Ubuntu中Fortran代码如何进行数据可视化

Ubuntu中Fortran代码实现数据可视化的常见方法

在Ubuntu系统中，Fortran代码可通过专用图形库（如DISLIN、PLplot、F.EN.IA）或外部工具（如Gnuplot）实现数据可视化。以下是具体实现路径及示例：

1. 准备可视化数据

数据是可视化的前提，通常需将Fortran计算结果保存为文本或二进制文件。例如，生成正弦函数的100个数据点并写入data.txt：

PROGRAM data_prep
    INTEGER :: i
    REAL :: x(100), y(100)
    ! 生成数据：x从0到10，步长0.1；y=sin(x)
    DO i = 1, 100
        x(i) = i * 0.1
        y(i) = SIN(x(i))
    END DO
    ! 将数据写入文本文件（每行：x y）
    OPEN(UNIT=10, FILE='data.txt', STATUS='REPLACE')
    DO i = 1, 100
        WRITE(10, *) x(i), y(i)
    END DO
    CLOSE(10)
END PROGRAM data_prep

若数据为二进制格式（如网格数据），可使用UNFORMATTED访问方式：

OPEN(UNIT=10, FILE='grid_data.bin', FORM='UNFORMATTED', ACCESS='STREAM')
READ(10) my_data%data  ! 读取二进制数据
CLOSE(10)

2. 使用DISLIN库绘制2D/3D图形

DISLIN是Fortran常用的跨平台图形库，支持线图、柱状图、3D曲面等多种图形类型，安装后可快速集成到Fortran项目中。

安装DISLIN（Ubuntu）

sudo apt-get install dislin  # 通过包管理器安装
# 或从官网下载源码编译安装（需配置环境变量）

示例代码：绘制正弦曲线

PROGRAM plot_sin
    USE dislin  ! 包含DISLIN模块
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: i
    REAL :: x(100), y(100)
    
    ! 生成数据
    DO i = 1, 100
        x(i) = i * 0.1
        y(i) = SIN(x(i))
    END DO
    
    ! 初始化DISLIN
    CALL metafl('XWIN')  ! 设置图形窗口（'XWIN'为X11窗口，'PNG'可输出图片）
    CALL page(500, 500)  ! 设置画布大小
    CALL setpag('DA4P')  ! 设置页面方向（DA4P为纵向）
    
    ! 设置图形属性
    CALL title('Sine Function Curve')  ! 标题
    CALL axis(0.0, 10.0, -1.0, 1.0, 0.0, 10, -1.0, 1.0)  ! 坐标轴（xmin, xmax, ymin, ymax, 主刻度间隔）
    CALL curve(x, y, 100)  ! 绘制曲线（x、y数组，数据点数）
    
    ! 结束绘图
    CALL disfin()
END PROGRAM plot_sin

编译时需链接DISLIN库：

gfortran plot_sin.f90 -o plot_sin -ldislin -lm

运行后弹出X11窗口显示正弦曲线。

3. 使用PLplot库绘制科学图形

PLplot是开源科学绘图库，支持2D/3D图形，适合工程与科研数据可视化。

安装PLplot（Ubuntu）

sudo apt-get install libplplot-dev  # 安装开发包

示例代码：绘制散点图

PROGRAM plot_scatter
    USE plplot
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: i
    REAL :: x(100), y(100)
    TYPE(plstream) :: pls  ! PLplot流对象
    
    ! 生成数据
    DO i = 1, 100
        x(i) = i * 0.1
        y(i) = SIN(x(i)) + 0.1 * RAND()  ! 添加随机噪声
    END DO
    
    ! 初始化PLplot
    pls = plstream()
    CALL plsdev('xwin')  ! 设置设备（'xwin'为X11窗口，'pngcairo'为PNG图片）
    CALL plsinit()      ! 初始化绘图环境
    
    ! 设置图形属性
    CALL plscolbg(255, 255, 255)  ! 背景色（白色）
    CALL plenv(0.0, 10.0, -1.5, 1.5, 0, 0)  ! 坐标轴范围
    CALL pllab('X-axis', 'Y-axis', 'Scatter Plot of sin(x) with Noise')  ! 标签
    
    ! 绘制散点
    CALL plpoin(x, y, 3)  ! 3表示点的样式（圆形）
    
    ! 结束绘图
    CALL plend()
END PROGRAM plot_scatter

编译时链接PLplot库：

gfortran plot_scatter.f90 -o plot_scatter -lplplotd -lpng -lz -lm

运行后显示带噪声的正弦散点图。

4. 使用Gnuplot进行可视化

Gnuplot是命令行驱动的图形工具，Fortran程序可将数据写入文件，再通过SYSTEM调用Gnuplot命令绘图。

示例代码：调用Gnuplot绘制折线图

PROGRAM call_gnuplot
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: i
    REAL :: x(100), y(100)
    
    ! 生成数据（同前）
    DO i = 1, 100
        x(i) = i * 0.1
        y(i) = SIN(x(i))
    END DO
    
    ! 写入数据文件
    OPEN(UNIT=10, FILE='data.txt', STATUS='REPLACE')
    DO i = 1, 100
        WRITE(10, *) x(i), y(i)
    END DO
    CLOSE(10)
    
    ! 调用Gnuplot命令
    CALL system('gnuplot -p -e "plot ''data.txt'' with lines title ''sin(x)''"')
END PROGRAM call_gnuplot

编译运行后，Gnuplot会弹出窗口显示折线图。-p参数表示保持窗口，-e后跟Gnuplot命令。

5. 使用F.EN.IA库输出矢量/3D图形

F.EN.IA是用Fortran 95编写的开源库，支持将数据导出为**SVG（矢量图）或VTK（3D网格）**格式，可与Inkscape、Paraview等工具配合使用。

示例代码：导出SVG矢量图

PROGRAM export_svg
    USE fenia
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: i
    REAL :: x(100), y(100)
    
    ! 生成数据
    DO i = 1, 100
        x(i) = i * 0.1
        y(i) = SIN(x(i))
    END DO
    
    ! 初始化F.EN.IA
    CALL fenia_init()
    
    ! 创建SVG文件
    CALL fenia_open_svg('output.svg', 800, 600)
    
    ! 绘制坐标轴
    CALL fenia_draw_axes(0.0, 10.0, -1.0, 1.0, 'X-axis', 'Y-axis')
    
    ! 绘制曲线
    CALL fenia_draw_curve(x, y, 100, 'red')
    
    ! 关闭文件
    CALL fenia_close_svg()
    
    ! 结束F.EN.IA
    CALL fenia_finalize()
END PROGRAM export_svg

编译后运行，生成output.svg文件，可用Inkscape或Firefox打开查看矢量图。

注意事项

• 库安装：Ubuntu下可通过apt安装常用库（如dislin、libplplot-dev），自定义库需从官网下载源码编译。
• 编译链接：使用-l参数链接库（如-ldislin、-lplplotd），必要时添加-lm（数学库）。
• 数据格式：确保数据文件格式与绘图工具匹配（如Gnuplot支持空格/制表符分隔的文本文件）。
• 交互性：DISLIN、PLplot支持交互式窗口，Gnuplot可通过命令增强交互（如缩放、平移）。

以上方法覆盖了Fortran在Ubuntu下的主要可视化路径，可根据数据类型（2D/3D、矢量/栅格）和需求（交互性、输出格式）选择合适工具。