利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

Caty Fairclough 2016年 7月 12日

每当生成仿真结果时,您可能都希望和他人交流自己的心得。为了清晰而有效地实现这一目标,您需要创建易于理解并吸引眼球的可视化效果。为此,从 COMSOL Multiphysics® 5.2a 版开始,软件现在提供六个全新的颜色表,供您进一步增强后处理。让我们一起来探索这些颜色表背后的设计灵感,并讨论一些具体的使用示例。

从星空(和科幻小说!)中汲取灵感

当您在晴朗的夜晚仰望星空时,就能看到这些全新颜色表的灵感来源:宇宙。这些新的颜色表就如同我们向太空研究和科幻小说表达敬意的礼物。为了探索它们各自的灵感源泉,让我们来一次短暂的太空之旅。

Twilight 颜色表,色如其名,灵感来源于 NASA 提供的日出图像。日出时分,太阳光在极地中气层云上投射出多色图层,如下图所示。我们基于这个灵感,创建了具有十个颜色层次的颜色表,它们之间的颜色则由软件内插产生。

NASA  Endeavour at  Twilight 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
Electrodeposition of a car door twilight color table 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

本照片源于 NASA 约翰逊航天中心,显示了奋进号航天飞机和太阳光照射极地中气层云的景观(左图);仿真结果显示了使用 Twilight 颜色表进行可视化的车门电镀情况(右图)。

Aurora AustralisAurora Borealis 颜色表的命名灵感都来自一个著名的自然现象,即穿越太空的太阳风与地球磁场的相互作用。它呈现了一场令人惊叹的光影表演,整个天空被染得五光十色,如彩虹般绚烂。北极光(北纬)和南极光(南纬)的鲜明色彩已呈现在这些颜色表中。COMSOL Multiphysics 5.2a 版为 Aurora Australis 颜色表提供了八个颜色层次,为 Aurora Borealis 颜色表提供了十个。

Aurora Borealis 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
Ahmed Body  Aurora Borealis 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

北极光(左图)。图像由 Carsten Frenzl 自行拍摄。已获 CC BY 2.0 许可,通过 Flickr Creative Commons共享。类车体周围的压力场,可视化过程中采用了 Aurora Borealis 颜色表(右图)。

通过进一步的太空探险,我们发现了接下来这个颜色表 Jupiter Aurora Borealis 的灵感之源。这些颜色深受太阳系最大的行星 – 木星的紫外图像影响。下图所示的这张照片描绘了木星表面的极光。紫外线显色为 Jupiter Aurora Borealis 颜色表中九个颜色层次的创建指引了方向。

Jupiters Auroras 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
jupiter aurora color table comsol 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

使用 NASA 哈勃太空望远镜拍摄的木星表面极光(左图)。图片来源:NASA/STScl。使用 Jupiter Aurora Borealis 颜色表进行可视化的喷墨打印机喷嘴周围的液滴流动(右图)。

最后,我们再来看看 Heat CameraHeat Camera Light 颜色表,这一设计灵感来源于科幻片中的某种著名生物:铁血战士。在电影铁血战士中,外星猎人使用热感应视觉来追捕猎物,也就是说,他们能看到红外辐射。铁血战士也会切换颜色表,使他们轻易就能搜捕到周围的猎物。而我们自己的 Heat Camera 颜色表与这种虚构的热感应视觉和真实的热摄像技术非常相似。Heat Camera 颜色表中具有八个颜色层次。

NASA infrared camera 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
Logarithmic temperature increase heat camera color table 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

红外摄像机(左图)。图像由 NASA 的 John Bethune 拍摄。使用 Heat Camera 颜色表显示了 SAM phantom 中对数温度的升高情况(右图)。

这些颜色表的作用远不止增强视觉感染力这么简单 — 它们还能扩展 COMSOL Multiphysics 的可视化功能。我们将在下一章节中讨论一些具体的例子。

颜色表:使生动形象的结果与功能完全符合

尽管所有的颜色表都具有多种色调(包含多种颜色),但它们在其他方面仍有所不同。例如,这些颜色表同时包含连续的颜色标尺和离散颜色标尺,前者从浅色单调过渡到深色,后者是在中间绘制最浅或最深的颜色,并在两端分别变得更深或更浅。连续颜色表和离散颜色表各有不同的优势,在挑选适当的颜色表进行作业时,您可能需要做出选择。

例如,连续颜色表适用于对传热和 CFD 仿真进行可视化。我的同事 Ed Fonte 提到了传热模块中的颜色这个示例。该模块中的默认颜色为红色和黄色。这类颜色会让人产生某种关联,比如快要熔化的铁或燃烧的火炉顶部所发出的红光。这种本能的关联使您的仿真结果更容易被人们理解。

让我们回过头再看看不同于其他 aurora 颜色表的新 Jupiter Aurora Borealis 颜色表,它由蓝色系组成,颜色变化相对较小。这类蓝色通常让人们联想到水,深色用来表示深水,而浅色调则表示浅水。如此一来,这个颜色表无疑是流体流动仿真的最佳选择。下方左侧图像使用 Jupiter Aurora Borealis 颜色表呈现了微通道中波的拓扑结构,颜色的变化表明了到水面的距离。

CFD simulation Jupiter Aurora Borealis color table 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
CFD simulation Twilight color table 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果

以上 CFD 仿真显示了水流经狭窄通道时形成的波。图像采用新的连续 Jupiter Aurora Borealis 颜色表(左图)和离散 Twilight 颜色表(右图)创建。

连续的颜色标尺未必就是最佳的结果显示方式。这完全取决于哪种颜色标尺最适合您的特定仿真需求。尽管大多数新的颜色表都是连续的,但有一个例外值得一提:Twilight 颜色表属于离散类型。正如 Ed Fontes 所说,离散颜色表使用较浅或较深的颜色作为中间标尺,有助于突出显示设计中的重要元素。这类颜色表常用来显示场的过渡层。

为了进一步了解,让我们回到之前讨论过的流体流动示例。与 Jupiter Aurora Borealis 颜色表不同,Twilight 颜色表在标尺两端使用不同的颜色,可以清楚地定义水相和气相,如上方右图所示。不仅如此,它还利用标尺中间的明亮值来突出显示过渡相,使您轻松区分出仿真结果中三个不同的部分。

下图是在弯头波导中传播的电磁波仿真结果,进一步呈现了使用离散 Twilight 颜色表的效果。使用 Twilight 颜色表对电场 z 分量的正极(蓝色)和负极(黄褐色)进行了非常直观的定义。

waveguide twilight 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
采用 Twilight 颜色表呈现的电磁波在弯头波导中的传播情况。

您也可以一次使用多个颜色表来观察在使用单个颜色表时不太明显的细节。两个颜色表都能帮助您模拟承受背景磁场的导磁球体周围的磁通量。在本例中,我们选择了 Jupiter Aurora Borealis 颜色表来显示外部边界的磁通量,并使用 Aurora Borealis 颜色表显示内核中模拟区域和导磁球体的磁通密度。在另一个示例中,我们使用了 Aurora Australis 颜色表和 Jupiter Borealis 颜色表分别对电子温度和磁矢势流线进行了可视化,并利用颜色来表示电场的强度。

Using the Jupiter Aurora Borealis and Aurora Borealis color tables in COMSOL Multiphysics 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
导磁球体仿真的可视化结果,采用了 Jupiter Aurora Borealis(左侧标尺)和 Aurora Borealis(右侧标尺)颜色表。
plasma jupiter australis 利用 6 个全新颜色表增强可视化绘图效果
同时使用 Aurora Australis(左侧标尺)和 Jupiter Aurora Borealis(右侧标尺)颜色表产生的结果。

新颜色表提供更强大的可视化功能

后处理是一个功能强大的工具,可以帮助您更好地理解仿真结果,并与他人相互交流。本篇博客着重介绍的六个新颜色表旨在扩展 COMSOL Multiphysics 的可视化功能,将形象生动的仿真结果与有效应用结合起来。请浏览各种不同的选项,找到最符合您仿真需求的颜色表…

进一步了解如何在 COMSOL Multiphysics® 中增强仿真结果

美国国家航空航天局 (NASA) 并未公开支持 COMSOL Multiphysics® 软件。


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