forked from jacobileo/turbulence_2d_old
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subroutine pickvor0(vor,n,idn)
real,dimension(n,n):: vor
common /McWillimas/delt,crmax,armax,rmin,rmax,deltmax,epsmax,
1 vormin
character iopath*50,fin*80
common /iopathc/ iopath
!... 搜索全局极大值，并据此给出旋涡的最小涡量极值
vormax = maxval(abs(vor))
!... 所有小于vormin的局部极值都将被去掉
!... (McWillimas 建议的取值:约为全最大值的1/20，且不随时间改变)
vormin = 0.05*vormax
!... 确定旋涡边界的参数
delt = 0.2
!... 旋涡的周长最大值为6.28, 即区域的一个边的长度
crmax = amax1(float(n),256.0)
!... 旋涡的最大面积为 (0.1*2Pi)^2, 即整个区域的1%.
armax = amax1(float(n*n)/100.0,1000.0)
!... 半径的最小值为网格尺度h, 除了在测试的初期, 此条件很少通不过.
rmin = 1.0
!... 轴对称情况测试一: 周长除面积 R=0.5*C/sqrt(Pi A) < Rmax
rmax = 1.75
!... 轴对称情况测试二: 旋涡重心对中心点(涡量极值点)的偏离
deltmax = 0.35
!... 轴对称情况测试三: 旋涡椭圆度最大值
epsmax = 2.5
!... 上面给出的是McWillimas所建议的, 有时针对具体情况, 可能需要修改.
crmax = amax1(float(n),256.0)
armax = 0.25*crmax*crmax/3.14
rmax = 2.0
deltmax = 1.0
epsmax = 2.5
delt = 0.3
10 format(1x,a50,'McWillimas',i3.3,'.dat')
write(fin,10) iopath,idn
call movespa(fin,80)
open(18,file=fin)
write(18,*) delt,crmax,armax,rmin,rmax,deltmax,epsmax,vormin
close(18)
20 continue
return
end
!--------------------------------------------------------------
subroutine pickvor0_input(idn)
common /McWillimas/delt,crmax,armax,rmin,rmax,deltmax,epsmax,
1 vormin
character iopath*50,fin*80
common /iopathc/ iopath
10 format(1x,a50,'McWillimas',i3.3,'.dat')
write(fin,10) iopath,idn
call movespa(fin,80)
open(18,file=fin,status='old',err=20)
read(18,*,err=20,end=20) delt,crmax,armax,rmin,
1 rmax,deltmax,epsmax,vormin
close(18)
return
20 continue
return
end
!--------------------------------------------------------------
subroutine pickvor(vor,n)
real,dimension(n,n):: vor
common /vortexdat/ ii0,jj0,gamv,arev,radv,epsv
common /McWillimas/delt,crmax,armax,rmin,rmax,deltmax,epsmax,
1 vormin
common /timeseq/ rnv,vormax,vorave,gamave,radave,areave,epsave,
1 vort(2),flatness
vormax = maxval(abs(vor))
!... 搜索所有的局部极值, 搜索宽度为ld(一般取ld=2), 然后，判断这些局部极值
!... 是否是一个旋涡结构，如果是，则统计如下量：平均涡量极值，平均环量，平
!... 均半径，平均面积，平均椭圆度，涡量的数目为nv。
vorave = 0.0
gamave = 0.0
radave = 0.0
areave = 0.0
epsave = 0.0
nv = 0
ld = 2
do j=1,n
do i=1,n
vorij = vor(i,j)
if(abs(vorij).lt.vormin) goto 10
if(vorij.gt.0.0) then
!... 正的最大值
do jj=j-ld,j+ld
jj1 = mod(jj-1+n,n)+1
do ii=i-ld,i+ld
ii1 = mod(ii-1+n,n)+1
if(i.ne.ii1.or.j.ne.jj1) then
if(vor(ii1,jj1).gt.vorij) goto 10
endif
enddo
enddo
else
!... 负的最小值
do jj=j-ld,j+ld
jj1 = mod(jj-1+n,n)+1
do ii=i-ld,i+ld
ii1 = mod(ii-1+n,n)+1
if(i.ne.ii1.or.j.ne.jj1) then
if(vor(ii1,jj1).lt.vorij) goto 10
endif
enddo
enddo
endif
!... 程序运行到此处，说明(i,j)处为一个局部极值
ii0 = i
jj0 = j
!... 调用测试程序，判断此局部极值处是否有一个旋涡结构，极值位置是通过公共
!... 块传递的。
call test_vor(vor,n,key)
if(key.eq.1) then
nv = nv+1
vorave = vorave + abs(vor(i,j))
gamave = gamave + abs(gamv)
radave = radave + radv
areave = areave + arev
epsave = epsave + epsv
endif
10 continue
enddo
enddo
if(nv.eq.0) nv=1
rnv = float(nv)
vorave = vorave/rnv
gamave = gamave/rnv
radave = radave/rnv
epsave = epsave/rnv
!... 计算涡量的二阶矩和四阶矩以及平坦因子。
sca = 1./float(n*n)
vort(1) = sum((vor*sca)*(vor*sca))
vort(2) = sum((vor*sca)**4)
flatness = vort(2)/vort(1)/vort(1)
return
end
!-------------------------------------------------------------------
subroutine test_vor(vor,n,key)
!... McWillimas 建议的取值，这些值将用来判断一个旋涡的合理性。
common /McWillimas/delt,crmax,armax,rmin,rmax,deltmax,epsmax,
1 vormin
integer,dimension(n*n)::iv,jv
real vor(n,n)
common /vortexdat/ ii0,jj0,gamv,arev,radv,epsv
common /vortexbox/ ii,jj,ii1,jj1
!... 首先假设此极值点不是旋涡结构，如果程序中途返回，则表明不是旋涡。
key = 0
vormax = vor(ii0,jj0)
ii = ii0
jj = jj0
!... 沿+x方向搜索第一个边界点
10 continue
ii = mod(ii,n)+1 ! This is infact "ii=ii+1"
vorijm = vor(ii,jj)/vormax
!.... 如果出现新的极值，则忽略此极值
if(vorijm.gt.1.0) return
!.... 此点仍然处于有效区间内，返回到10继续搜索下一点
if(vorijm.gt.delt) goto 10
!..... 找到边界的第一个点(ii1,jj0)，搜索方向改为+y方向
ii = mod(ii-2+n,n)+1 ! this is ii=ii-1
!....如果只有一个孤立的点满足条件,则删除
!... ii=ii0时，右点已经不属于旋涡，依次再判断左点，下点和上点。
if(ii.eq.ii0) then
nc = 0
ii1 = mod(ii-2+n,n)+1
if(vor(ii1,jj0)/vormax.lt.delt) nc=nc+1
ii1 = mod(jj0-2+n,n)+1
if(vor(ii0,ii1)/vormax.lt.delt) nc=nc+1
ii1 = mod(jj0,n)+1
if(vor(ii0,ii1)/vormax.lt.delt) nc=nc+1
if(nc.eq.3) return
endif
!....记录初始点(ii1,jj0)和初始搜索方向；
ii1 = ii
idx = 0
idy = 1
!... 面积和周长都以网格尺度h为单位，
!... 于是得到的周长乘以h就是实际长度，面积则需要乘以h^2才得到
!... 实际面积。从找到的第一点开始，记录周长为0，点数为1。
cir = 0
nc = 1
iv(nc) = ii
jv(nc) = jj
21 continue
!... 1. 判断右转90度的点是否属于此旋涡
iit = mod(ii+idy-1+n,n)+1
jjt = mod(jj-idx-1+n,n)+1
vorijm = vor(iit,jjt)/vormax
if(vorijm.gt.delt) then
!......属于：
cir = cir+1.0
!......回到了第一点，此旋涡的搜索过程结束，此为肯定出口。
if(iit.eq.ii1.and.jjt.eq.jj0) goto 30
!......此旋涡的周长过长，不是一个正常的旋涡
if(cir.gt.crmax) return
!......记录该点，当前方向右旋90度，继续搜索
ii = iit
jj = jjt
nc = nc+1
iv(nc) = ii
jv(nc) = jj
idxyt = idx
idx = idy
idy = -idxyt
goto 21
endif
22 continue
!... 右旋90度的点不属于此旋涡，判断当前方向的下一个点
iit = mod(ii+idx-1+n,n)+1
jjt = mod(jj+idy-1+n,n)+1
vorijm = vor(iit,jjt)/vormax
if(vorijm.gt.delt) then
!............. 属于：记录此点，并沿同方向继续搜索
ii = iit
jj = jjt
cir = cir+1.0
if(cir.gt.crmax) return
!......回到了第一点，此旋涡的搜索过程结束，此为肯定出口。
if(ii.eq.ii1.and.jj.eq.jj0) goto 30
nc = nc+1
iv(nc) = ii
jv(nc) = jj
goto 21
endif
!... 当前方向的下一个点不属于此旋涡，当前方向左转90度，继续搜索
idxyt = idx
idx = -idy
idy = idxyt
goto 22
!... 搜索回到了初始点，搜索过程结束
30 continue
!... 调整数组iv,jv，使得所有点的标记在同一个连续的周期内(以ii0,jj0为准)
!..... 第一点必在中心极值点的右边
if(iv(1).lt.ii0) iv(1)=iv(1)+n
!..... 后面的每一个点都以它的前一个点为参照，看是否需要修正
do i=2,nc
idx = iv(i)-iv(i-1)
idy = jv(i)-jv(i-1)
if(idx.gt. 1) iv(i) = iv(i)-n
if(idx.lt.-1) iv(i) = iv(i)+n
if(idy.gt. 1) jv(i) = jv(i)-n
if(idy.lt.-1) jv(i) = jv(i)+n
enddo
!... 计算一阶空间矩(重心位移)和二阶矩矩阵(这里要对整个旋涡的面积积分)
!... 这里对属于此集合的所有点求和(假设网格的尺度为1，网格面积也是1)
ii = minval(iv(1:nc))
jj = minval(jv(1:nc))
ii1= maxval(iv(1:nc))
jj1= maxval(jv(1:nc))
arev = 0.0
dx1 = 0.0
dx2 = 0.0
rm11 = 0.0
rm22 = 0.0
rm12 = 0.0
vormax = vormax*1.01
do j=jj,jj1
idy = mod(j-1+n,n)+1
do i=ii,ii1
idx = mod(i-1+n,n)+1
!... 测试(i,j)是否在区域内(包括边界上)，在idxyt=1，否则idxyt=0
idxyt = 1
!... 1. 点(i,j)处于边界上，这样的点在统计环量时考虑，统计其他量时不
!... 考虑，可以避免把拖一个很细的长尾巴的涡排除。
!... 如果用goto 50一句，则是边界点也全部考虑。
do jjt = 1,nc
if(iv(jjt).eq.i.and.jv(jjt).eq.j) then
! gamv = gamv + vor(idx,idy)
! goto 51
goto 50
endif
enddo
!... 2. 点(i,j)处于边界点包围的区域内部
call POLYGON_CP2DI(iv,jv,nc,real(i),real(j),INK)
if(ink.gt.nc) goto 50
51 continue
idxyt = 0
50 continue
if(idxyt.eq.1) then
!....如果内部有更强的极值，则忽略此较小的极值
if(abs(vor(idx,idy)).gt.abs(vormax)) return
!....如果内部有不属于此旋涡的值，则忽略此较小的极值
if(vor(idx,idy)/vormax .le. 0.0) return
gamv = gamv + vor(idx,idy)
arev = arev + 1.0
di = float(i-ii0)
dj = float(j-jj0)
dx1 = dx1 + di
dx2 = dx2 + dj
rm11 = rm11 + di*di
rm22 = rm22 + dj*dj
rm12 = rm12 + di*dj
endif
enddo
enddo
dx1 = dx1/arev
dx2 = dx2/arev
rm11 = rm11/arev
rm12 = rm12/arev
rm22 = rm22/arev
radv = sqrt(arev/3.1416)
call plot_vortex(n,iv,jv,nc,14)
!....此旋涡的面积过大，不是一个正常的旋涡
if(arev.gt.armax) return
!....找到的旋涡半径过小，不能构成一个合理的旋涡
if(radv.lt.rmin) return
!... 周长和面积不相配，说明旋涡的形状不圆
if(0.5*cir/sqrt(3.1416*arev).gt.rmax) return
!... 极值点和重心的偏移过大
if( sqrt(dx1*dx1+dx2*dx2)/radv.gt.deltmax) return
!... 椭圆度过大
cir = sqrt((rm11-rm22)*(rm11-rm22)+4.0*rm12*rm12)
dx1 = rm11+rm22+cir
dx2 = rm11+rm22-cir
if(dx2.le.0.0) return
epsv = sqrt(dx1/dx2-1.0)
if(epsv.gt.epsmax) return
!... 通过了所有的测试，表明此极值所在位置是一个旋涡结构
call plot_vortex(n,iv,jv,nc,15)
key = 1
return
end
!-------------------------------------------------------------------------
SUBROUTINE POLYGON_CP2DI(X,Y,N,XX,YY,INK)
PARAMETER(PI2=0.7853981633974483,COE=0.6180339887498949)
PARAMETER(DA=PI2*COE,ZERO=1.0E-6,UNIN=1.0-ZERO,ZEROB=1.2*ZERO)
common /vortexbox/ ii,jj,ii1,jj1
integer X(N),Y(N)
INK = 0
XMAX = ii1
YMAX = jj1
XMIN = ii
YMIN = jj
RR = AMAX1(XMAX-XMIN, YMAX-YMIN)
X0 = .5*(XMIN+XMAX)
Y0 = .5*(YMIN+YMAX)
CT = 0.0
IC = 0
100 CONTINUE
CT = CT+DA
IC = IC+1
IF(MOD(IC,10).EQ.0) WRITE(*,101) IC
if(ic.gt.100) then
write(*,*) 'xx,yy=',xx,yy
return
endif
101 FORMAT(1X,'IN POLYGON_CP2DI IC=',I3)
XP = X0+RR*COS(CT)
YP = Y0+RR*SIN(CT)
XMIN = AMIN1(XX,XP)
XMAX = AMAX1(XX,XP)
YMIN = AMIN1(YY,YP)
YMAX = AMAX1(YY,YP)
IPCROSS = 0
X1 = X(N)
Y1 = Y(N)
DO I=1,N
IB = I-1
IF(IB.EQ.0) IB=N
X2 = X(I)
Y2 = Y(I)
IF( AMAX1(X1,X2).LT.XMIN .OR.
& AMIN1(X1,X2).GT.XMAX .OR.
& AMAX1(Y1,Y2).LT.YMIN .OR.
& AMIN1(Y1,Y2).GT.YMAX ) GOTO 201
DD = (X2-X1)*(YY-YP)-(Y2-Y1)*(XX-XP)
IF(ABS(DD).LE.ZERO) THEN
!... 此时，1-2和(XX,YY)-(XP,YP)平行，需要计算两个平行线之间的距离。
DD = (X1-XX)*(YP-YY)-(Y1-YY)*(XP-XX)
!... 注意，这里所用的判据是判断1-2边上的点1到(XX,YY)-(XP,YP)的距离，而不是
!... 计算到1-2的距离，这样做的好处是在1－2边的长度接近于零时，也不会有什么
!.... 障碍。根据这里所用的计算方法，线段(XX,YY)-(XP,YP)的长度总不会是零。
IF(ABS(DD).LT.ZERO) THEN
!.... 1点到(XX,YY)-(XP,YP)的距离是零，再判断1-2长度，只要它不是零，总能计算出来，
DD = ABS(X2-X1)+ABS(Y2-Y1)
IF(ABS(DD).LT.ZERO) THEN
!.... 如果1-2的距离也是零，说明1－2边几乎是一个点，此时只要被判断的点不是在此边
!.... 附近，那么通过移动P点可以避免这种不确定性，
DD = ABS(XX-X1)+ABS(YY-Y1)
IF(DD.LT.ZERO) THEN
INK = IB
RETURN
ELSE
GOTO 100
ENDIF
ELSE
GOTO 100
ENDIF
ENDIF
ELSE
A1 = ((XX-X1)*(YY-YP)-(YY-Y1)*(XX-XP))/DD
A2 = ((X2-X1)*(YY-Y1)-(Y2-Y1)*(XX-X1))/DD
IF(A1.GE.ZERO.AND.A1.LE.UNIN) THEN
!1. (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)或其延长线相交。
! 1.1 (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)相交
IF(A2.GE.ZERO.AND.A2.LE.UNIN) THEN
IPCROSS=IPCROSS+1
ELSEIF(A2.LE.(-ZERO).OR.A2.GE.1.0+ZERO) THEN
! 1.2 (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)的延长线相交。
ELSEIF(ABS(A2).LT.ZEROB) THEN
! 1.3 (XX,YY)在(X1,Y1)--(X2,Y2)上。
INK = IB
RETURN
ELSEIF(ABS(A2-1.0).LT.ZEROB) THEN
! 1.4 (XP,YP)在(X1,Y1)--(X2,Y2)上，不应有此情况发生。
STOP 'ERROR HAPPEDED IN POLYGON_CP2DI'
ELSE
STOP 'ERROR 1 IN POLYGON_CP2DI'
ENDIF
ELSEIF(ABS(A1).LT.ZEROB) THEN
!2. (X1,Y1)在(XX,YY)--(XP,YP)或其延长线附近。
IF(ABS(A2).LT.ZEROB) THEN
! 2.1 (X1,Y1)在(XX,YY)附近
INK = -IB
RETURN
ELSEIF(A2.GT.ZERO.AND.A2.LT.UNIN) THEN
! 2.2 (X1,Y1)在(XX,YY)--(XP,YP)附近
GOTO 100
ELSEIF(A2.LE.-ZERO) THEN
! 2.3 (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)不相交
ELSE
STOP 'ERROR 2 IN POLYGON_CP2DI'
ENDIF
ELSEIF(ABS(A1-1.0).LT.ZEROB) THEN
!3. (X2,Y2)在(XX,YY)--(XP,YP)或其延长线附近。
IF(ABS(A2).LT.ZEROB) THEN
! 3.1 (X2,Y2)在(XX,YY)附近
INK = -I
RETURN
ELSEIF(A2.GT.ZERO.AND.A2.LT.UNIN) THEN
! 3.2 (X2,Y2)在(XX,YY)--(XP,YP)附近
GOTO 100
ELSEIF(A2.LE.-ZERO) THEN
! 3.3 (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)不相交
ELSE
STOP 'ERROR 3 IN POLYGON_CP2DI'
ENDIF
ELSEIF(A1.LE.(-ZERO).OR.A1.GE.1.0+ZERO) THEN
!4. (X1,Y1)--(X2,Y2)和(XX,YY)--(XP,YP)或其延长线不相交。
ELSE
write(*,*) 'a1,a2=',a1,a2
STOP 'ERROR Last IN POLYGON_CP2DI'
ENDIF
ENDIF
201 CONTINUE
X1 = X2
Y1 = Y2
ENDDO
IF(MOD(IPCROSS,2).EQ.0) THEN
INK = 0
ELSE
INK = N+1
ENDIF
RETURN
END