = model.mesh.addField("scalar", 1)
model.mesh.setField(tag, "NodeData", node_temperatures, "Temperature")

# 可视化标量场
gmsh.view.add("Temperature Field")
gmsh.view.addModelData(0, 0, "NodeData", tag, "Temperature")
gmsh.fltk.run()

​​1.2.2 添加矢量场数据（如速度场）​​

# 假设节点速度数据存储在列表`node_velocities`
node_velocities = []
for i in range(len(node_tags)):
    node_velocities.extend([1.0, 0.0, 0.0])  # 示例：x方向速度=1

# 创建矢量场标签
tag = model.mesh.addField("vector", 1)
model.mesh.setField(tag, "NodeData", node_velocities, "Velocity")

# 可视化矢量场
gmsh.view.add("Velocity Field")
gmsh.view.addModelData(0, 0, "NodeData", tag, "Velocity")
gmsh.fltk.run()

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​​1.3 数据提取与分析​​

​​1.3.1 提取节点数据​​

# 获取所有节点坐标
node_tags, node_coords, _ = model.mesh.getNodes()

# 按物理组提取节点（例如标记为"inlet"的边界）
inlet_nodes = []
physical_groups = model.getPhysicalGroups()
for dim, tag in physical_groups:
    name = model.getPhysicalName(dim, tag)
    if name == "inlet":
        entities = model.getEntitiesForPhysicalGroup(dim, tag)
        nodes = model.mesh.getNodes(dim, entities[0])
        inlet_nodes.extend(nodes[0])

print("入口边界节点数量:", len(inlet_nodes))

​​1.3.2 提取单元数据​​

# 获取所有三角形单元
elem_types, elem_tags, elem_nodes = model.mesh.getElements(2)
triangles = elem_nodes[0]  # 三角形单元节点索引

# 计算单元面积（示例）
for i in range(0, len(triangles), 3):
    n1 = triangles[i] - 1  # 节点索引从1开始
    n2 = triangles[i+1] - 1
    n3 = triangles[i+2] - 1
    x1, y1 = node_coords[n1 * 3], node_coords[n1 * 3+1]
    x2, y2 = node_coords[n2 * 3], node_coords[n2 * 3+1]
    x3, y3 = node_coords[n3 * 3], node_coords[n3 * 3+1]
    area = 0.5 * abs((x2-x1)*(y3-y1) - (x3-x1)*(y2-y1))
    print(f"单元 {i//3} 面积: {area:.4f}")

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​​1.4 导出结果供ParaView使用​​

​​1.4.1 导出为VTK格式​​

gmsh.option.setNumber("Mesh.SaveAll", 1)
gmsh.write("result.vtk")  # ParaView可直接打开

​​1.4.2 导出时间序列数据​​

# 模拟不同时间步的温度场
for step in range(0, 5):
    current_temperatures = [t + step * 10 for t in node_temperatures]
    model.mesh.setField(tag, "NodeData", current_temperatures, f"Temperature_Step{step}")
    gmsh.write(f"result_step{step}.vtk")

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​​1.5 完整案例：热传导分析后处理​​

import gmsh

gmsh.initialize()
model = gmsh.model
model.add("thermal_analysis")

# 生成几何和网格（带热源的板）
rect = model.occ.addRectangle(0, 0, 0, 10, 10)
heat_source = model.occ.addDisk(5, 5, 0, 1, 1)
model.occ.cut([(2, rect)], [(2, heat_source)])
model.occ.synchronize()
model.mesh.generate(2)

# 添加假想温度场（热源中心温度最高）
node_tags, coords, _ = model.mesh.getNodes()
temps = []
for x, y in zip(coords[::3], coords[1::3]):
    temps.append(100 - ((x-5)**2 + (y-5)**2))  # 温度随距离热源中心递减

# 创建温度场视图
tag = model.mesh.addField("scalar", 1)
model.mesh.setField(tag, "NodeData", temps, "Temperature")
gmsh.view.add("Thermal Field")
gmsh.view.addModelData(0, 0, "NodeData", tag, "Temperature")

# 导出并可视化
gmsh.write("thermal_result.vtk")
gmsh.fltk.run()
gmsh.finalize()

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​​1.6 常见问题​​

1. ​​颜色映射不清晰​​

   • ​​解决​​：调整色标范围：

     gmsh.view.option.setNumber(tag_view, "RangeMin", 0)
     gmsh.view.option.setNumber(tag_view, "RangeMax", 100)

2. ​​矢量场箭头不可见​​

   • ​​原因​​：箭头尺寸过小。
   • ​​解决​​：调整箭头比例：

     gmsh.view.option.setNumber(tag_view, "VectorType", 1)  # 箭头类型
     gmsh.view.option.setNumber(tag_view, "ArrowSize", 0.5) # 箭头大小

3. ​​导出的VTK文件缺少数据​​

   • ​​原因​​：未启用Mesh.SaveAll选项。
   • ​​解决​​：添加gmsh.option.setNumber("Mesh.SaveAll", 1)。

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​​1.7 本章小结​​

本章详细讲解了Gmsh的后处理功能，包括标量场/矢量场可视化、数据提取及与ParaView的集成。通过热传导分析案例，读者可掌握从结果生成到可视化的完整流程。