Origin与Tecplot作图技巧及科研工作经验分享

Origin与Tecplot作图技巧及科研工作经验分享孙杰中国科学院工程热物理研究所分布式与可再生能源实验室2015-03-262/241.学术论文中的图3/24学术论文表达形式表达形式使用频率作用优点缺点文字最高描述、说明、解释、讨论、总结等灵活不直观图最高给出定性（兼具定量）趋势、对比直观不够简洁表高给出精确定量对比定量多媒体低给出动态过程信息动态一篇学术论文的价值取决于文章的idea，是文章能否被接受的决定因素（核心价值）；文字与图表等不同表达形式的质量是促使评审人做出决定的重要因素（锦上添花）。高质量学术论文通常在文字与图表等方面的质量也很高；但对于一般情况来说，idea的新颖性和创新性不是非常突出，那么文字与图表等因素可能会对评审人作出决定有更大的影响。4/24作图原则根据数据结果的特点合理选择用图或表展示结果；根据数据结果的性质选择合适的图的种类；每幅图中数据分布合理（坐标轴范围和形式）、清晰可辨（符号、线宽、线型、颜色、矢量图）、版面简洁紧凑（有效数据不一定沿横坐标均匀分布）；图中除了包括坐标系、数据点/线外，还应该有适当的图例、辅助线、说明文字等；论文中的图除了图本身还包括图号与图题，有些期刊要求图具有“自明性”特点（读者不看原文也能明白作者要表达的意思）；原则上一篇文章中图的数量应保持最少（重要结果可单独表示）；原则上一篇文章中同一组数据只能通过图或表的形式表示一次（图和表内的数据应没有重复）。5/24图的种类（一维图）点线图局部放大图叠加柱状图多纵坐标图组合图多纵坐标图6/24图的种类（二维图、三维图）三维面图三维面图三维柱状图二维场图二维场图7/24图的种类（动画）8/24作图软件软件适用优点缺点Origin一维图、三维面图对数据的分析处理功能强大不能做动画Tecplot二维、三维场图及动画操作简单，可以做动画几乎没有数据分析处理能力目前流行的科研数据后处理及作图软件很多，基于windows平台的包括Origin、Tecplot、SigmaPlot、MicrosoftExcel等；都可以满足基本的作图需求，具体使用因人而异；有些侧重数据处理与分析，有些侧重图像处理与动态演示。9/242.采用Origin作图10/24数据文件导入数据文件扩展名不敏感，一般为.txt或.dat；数据文件按列排布，表头可包含物理量名称、单位、说明等，也可不包含表头；支持拖拽操作读入数据文件，默认第一列为x（坐标），其余列均为y（函数值）；支持通过数据读入向导读入数据文件，可按照不同要求读入数据（间隔读取、分段读取、按位置读取、多文件部分读取等），读取方式可保存；已读取数据生成工作表（worksheet），类似Excel中的表单（sheet）；可在一个.opj工程文件中建立分级目录导入多组数据文件。11/24根据数据作图做一维点线图时，需确定x、y两列数据，若只选择y则默认按照最近的x列作图；将默认作图设置按照自己要求进行修改，之后更新为默认设置。12/24常用功能(Workbook)通过Plot功能根据所选数据列进行作图（Spline问题，’Inmathematics,asplineisanumericfunctionthatispiecewise-definedbypolynomialfunctions,andwhichpossessesasufficientlyhighdegreeofsmoothnessattheplaceswherethepolynomialpiecesconnect’,Wikipedia）；通过SetAs-YError指定一列数据的误差棒（’Errorbarsareagraphicalrepresentationofthevariabilityofdataandareusedongraphstoindicatetheerror,oruncertaintyinareportedmeasurement’,Wikipedia）通过Column-SetColumnValues对列数据进行函数运算；通过Column-FillColumnWith给空列填充数据（自然数、均一随机数、正态随机数）；通过Worksheet-SortRang/Columns/Worksheet对列数据进行自定义排序；通过Worksheet-SplitWorksheet/Workbook对工作表/簿进行分割；通过Worksheet-ReduceRows对列数据进行删减；通过Worksheet-Transpose对数据矩阵进行转置。13/24常用功能(Graph)通过CopyFormat和PasteFormat功能将一幅图的设置复制到另一幅图上；通过LayerContents调整图层内数据（当前目录数据、其他目录数据等）；通过Group功能进行分组调节（数据分组、图例顺序等）；通过LayerProperties调节图层参数（数据位于坐标轴上、缩放比例等），调节组内数据显示细节；通过LayerManagement进行图层管理（图层顺序、坐标轴依赖关系等）；通过Graph-AddErrorBars增加数据点的误差棒；通过Graph-AddFunctionGraph增加函数曲线；通过Graph-AddStraightLine增加直线（辅助线）；通过Tools边栏中的DataReader读数数据；通过Tools边栏中的RegionalDataSelector选取部分数据进行处理（曲线拟合）；通过Tools边栏中的InsertEquation增加公式；通过Analysis-Mathematics-Differentiate进行求导数计算；通过Analysis-Mathematics-Integrate进行求积分计算；通过Analysis-SignalProcessing-Smooth进行数据光顺处理；通过Tools-Digitizer进行数据抓点。14/24制作多纵坐标图首先制作第一纵坐标的图；选择Graph-NewLayer(Axes)-RightY(LinkedXscaleandDimension)增加第二纵坐标；通过Layercontent增加对应新纵坐标的数据；重复上述步骤可制作多纵坐标图。制作局部放大图首先制作第一纵坐标的图；选中该图进行复制并粘贴在该图上；重新调整坐标范围，图的尺寸，删去坐标名称，放置在合适位置。15/24制作组合图首先单独制作组合图中各子图；选择Graph-MergeGraphWindows进行相关设置；设置包括指定子图数量、名称、排列、缩放、间距等；完成设置后点击确定生成组合图。进行数据拟合首先在图中画出待拟合数据点；如进行部分数据拟合则通过Tools边栏中的RegionalDataSelector选取部分数据进行；根据数据分布特点，选择Analysis-Fitting中的相应函数形式（线性、多项式、指数、幂函数、自定义非线性拟合等）；完成设置后点击确定生成拟合曲线。16/24制作三维面图确定x、y、z坐标所在数据列；选择Plot-3DSurface-3DFilledSurface画出三维面图；增加特定数据组到当前图层，画出特定数据曲线及投影曲线；调节曲面透明度、增加辅助网格线以保证投影数据可见、可读。制作叠加柱状图采用自然数序列作为x；按照叠加结果的顺序将每组数据填入工作簿中对应行内；在新一列中填入每个工况的名称；选中任一列数据，通过Plot-Column/Bar/Pie-Stackcolumn画出柱状图；通过LayerContents将其他各组数据添加成组并画图；在AxisProperties-TickLabels-Type中选择Textfromdataset，并指向工况名称所在列已更改x坐标；完成设置后点击确定生成叠加柱状图。17/24输出图可通过Copypage直接输出为可编辑图片，优点是可在后期继续进行修改，但缺点是文件大（包含数据）；可通过Export输出为各种格式的图片文件，优点是文件小，缺点是不可再进行修改。可编辑图片（矢量图）TIFF格式图片（矢量图）-100010020030040050060070080090010001100-50050100150200250300350400450500550hdry/Wm-2K-1l/mhdryhwethtp18/243.采用Tecplot作图19/24数据文件导入数据文件扩展名敏感，.dat；数据文件按列排布，表头指明坐标系（x、y、z）及参数值；支持拖拽操作读入数据文件，指定坐标系后进行绘图；无数据读入向导，多文件选择读入通过Multiplefiles实现；数据文件可采用ASCII码（读取速度慢、可读性强），也可采用二进制数（读取速度快、可读性差）；默认情况下读入数据不可见，功能主要集中在数据绘图；基于动画概念，因为静态图均定义为帧（Frame）；保存文件时可以选择.lay（LinkedData）格式（默认格式，关联数据文件，原始数据文件需单独保存，且相对路径不能改变）或者.lpk（PackagedData）格式（在该文件中保存数据文件，无需单独保存原始数据文件）。20/24根据数据作图做二维场图时，需确定合适绘图方式（Scatter、Contour、Vector、Streamline）；将默认作图设置与颜色设置按照自己要求进行修改，之后保存为.sty（Stylesheets）文件与.map（ColorMap）文件，以便下次使用。21/24制作静态图及动画通过DataLoader导入单一或不同时刻数据文件（MultipleFiles）；选择合适的绘图类型，在ZoneStyle中选中全部帧进行统一设置（图形、边框、显示等）；通过3DRotation进行精确旋转定位；通过Translate/Magnify进行精确缩放设定；在AxisDetails中进行坐标相关设置（坐标轴范围、坐标名称、网络线等）；在Contour&Multi-ColoringDetails中进行颜色显示相关设置（色温、色域、显示方式、图例细节等）；在Vector中指定分量坐标可绘制速度、受力等矢量图；通过Streamlines可绘制流线图；通过Scatter绘制散点图；以上各种类型图可以叠加（以相互之间不干扰，容易辨析为前提）；通过Edit-CopyPlottoClipboard可快速将当前图拷入剪切板以供粘贴使用，格式可以为矢量图（.WMF）或标量图（.bmp）；通过Export输出为不同类型的视频或图片文件；通过Animate-Zones进行动画调节和输出（均为视频格式：AVI、FLV、FLASH、MPEG-4、WMV等）；如果用在PPT，可将视频文件转为.gif动画格式（一种动态图，体积小，循环播放）。22/243.一些科研经验分享23/24一些感想和经验国内硕博连读（4年3个月），国外博士后（3年2个月）；研究生阶段，学术论文发表（数量和质量）是衡量学术水平和创新能力的重要指标，这一点国内外都是一样的，但在发表论文是过程（研究中的阶段性成果总结）还是目标（最终的毕业要求）之间存在根本差异；博士后阶段，更多地锻炼的是独立产生新思想、开展新工作的能力，是从执行者到决策者身份转换的重要阶段；“一个科研工作者的科研水平，不是看他跟着‘老板’时发了多少牛文，而是看他‘断奶’以后表现如何”；放松、对等前提下的交流与讨论之于创新至关重要（汇报与点评，初级阶段）；“不耻下问”之于学生、老师同等重要；经历过科研能力培训，严谨求实的态度应该渗透在生活的方方面面（说话有理有据，对信息有基本的分析判断和辨别能力）；读博过程既是专业知识的积累，更是研究分析能力和创新能力的培养，从长远来看，后者更为重要（今后可能进入新的领域和方向，或者