大型通用仿真软件的窗口设计与开发

现代工程仿真对软件的设计与功能提出了较高的要求。在提供广泛功能的同时，还需要操作简洁，逻辑清楚，易于使用。窗口是软件交互的直接区域，也是将各种功能归类的最好方式。窗口设计的优劣，会直接影响到用户的体验。一款优秀的通用仿真软件，与良好的窗口设计密不可分。WELSIM经过的多年的开发与迭代，优化了各种窗口的设计，对于结构、热、流体、电磁等各种物理场的分析操作，有着友好的交互性与稳定性。本文通过WELSIM为实例，详细介绍工程仿真软件（含有限元FEA，CFD等）中常用到的窗口。

项目树窗口

项目树窗口是现代大型仿真软件的必要窗口，常放置于屏幕左侧。树结构可以处理和表达复杂的逻辑，将仿真模型直观地表达给用户，所见即所得。用户可以方便快捷地添加、编辑、复 制、或者删除节点，实现动态控制仿真分析中所需要的元素。项目树中的右键弹出菜单起着重要作用，笔者在《仿真软件中的弹出菜单设计与开发》一文中有详细描述，这里不再重复。

WELSIM的项目树提供了节点状态机制，用于在节点图标右下角显示当前节点的状态，如成功，错误，未定义等。此功能可以帮助用户直观地了解当前所有节点的状态，大幅提升用户体验。但由于通用仿真软件工况复杂， 设计开发出好用且易于维护的节点状态机制是一个挑战。

树结构本身可以处理复杂的逻辑，因此无需多个标签。WELSIM的项目树窗口没有设置多标签。但随着功能增加，可能会增加标签用于支持其他复杂模型，如支持多物理场之间的弱耦合设置。

属性窗口

属性窗口是项目树的有力补充，常放置于项目树窗口下方。承担了仿真数据输入的主要功能。属性窗口动态显示当前节点的数据内容。显示数据的同时，允许用户输入或者修改数据。WELSIM的属性窗口支持各种类型钢量及其单位，同时支持切换到表格数据输入。这对于各种边界条件设置，起着重要作用。如下图所示，用户可以将属性的默认常数输入改为表格输入。

WELSIM的表格窗口含有两个标签，数据与3D显示，其中数据是默认标签。对于某些节点，需要对3D显示进行控制，如改变颜色与线型，显示网格、开启变形等。将数据与显示属性通过标签页分开，逻辑清楚，可以很好的提升用户体验。

三维视图窗口

三维图形窗口占据了屏幕的主要空间，是仿真软件的主要模块。因此可以布局的元素非常多，这也导致了设计与开发上的困难。如果设计合理，可以给用户提供清晰的体验。如果设计不当，会影响用户体验，甚至导致整个产品失败。WELSIM将三维图形窗口分为9个区域，如下图所示。这9个区域分为三个等级，最重要的第一个等级位于中间区域1，用于显示三维体，占据70%以上的窗口空间。第二等级是窗口的四个角落，分别是区域2，3，4，5，用于显示如产品名称与版本，三维坐标系，悬浮菜单，二维标注，多体穿透点选等信息。第三等级位于上下左右四个位置，对应区域6，7，8，9，用于显示标尺，结果云图控制器等位置。

以上每一个区域及其控件都有大量细节值得讨论，由于篇幅有限，会在以后的文章中描述。

此外，三维窗口有大量的鼠标与键盘交互操作，如何利用好鼠标的各种点击，滚轮滑动与移动功能，配合键盘（如Ctrl和Shift键），都需要精心的设计与开发。鼠标的交互设计需要符合用户使用习惯，同时有创新且更加好用。

选择窗口

通用仿真软件含有大量的三维显示区域鼠标交互操作，其中选择几何体或网格占据了大部分交互操作。选择窗口提供了即时的点选信息，能够帮助用户确认当前的点选操作。

值得一提的是，选择窗口对于开发者来说非常有用。由于仿真软件有大量的三维体鼠标交互功能，相关的开发工作量巨大同时难以维护。选择窗口提供了即时选择信息，开发者无需启用调试器，就能知道当前的选择状态，可以节约不少开发与调试时间。

输出窗口

输出窗口会输出由系统产生各种文本信息，类似记事本工具。常放置在屏幕下方。输出窗口最重要的功能是提示各种错误与警告信息，同时向导用户解决问题。这种固定窗口下的消息提示机制，要优于弹窗信息，可以增强用户体验。试想一下，如果用户在设置仿真分析时，反复地被弹窗打断思路，是一种非常不友好的感觉。

WELSIM的输出窗口不仅能够给用户发送各种类型的信息，帮助用户快速排解分析设置中的问题，也提供了如复 制，全选，清空，导出等常用文本功能。 

和输出窗口类似，现代仿真软件还会支持控制台命令窗口，如Python等解释性语言的输入控制。目前WELSIM还不支持控制台窗口，会随着产品的迭代增加相关功能。

表格窗口

表格窗口主要用于显示数据，有时也提供修改数据的功能。常放置于屏幕右侧。作为通用仿真软件，表格需要支持各种类型的数据与单位，如边界条件数据，结果数据，材料测试数据，曲线拟合数据等等。需要支持修改单位，数据排序，数据导入导出等功能。这些复杂的工况，使得设计与开发通用仿真软件的表格窗口难度巨大，且难以维护。这就是为什么很多仿真软件都没有表格窗口的原因，或者提供的表格窗口功能单一，用户体验不佳。WELSIM经过多年的开发与迭代，已经形成了功能完备且易于使用的表格窗口。以上功能都已实现。

曲线窗口

曲线窗口用于显示二维曲线，与表格窗口共享数据。通常放置于表格窗口下方。通过图形和曲线将表格数据直观地显示出来，是提升用户体验的重要窗口。实际仿真分析中，对于多载荷步分析，边界条件和计算结果会随着时间有着比较大的变化，此时曲线让用户更容易识别数据，可以很好地增强用户体验感。

曲线窗口内部含有：曲线主体，x与y两轴（含名称、刻度、单位），曲线标注等细节元素。如下图所示，WELSIM的曲线窗口已经含有这些元素，且设计上美观实用。在左上角的悬浮菜单中，提供了修改图表细节的功能，如修改线宽度，轴标字体大小等。用户可以定制化曲线的显示。

WELSIM的曲线窗口还有一个重要的作用，就是控制三维窗口的动画显示。当用户选择了项目树的结果节点时，WELSIM会在曲线窗口的上方显示播放控制器，用于控制结果显示的分析步，点击播放可以在三维窗口连续显示随时间历程的云图变化。同时提供了保存动画按钮，一键生成仿真结果动画文件。

有些仿真软件的曲线窗口会支持编辑操作。WELSIM目前还不支持曲线窗口的数据编辑功能，会在以后的版本中根据产品需要添加。

总结

本文以WELSIM为示例，总结了通用工程仿真软件中常用到的窗口设计与开发。经过仿真软件多年的发展，窗口设计已经基本成熟，用户的操作习惯已经形成，开发者需要尊重用户的习惯，同时在细节上创新和优化各种功能，更好地提升用户的使用体验。让仿真软件更好用是开发者的目标。WELSIM会不断维护与增强现有的窗口及其内容。为用户提供更加稳定且易于使用的工程仿真软件。