[发明专利]并行化二维流场多元数据动态可视化系统

权利要求书

1.并行化二维流场多元数据动态可视化系统，其特征在于：操作步骤如下：

(1)、流场数据准备；所述流场数据准备包括时间变量、经纬度坐标变量、速度分量变量和温度变量格点化数组；

流场数据文件为NetCDF格式，文件中包含以下几个变量：

a)时间变量time，一维数组，记录流场数据切片的时间，具有相等的时间间隔；

b)经纬度坐标变量lon、lat，均为一维数组，记录流场数据的格点坐标，也可以用迪卡尔坐标；

c)速度分量变量u、v，均为三维数组，每个维度分别对应时间、纬度和经度，u和v分别记录流场速度的东西分量和南北分量在各格点上的数值；

d)温度变量temp，三维数组，每个维度分别对应时间、纬度和经度，记录流场格点数据对应的水温值；

(2)、计算粒子路径；

a)编译perpetual.f90

在命令行输入如下编译命令：

mpif90-o perpm perpetual_mpi.f90$optional_parameter–I/Path/To/NetCDF/Include–L/Path/To/NetCDF/lib-lnetcdf

其中$optional_parameter为编译时根据操作系统及软件平台环境可选的Fortran编译选项，比如二进数据大小端存储方式、数据记录标记Maker的具体格式；/Path/To/NetCDF/Include需替换为编译环境中NetCDF函数库中Include路径的具体位置；/Path/To/NetCDF/lib需替换为NetCDF函数库中Lib路径的具体位置；

b)通过Fortran的namelist机制设置与流场数据及绘图相关的参数，关键参数如下：

ncfn-流场数据文件路径

M、N-流场数据格点数

Pfnb-粒子路径计算结果文件路径

xl、yl-绘图区域的经纬度范围

fps-流场数据相邻记录间粒子追踪次数

Ns-粒子路径对应的流线长度控制参数

ds-粒子分布密度控制参数

dt-粒子追踪积分时间参数

spn-定常流场与非静态流场绘制切换开关，值为真时对定常流场进行粒子追踪计算，值为假时是对非静态流场进行粒子追踪计算，对非静态流场需要先设置其值为假对第一条记录进行粒子追踪计算并使之达到粒子分布密度动态平衡状态，然后再设置为真进行时变流场下的粒子追踪计算；

nspin-粒子追踪计算总次数

c)启动粒子追踪计算

具体命令形式如下：

mpirun–np$Nprocess perpm

其中$Nprocess为参与并行计算的CPU总个数；

(3)、绘制流场图，利用粒子路径形成的曲线矢量场来描述二维流场的形态，通过透明度渐变的方式表示流线方向，并利用线条颜色来叠加更多的流场信息；

将perpetual.py和mplotting.py放在同一路径下，然后设置关键参数：

gfn-第2步生成的粒子格点数据文件路径

dfn-第2步生成的粒子路径文件的路径

ffn-欲保存的图片文件名

nrow、ncol-分区式并行绘图的分区参数

nt-分层式并行绘图的层数参数

nfms-第2步生成的粒子路径文件总数

fid-温度变量所在NetCDF文件路径

然后运行绘图程序mplotting.py：

命令格式具体如下：

python mplotting.py

运行完成后会产生一系列按时间序列排列的图片，利用合成软件imagemagick制作出动态视频。