【DDSCAT——离散偶极近似仿真程序12】calltarget与vtrconvert程序的使用
这部分我们补充一下calltarget与vtrconvert的使用，并带来另外一个精简型可视化软件ParaView的使用，并与前面介绍的Vislt进行了对比。
一、calltarget
1）calltarget的使用
calltarget，顾名思义，呼唤目标对象，即用来生成模型的程序。
首先，需要说一下，使用DDSCAT内置模型进行消光近场计算的方式不只有在ddscat.par中设置shape参数。
也可以使用DDSCAT内置的calltarget.exe程序，先帮助我们生成一个target.out模型文件，然后改名为shape.dat，再根据前面介绍的FROM_FILE方法计算消光近场。此步骤相当于，DDSCAT帮助我们自主创建的模型，然后以文件的方式引用到ddscat.par中，与上面的一步法不同。
与ddscat.exe和ddpostprocess.exe不同的是，calltarget.exe和vtrconvert.exe不需要对应的参数配置文件。
cmd指令并进入有calltarget程序的路径中，然后输入calltarget.exe指令，出现如下图的内容。给出了一系列的DDSCAT内置模型，并问我们需要选择哪种。
之前也有网友问我，为什么examples_exp里面的示例不全，没有手册里面所述的其他模型。现在看到calltarget程序显示的示例，我们再来对比User Guide使用手册中的内容，就可以知道手册里提到的模型现在都可以通过calltarget创建。
现在我们假定输入一个ELLIPSOID，表示想要生成一个球体。然后命令结果会提示我们输入xv, yv, zv三个参数，表示椭球体的三个轴长。我们输入19 19 19，表示生成一个直径为19的球体。这里需要注意的是，三个参数需要以space空格隔开，有可能别的方式隔开也可以，不过目前我只确定空格是没有问题的。生成结束后，此时程序并没有运行完，继续提示你进行输入椭球的参数。这时如果需要刚才创建好的模型，就不要再输入了，因为产生的target.out文件不会自动改文件名，因而会覆盖刚刚产生的模型文件。此时，输入0 0 0，结束程序。
上图中模型创建成功生成了一些文字说明，其中TARGET中的1.000 1.000 1.000表示晶格间距，此时不要惊慌，认为1这样的间距是不是太大了。根据我们第四部分的讲解，其实，最后的d还是由我们自己设定的aeff有效半径决定的。
aeff确定，则V确定，V确定且N（即为NATO=3695）确定，则d确定。
而命令行中的SIZER，根据内容我们可以判断出，这表示能够囊括此球体的最小立方体积为19*19*19=6859。
此时打开创建模型成功后生成的target.out文件，NAT和lattice spacings与命令行中相一致。
2）部分参数解释
根据我们上一篇（第11篇）中对模型旋转的介绍所涉及到的一些内容，我们可以知道，上图target.out文件内容中的部分参数意义。
首先，A_1 vector和A_2 vector，即是上一篇中所提的 a^1 和 a^2 两个正交向量，a^1初始状态为沿着x轴，因而表示为1 0 0，a^2初始状态为沿着y轴，因此表示为0 1 0。
其次，对于lattice spaceings我们刚才说到，它不表示偶极子之间的间距，d才表示。其描述的值为(d_x,d_y,d_z)/d，既然默认值定为1 1 1，那么这里我们正常设计模型可以忽略此参数。虽然目前对d_x,d_y,d_z的概念尚不清楚，但是我们可以理解为，它表示了在每个坐标轴上对模型的拉伸，如果为值为1 1 1，则表示模型比例不变。在下文中，我们将换一种模型，并对其可视化来理解这个概念。
最后，lattice offset，表示模型中心的距离Lab框架中心的偏移量。对于模型中心的理解，其实并不是模型的几何中心，而是a^1 和 a^2 两个向量的起点。这个起点的设定方式，可以由我们自己设定。若改变了lattice offset，即改变了模型的旋转中心，也就改变了模型在Lab框架中的位置。但是，根据我目前的实验结果和思考，这个设定应该是没有意义的。下文中我们解释为什么。
另外，在上一篇中，我提到可以将a^1和a^2看作Target Frame中的坐标系，此时我在手册中又找到了一些相关说明：
上图中框出的部分，都说明是在TF中的参数，这就表明，所有有关shape文件的参数，都是在TF框架中指定的。
二、对于自建模型，不同lattice offset下的近场结果
1）先来看模型设计Matlab代码，这里创建了一个长宽高分别为39 31 19的立方体。
nat = 0;
% 模型中心在 0 0 0
for x=-19:19
for y=-9:9
for z=-15:15
nat=nat+1;
ixyz(nat,1)=x;
ixyz(nat,2)=y;
ixyz(nat,3)=z;
ixyz(nat,4)=1;
ixyz(nat,5)=1;
ixyz(nat,6)=1;
end
end
end
shape=fopen('CSDN_Block.dat','w'); % 运行时将文件名至于独立文件夹中并改名为shape.dat即可
for natnumber=1:nat
fprintf(shape,'%4i',natnumber,ixyz(natnumber,1),ixyz(natnumber,2),ixyz(natnumber,3),ixyz(natnumber,4),ixyz(natnumber,5),ixyz(natnumber,6));
fprintf(shape,'\n');
end
fclose(shape);Matlab代码里面此时没有写上shape.dat前面几行的说明和参数，此时我们自行复制粘贴补上。
这里设定的lattice offset为0 0 0，与模型的中心相对应，因而，做近场计算（具体的所有ddscat.par参数目前不重要，只要保证后面几次的设定统一就行，因而此处没有给出）可视化之后，如下图。
可以看到Vislt中的坐标轴中心和我们创建的立方块几何中心是重合的。
2）我们再使用Matlab创建两外一个同样大小的立方体，但几何中心在19 9 15。
nat = 0;
% 模型中心在 19 9 15
for x=0:38
for y=0:18
for z=0:30
nat=nat+1;
ixyz(nat,1)=x;
ixyz(nat,2)=y;
ixyz(nat,3)=z;
ixyz(nat,4)=1;
ixyz(nat,5)=1;
ixyz(nat,6)=1;
end
end
end
shape=fopen('CSDN_Block2.dat','w'); % 运行时将文件名至于独立文件夹中并改名为shape.dat即可
for natnumber=1:nat
fprintf(shape,'%4i',natnumber,ixyz(natnumber,1),ixyz(natnumber,2),ixyz(natnumber,3),ixyz(natnumber,4),ixyz(natnumber,5),ixyz(natnumber,6));
fprintf(shape,'\n');
end
fclose(shape);同时，shape文件中设定lattice offset为0 0 0。
此时的近场可视化如下图。坐标轴中心在0 0 0处，而几何中心在19 9 15处，这符合我们的设定。 
3）此时，仅对第二个模型shape文件中的lattice offset进行更改，改为19 9 15。
此时，近场图如下，可以看到坐标轴中心和立方体几何中心是重合的。我们可以这样理解这个现象，首先，几何中心不再原点，而在19 9 15；然后，将lattice offset也设定为19 9 15，则与几何中心重合；最后，最终的坐标轴原点将定为lattice offset所在的位置。这样一来，就通过相对一致的位置设定，将第二个偏移了坐标轴原点的模型，重新拉回了坐标轴中心。
那为什么说lattice offset这样的设定没有意义呢，因为入射光是沿着x轴正方向的一个平面波，首先考虑模型不旋转的情况：此时，不论模型LF中的什么位置，任何位置处的消光计算和近场计算结果都是一样的，因为入射光是相对同一方向的平面波；其次，考虑模型旋转的情况：我们可以把lattice offset的位置考虑为a^1坐标轴的起点，看似坐标轴的起点可以通过lattice offset改变位置，而实质是，不管改变到哪里，旋转的形式都是相对一致，只要a^1和a^2坐标轴的方向保持相对不变（即1 0 0和0 1 0），这模型整体在TF中的方向是不变的。这一观点我们可以这样思考，即向量是一个有方向和大小的量，但是他们没有固定的位置，是在空间中的一个相对方向。因而，改变lattice offset并不能改变a^1和a^2的方向，因此这个坐标点的设定意义不大。
三、calltarget的使用细节
对于calltarget的使用，我们对于所有要求输入的尺寸，最好输入奇数而不是偶数，这样才能保持模型在该参数的对应方向上是对称的。
1）calltarget→ELLIPSOID→18 18 18
通过设定ELLIPSOID的输入参数为18 18 18产生的targe.out文件可以直接可视化（这个方法我们在后面的vtrconvert中会讲到），下图为Vislt对模型进行的可视化，使用的是Add→Pseudocolor→Composition叠加Operators→Slicing→Isosurface方法。
在辅助线的帮助下，我们可以看到，球体的球心不在坐标轴中心。这是因为这个模型的球心不可能在坐标轴中心，因为每个坐标轴上的偶极子点数都是偶数个，而DDSCAT的偶极子点设定又只能是整数，所以球心不会与坐标轴中心重合。因而内置ELLIPSOID算法产生的球体球心是接近于坐标轴中心的。
下面再看下产生的target.out文件，其中的lattice offset设定的位置为0.5 0.5 0.5。根据我的猜想，这只能是一种理论上的位置，因为是小数，所以是不能把模型的球心拉回到坐标轴中心的。
2）calltarget→ELLIPSOID→19 19 19
此时，针对ELLIPSOID设定了奇数参数的模型，可视化出的球体就位于坐标轴中心了，同时lattice offset也将变为0 0 0。
四、vtrconvert的使用
对于上文中我们提到的19 19 19球体模型，我们可以不进行近场计算，也可以将calltarget生成的target.out文件直接转换为vtr文件，从而可视化。此时，就是DDSCAT中最后一个exe执行程序登场的时候了，即vtrconvert.exe。
使用方法为，在同时有shape.dat和vtrconvert.exe程序的文件夹中，cmd命令行进入该路径，并输入vtrconvert.exe target.out vtrname，回车即可生成vtr文件。对于此输入命令，第二个参数不用一定为target.out（或shape.dat)，也可以是别的文件全名，只要文件里的内容是shape.dat的规范形式即可。而第三个参数为输出文件的命名，也是用户自主命名。
出现we will output VTK name: 这样的内容的时候，就表示我们的shape.dat文件没有问题，已经被转换为了vtr可视化文件。
此处需要注意，如果通过vtrconvert程序将shape.dat转换为vtr的过程中报错了，则说明shape.dat文件不符合规范，如果直接去运行ddscat程序，也一样会报错。即，若vtrconvert程序报错，则ddscat程序必报错。
此时使用Vislt对vtrname.vtr进行可视化的步骤如下。
注意，因为没有近场计算，所以我们添加伪彩效果呈现模型时，只能选择Composition，即以材料的不同构成展现模型。而不像之前进行过近场计算的模型，此时还可以选择Intensity，即以电场强度的形式呈现模型。
第二步，在Silicing中添加Isosurface，即可看到模型的表面轮廓。
当然，我们可以继续选择添加Silicing中别的切面方式或其他的模型效果，更多的可视化功能我们将在下一篇继续介绍。
