计算力学基本计算及可视化工具程序包的开发与集成

In this project, we will design and develop the basic calculation and visualization module program based on the Fortran language. And the general and unified data structure will be employed. The code will deal with triangle, quadrangle, tetrahedron, hexahedron, polygons and polyhedra and other basic elements in calculation and visualization. Structured grid and unstructured grid generation and adjustment procedures, contour line and contour flood process, the standard data output program, and the exact solutions and various numerical flux used in compuational fluid dynamics are inclued too. At the same time, we also integrates some common algebraic calculation program, using a dynamic array, by modifying the program entrance parameters to simplify the procedures for the use. All of these applications are relatively independent, as the most basic calculation and drawing tools, forming a package. This package can be quickly assembled a powerful set of computing and visualization in one to form a scientific program for a specific purpose.

本项目基于 Fortran 语言，按一般的并且统一的数据结构，设计开发最基本的计算模块程序和可视化模块程序。具体包括最基本的三角形，四边形，四面体，六面体，多边形和多面体等基本元素的相关计算和绘图程序，结构网格和非结构网格的生成和调整程序，等值线和等值云图的绘制程序，标准的数据输出程序，以及计算流体力学中常用的精确解和各种数值格式的通量计算程序等。同时，还集成一些常用的代数计算程序，利用动态数组技术，通过修改程序入口参数来简化程序的使用。所有这些程序的功能都是相对独立的，作为最基本的计算和绘图工具，形成一个程序包。在此程序包的基础上，可以快速组装出功能强大的集计算和可视化于一体的实现某一特定功能的科学计算程序。

采用微型个人计算机做各种数值计算的科研工作者，广泛使用 Fortran 语言编写计算程序。所使用的平台主要有 Windows 下的 Power Station 和 Visual Fortran。在数据的后处理方面，通常情况下都是把计算结果存储为特定的数据文件，然后再利用后处理软件 (例如TecPlot, EnSight 等) 对数据进行分析整理。考虑到目前在 Windows 下的软件平台已经了绘图库，为了提高效率，我们直接使用 Fortran 的绘图命令，把绘图子程序嵌入到计算程序中，达到计算与数据处理同时进行的效果。在程序的调试阶段，这不仅可以加快处理速度，还有利于尽早发现程序中的失误。另外，直接用计算所使用的数据绘图，也使得原始信息的损失保持在最低限度，还可以在不存储过多数据的情况下，得到大量中间结果的图象。把这些图形自动存储下来，可以得到流畅的动画。为了方便使用，我们将实现特定功能的绘图子程序和数值计算子程序集成为一个子程序库。利用的基本绘图指令，可以用来在屏幕上绘二维和三维图形。包括绘等值线图，网格图，等值面，矢量图等众多常用的子程序。可在直角坐标系、柱坐标系（极坐标系）及球坐标系下绘图。还针对流体力学特定问题编制了一些常用的子程序，这些子程序可以满足基本需要。同时，我们也开发集成了代数和几何方面的基本程序(平面和空间点线体的位置关系，三角形、四面体、四边形、六面体以及一般的多边形和多面体的计算，结构和非网格生成等)，基本的数值工具(数据拟合，数值积分，FFT，矩阵计算等)，初步形成一个方便使用的程序模块库。程序库提供了超过一千页的详细说明书，并正准备出版。另外，在项目执行期间，有四篇标注了该项目资助的文章发表。