04 结果处理与可视化
📌 COMSOL 多物理场仿真基础强化培训 · 训练营4 · 121 分钟
一、结果处理总览
COMSOL 的结果处理与可视化功能依托于 结果节点（Results） 及其子节点体系：
| 子节点 | 功能 |
|---|---|
| 数据集（Datasets） | 储存计算结果的仓库，是后处理和可视化的基础数据来源 |
| 派生值（Derived Values） | 对数据集中的结果做进一步计算（平均值、积分、最大/最小值等） |
| 表格（Tables） | 储存派生值计算结果，支持数据导出 |
| 绘图组（Plot Groups） | 以可视化方式展现结果，分三维/二维/一维 |
| 导出（Export） | 将结果导出为文件（数据、图像、动画等） |
| 报告（Report） | 自动生成 Word/PPT 报告 |
💡 数据集是后续所有结果处理和可视化的核心基础，每次操作都需要准确选择数据集。
二、数据集（Datasets）
2.1 基本概念
- 每个研究计算完成后自动生成对应的解数据集（Solution Dataset）
- 解数据集存储了因变量的结果，以及由因变量派生的各类物理场变量
- 每个数据集都有一个绘制按钮，点击可预览其对应几何实体的空间分布
⚠️ 数据集的选择贯穿所有后处理操作。绘制结果之前，必须先确认选中的数据集是否正确。
2.2 数据集的提取与变换
在原始解数据集上，可进行多种操作生成新数据集：
向下维度提取
| 操作 | 说明 | 适用维度 |
|---|---|---|
| 表面提取 | 提取几何表面上已有边界的结果 | 3D → 面 |
| 边提取 | 提取几何边上已有边的结果 | 3D/2D → 边 |
| 截面 | 在几何体内部任意位置截取一个面 | 3D → 截面 |
| 三维截线 | 在三维域中截取线（定义起点/终点） | 3D → 线 |
| 二维截线 | 在截面上继续截取线（嵌套操作） | 2D → 线 |
| 截点 | 截取几何上的点 | 任意 → 点 |
💡 截面/截线/截点 与 表面/边提取 的区别：前者可在几何原本不存在的位置创建新的面/线/点，后者只能提取几何上已有的实体。
截线高级选项
| 选项 | 功能 |
|---|---|
| 通过点界定 | 勾选→线段端点间截取；取消→延伸贯穿整个域 |
| 辅助平行线 | 生成一排平行截线，可设间隔距离 |
| 捕捉到最近边界 | 将截线自动吸附到最近的几何边界 |
| 捕捉到最近边 | 将截线自动吸附到最近的几何边 |
空间扩增变换
| 操作 | 用途 |
|---|---|
| 三维镜像 | 对称模型还原为完整结构 |
| 二维旋转 | 轴对称模型绕轴旋转为三维分布 |
| 二维拉伸 | 平面问题在厚度方向拉伸为三维 |
| 二维阵列 | 周期性模型单胞复制为阵列展示 |
数据筛选
| 操作 | 说明 |
|---|---|
| 等值面 | 按某一物理量的等值面提取数据（可设水平数或指定值） |
| 过滤器 | 设定物理量的上界/下界，只提取满足条件的区域 |
💡 等值面随瞬态分析的时间步自动更新——每个时间步都有对应的一套等值面。
数据合并
在数据集上右击 → 合并，可将两个数据集的同一空间位置上的数据按指定方式组合（差、积、商、求和，或自定义表达式）。
⚠️ 两个数据集仅在空间重叠部分进行合并。
2.3 嵌套操作
数据集操作支持多次嵌套，一层一层得到最终数据集。例如：
原始解数据集 → 截面 → 过滤器（在截面上筛选满足条件的区域）
2.4 特殊物理场的专属数据集
某些特殊物理场计算完成后会自动生成专属数据集：
- 壳数据集：在数据集层面将等效壳厚度在几何上还原，绘制时可直观看到厚度方向的结果分布
- 多层材料、粒子追踪等
三、派生值计算（Derived Values）
3.1 概念
派生值是对数据集中计算结果做进一步处理的操作，结果自动存入表格。
3.2 常用派生值类型
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| 体积分 | 对域内某物理量做体积分，如浓度体积分 → 总摩尔数 |
| 表面积分 | 对面上物理量积分 |
| 线积分 | 对线上物理量积分 |
| 平均值 | 域/面/边/点上的平均值 |
| 最大值 / 最小值 | 获取区域内的极值 |
| 全局计算 | 计算与空间位置无关的全局变量 |
| 点计算 | 提取点上的结果数据 |
| 测量 | 测量体积、面积、线段长度等 |
3.3 派生值的操作要素
- 选择正确的数据集（数据来源）
- 选择计算的几何区域（域/面/边/点）
- 输入变量表达式（可用内置变量，也可组合构建自定义变量）
💡 积分设置中的方法可切换：“积分” = 积分计算，“在节点上求和” = 区域总和计算。
四、表格功能（Tables）
4.1 基本特性
- 派生值计算结果自动存入表格
- 多次刷新计算 → 新结果会追加在表格中，不会自动替换
4.2 结果更新策略
| 方法 | 操作 |
|---|---|
| 清除后刷新 | 先点击表格窗口的「清除表格」，再重新计算 |
| 新建表格 | 点击计算按钮旁的下三角 → 选择「新表格」，将新结果存入新的表格中 |
💡 用不同表格储存不同操作/不同参数下的结果，便于对比区分。
4.3 表格工具栏
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 调整小数精度 | 控制数字显示精度 |
| 表图（Table Graph） | 一键将表格数据绘制为 XY 曲线图 |
| 导出表格 | 导出为外部文件 |
五、绘图组（Plot Groups）
5.1 基本概念
- 绘图组是一系列可视化结果组成的集合
- 同一绘图组下可包含多个绘图类型，效果相互叠加
- 按展示空间维度分为：三维绘图组、二维绘图组、一维绘图组
- 按坐标系类型分为：极坐标绘图组、史密斯绘图组
5.2 数据源
| 绘图组维度 | 可用数据集 |
|---|---|
| 三维 | 3D 模型解 / 二维旋转 / 二维拉伸 等变换得到的三维数据集 |
| 二维 | 2D 模型解 / 表面提取 / 截面提取 等数据集 |
| 一维 | 线结果 / 点结果 / 全局结果 |
5.3 绘图类型选择注意
⚠️ 某些物理量只能使用特定的绘图类型。例如：箭头图只能绘制矢量（速度、力等），标量无法用箭头图绘制。表面上的结果画体图会报错。
六、典型绘图类型
6.1 基于几何实体的颜色云图
| 绘图类型 | 适用 | 说明 |
|---|---|---|
| 体图（Volume） | 3D | 在三维体上以颜色显示结果分布 |
| 表面图（Surface） | 2D/3D | 在表面上以颜色显示结果分布 |
| 线图（Line） | 1D边 | 在边上以颜色显示结果分布（可将线渲染为管道样式） |
颜色控制
| 控制项 | 效果 |
|---|---|
| 颜色表 | 切换颜色方案（彩虹、灰度等） |
| 手动控制颜色范围 | 限制颜色图例的上下限，超出部分用单一颜色显示 |
| 手动控制数据范围 | 限制显示的数据范围，超出部分不显示（挖掉） |
| 数据缩放样式 | 线性 / 线性对称 / 对数 |
💡 颜色范围 vs 数据范围：前者让超出部分用同一颜色显示（仍可见）；后者让超出部分完全不可见。
颜色图例设置
在绘图组节点下找到「颜色图例控制」，可显示：
- 数据最小值 / 最大值
- 数据单位
- 调整图例位置（左/右/上/下/底部）
区域控制
- 在绘图类型下添加**「选择」子节点**，指定只在某些域/边界上绘制
- 添加**「过滤器」子节点**，通过逻辑表达式筛选数据
6.2 等值面图 / 等值线图
| 绘图类型 | 维度 | 说明 |
|---|---|---|
| 等值面图 | 3D | 显示某一物理量水平值对应的面，不同面用颜色区分 |
| 等值线图 | 2D | 显示某一物理量水平值对应的线 |
水平定义方式：
- 水平数：在数据范围内均匀切分 N 个等值面/线
- 值：用
Range函数指定具体水平值序列，如range(0.001, 0.0001, 0.0016)
6.3 等值面系列 / 等值线系列
- 与普通等值面/线不同：显示同一水平值在不同时刻/参数下的演化过程
- 将所有时刻该水平的等值面叠加在一张图上
- 典型用途：观测浓度扩散、污染物扩散范围随时间的变化
6.4 切面图 / 多切面图
| 绘图类型 | 说明 |
|---|---|
| 切面图（Slice） | 单个切面，支持点+法向、三点定面等精确定义 |
| 多切面图（Multiple Slice） | 多个平行切面，可设置平面数和方向 |
切面定义方式：
- 快速对齐：与全局坐标面（XY/XZ/YZ）平行
- 坐标：输入具体坐标值
- 常规：三点定面 / 一点+法矢
- 辅助平行面：生成一系列平行切面
6.5 流线图（Streamline）
反映空间上流体的速度信息。流线上每点与该点速度矢量相切。
流线定位方式
| 方式 | 特点 |
|---|---|
| 均匀密度 | 生成空间上均匀分布的流线；间距过近时流线停止 |
| 在所选边界上 | 指定入口边界为起点，适合追溯入口流体走向 |
| 起点控制 | 手动输入坐标指定起点，可对感兴趣区域局部加密 |
| 大小受控 | 相邻流线间流量相等（流速快处更密），仅适用于不可压缩流体 |
流线显示选项
- 线样式：线 / 管
- 箭头样式：无 / 等弧长 / 等时间
- 添加颜色表达式子节点：在流线上叠加颜色图例显示速度大小
6.6 表面上的流线图
- 在指定表面上绘制依附于该表面的流线
- 适用于展示几何实体轮廓面上的流体运动信息
- 位于「更多表面图」→「表面上的流线」
6.7 箭头图（Arrow）
反映空间上矢量的方向与大小。
| 子类型 | 适用 |
|---|---|
| 面上箭头 | 2D面 / 3D表面上绘制 |
| 线上箭头 | 边上绘制 |
| 体箭头 | 3D体中绘制 |
箭头定位方式
| 方式 | 说明 |
|---|---|
| 网格点 | 在虚拟网格的格点上布置箭头（可调 X/Y 格点数） |
| 单元中心 | 每个网格单元中心一个箭头 |
| 节点 | 每个网格节点上一个箭头 |
箭头样式
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 箭头位置 | 头部 / 尾部 / 中心 |
| 比例因子 | 控制箭头整体大小 |
| 箭头长度 | 正比 / 对数 / 归一化 |
| 颜色表达式 | 添加颜色图例显示矢量大小 |
💡 对数模式可放大低速区的箭头使其可见；归一化模式所有箭头等长，只显示方向信息。
6.8 一维绘图组
以 XY 坐标系曲线图方式展示结果（不基于几何实体绘制）。
| 绘图类型 | 说明 |
|---|---|
| 线结果图 | 选中一条边，横轴为弧长，纵轴为物理量，显示沿边分布 |
| 点结果图 | 选一个点，横轴为时间/参数，纵轴为物理量，显示时间演变 |
| 全局图 | 绘制与空间位置无关的全局变量（最大值/平均值/积分等） |
常用操作
| 操作 | 方法 |
|---|---|
| 选取特定时刻 | 时间选择 → 来自列表 → 点击时刻；Ctrl+点击多选 |
| X/Y轴对数刻度 | 工具栏按钮切换 |
| X轴变量替换 | 将 X 轴参数改为「表达式」，替换为其他变量 |
| 工具提示 | 启用后鼠标悬停曲线可读取坐标点数值 |
| 红色方形=真实计算点，十字=插值点 |
双Y轴图
当两条曲线数值量级差异大（如浓度 ~100 vs 应力 ~10⁶），可：
- 在绘图组上勾选「双Y轴」
- 指定哪个结果放在副Y轴
- 两侧Y轴独立调整刻度范围（轴的设置 → Y轴 / 副Y轴）
6.9 标注图（Annotation）
- 在图上指定位置标注文字信息
- 使用
eval()函数提取该点的变量数值：如eval(P) Pa→ 显示 “-76.6626 Pa” - 适用于三维、二维、一维绘图组
七、绘图增强子节点
在绘图类型下右击添加子节点，使可视化效果更丰富：
| 子节点 | 功能 |
|---|---|
| 变形（Deformation） | 将力学分析的位移结果以变形效果呈现，可调节比例因子 |
| 标记（Marker） | 在图上标注最大/最小值位置及其数值，可调背景色 |
| 材料外观（Material Appearance） | 添加材质渲染效果（如塑料光泽等），可与云图颜色融合 |
| 透明（Transparency） | 设置区域透明效果 |
| 选择（Selection） | 指定只在某些域/边界上绘图 |
| 过滤器（Filter） | 按表达式条件筛选显示的数据 |
| 颜色表达式（Color Expression） | 在流线/箭头上叠加颜色信息 |
💡 变形中的比例因子会放大微小变形以便观察，显示的变形与真实结构变形有差异。
继承样式
当同一绘图组下有多个相同类型的绘图时，可设置继承样式，快捷复用颜色表、数据范围、变形比例因子等设置。
八、结果导出
在 导出节点（Export） 右击，选择导出类型：
8.1 导出图像
| 选项 | 说明 |
|---|---|
| 导出图像 | 选择绘图组作为源，设置像素/分辨率/格式（JPG/PNG/TIFF） |
| 快照（Snapshot） | 图形窗口上方的相机按钮，抓拍当前窗口内容 |
| 图像内容 | 可选择是否包含标题、图例、网格等；背景可设为透明 |
| 输出目标 | 文件 / 剪贴板（Ctrl+V 可直接粘贴到 Word/PPT） |
8.2 导出数据
| 方式 | 说明 |
|---|---|
| 直接导出数据 | 按表达式导出所有空间点的结果数据（文本文件） |
| 导出绘图 | 只导出绘图中所展示区域的数据（特定面/边上的结果） |
💡 直接导出会包含模型中所有点（无数据的区域为 NAN）；导出绘图只输出绘制区域的数据。
8.3 导出动画
| 选项 | 说明 |
|---|---|
| 播放器 | 在 COMSOL 图形窗口内播放动画 |
| 文件导出 | 导出为 GIF / AVI 等格式文件 |
| 序列类型 | 储存的解（瞬态/参数扫描）/ 动态数据扩展（频域转时域） |
| 帧控制 | 选择全帧或指定帧数，设置循环播放方式 |
九、报告创建
9.1 功能概述
- 自动将仿真全流程（建模→求解→结果）汇总为报告
- 支持格式：Word 文档 / PowerPoint 演示文件
- 报告逻辑结构与模型树中的节点一一对应
- 提供报告等级模板：简要 / 中级 / 完整
9.2 使用流程
- 报告节点 → 右击 → 选择报告等级
- 选择输出格式（Word/PPT）
- 可先点击「全部预览」查看效果
- 点击「写」生成报告文件
- 以生成的报告为起点，自行补充完善
💡 紧急需要报告展示时，可先用报告创建功能快速生成初稿，再在此基础上修改格式。
十、操作要点汇总
| 要点 | 说明 |
|---|---|
| 数据集是核心 | 所有后处理操作前必须先确认选中正确数据集 |
| 嵌套操作 | 数据集支持截面→过滤器等多层嵌套 |
| 表格不自动更新 | 刷新派生值后需清除旧数据或新建表格 |
| 颜色vs数据范围 | 颜色范围=同色显示超限区；数据范围=超限区不显示 |
| 双Y轴 | 量级差异大的变量分别用左右Y轴 |
| 快照导出 | 最快导出图片方式——调整好窗口直接点相机按钮 |
| 继承样式 | 同组多个同类绘图可快速复用设置 |
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