基于 ParaView 的远程可视化

一、概述

在 CFD/FEA 等仿真场景里,我们经常会遇到一种“看起来很朴素、做起来很要命”的需求:

一次任务导出上万帧(上万级文件)结果,单帧可能是.vtu/.vtk;

需要在浏览器里流畅拖动时间轴、切换物理量、裁剪/切片、对比多视图;

数据体量大、用户网络环境复杂,而且还希望多人同时访问。

(这三点,就是我开发时,产品经理提的需求)

【注释:】

1.CFD:Computational Fluid Dynamics,计算流体力学

 典型仿真场景:

2.FEA(Finite Element Analysis,有限元分析)

如果把这件事当成“前端把所有文件下载下来,用 WebGL 自己画”,基本会踩到:下载、解析、内存、GPU、交互延迟等一系列问题(我最开始接到需求时,就是这样做的,辛辛苦苦做完,遇上上万个文件加载、渲染,直接浏览器卡死😤)

这篇文章分享一个在工程上更稳妥的答案:基于 ParaView 的远程可视化(Remote Rendering)。(遇上浏览器卡顿、卡死后,项目负责人提供了另一个思路,于是开启技术调研、写demo、放入实际项目使用。)

本文基于我在项目中的落地实践:

后端使用pvpython(ParaView 自带 Python)+wslink+paraview.web进行渲染与 RPC;

前端使用vite + vue+@kitware/vtk.js的vtkRemoteView接收图像流并转发交互事件;

对“dev 开发模式”提供了网关隔离:每个浏览器连接启动独立的pvpython子进程,避免多窗口互相覆盖。

你可以把它理解为:

浏览器只负责“看图 + 交互”,服务端负责“读数据 + 建管线 + GPU 渲染”。

对“万级文件/时间序列”的科学可视化,最容易规模化的做法往往是:把渲染留在服务端,把交互留在浏览器

二、为什么“上万级文件”会把常规方案打爆?

先把问题拆开看,“上万级文件可视化”通常同时包含 4 个压力源:

1.I/O 压力

文件数量上来以后,目录遍历、排序、打开文件句柄、元数据读取都会变慢。

即使单帧不大,上万次打开/关闭也很可观。

2.解析与内存压力

.vtu/.vtk解析成本高,尤其是复杂网格/高阶单元/多数组。

浏览器内存、GPU 显存都更紧张,稍不注意就崩溃或卡死。

3.网络与带宽压力

把数据下发到浏览器意味着:传输成本高、等待时间长、弱网体验差。

4.交互延迟与工程复杂度

“拖时间轴 + 实时更新画面”对端到端延迟非常敏感。

前端自己管理 time steps、颜色映射、裁剪滤镜等,会把可视化系统变成一个“重客户端”。

如果你希望最终体验接近 ParaView 桌面端,同时还要浏览器可用、多人可访问:

把渲染放在服务端(最好有 GPU),让浏览器只做交互与显示,通常是最划算的架构选择。

三、方案:ParaView 远程渲染(Remote Rendering)

服务端:pvpython进程内运行 ParaView pipeline,离屏渲染,把画面编码为图片流,经 WebSocket 推送。

客户端:vtkRemoteView接收图像并显示到 canvas;鼠标/键盘事件通过wslink发回服务端。

数据留在服务端;

浏览器拿到的是“每一帧的渲染结果(图像)”;

交互是“事件/指令”,不是“传模型”。

现在的架构,变成:

服务端是“可视化引擎”:读数据、建管线、算颜色映射、做裁剪/切片、渲染。

浏览器是“远程控制器”:渲染结果是图像流;交互就是事件和参数。

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四、核心功能

万级文件时间序列回放(目录下.vtu/.vtk序列):播放/暂停、逐帧切换、循环、帧率。

场数据切换:点/单元字段(POINTS/CELLS)自动识别,向量支持 Magnitude/分量选择。

交互与相机:旋转/平移/缩放、重置相机、围绕物体中心旋转。

裁剪/切片:X/Y/Z 轴切片或裁剪(项目中 demo2/demo5/dev 具备相关能力)。

多视图对比:同一数据不同物理量并排渲染(demo6/dev 的 multiview)。

远程加载:支持从网络盘/挂载盘读取任务数据(DEV_NETWORK_ROOT)。

五、排坑清单

如果你也准备落地 ParaViewWeb,这些坑我建议你在 README 或运维文档里明确写出来:

后端必须用pvpython启动(paraview自带,不是python)。

多人访问要考虑隔离(最简单就是每连接一个进程)。

图像流带宽/消息大小要提前评估,尤其是 4K/多视图。

时间序列一定要做“时间步兜底”(读不到 TimestepValues 就用0..N-1)。

项目部署与文件存储服务器不在一起时,考虑用挂载远程服务器数据进行开发

运行可能需要输入服务器密码,建议配置 SSH 免密登录以实现全自动启动。

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