开源后处理工具ParaView

摘要

ParaView是一款开源多平台数据可视化与分析软件，最新版5.12.0增强了文件格式支持、并行计算和云计算能力。主要功能包括数据导入、管线构建、渲染、分析、动画和并行处理，支持Python扩展。虽学习曲线陡峭，但其开源免费、高扩展性和广泛支持为其优势。商业竞争对手Tecplot和Ensight各有特色，但成本较高且扩展性有限。

正文

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）