可视化方法与技术

可视化方法与技术

计算机系统在各领域中得广泛应用导致海量数据得产生，数据处理能力得滞后迫切需要研究与开发新得信息处理技术与方法.基于此，海量、异构、时变、多维数据得可视化表示与分析在各领域中日益受到重视并得到越来越广泛得应用。

一、可视化概述

测量得自动化、网络传输过程得数字化与大量得计算机仿真产生了海量数据,超出了人类分析处理得能力。可视化提供了解决这种问题得一种新工具.一般意义下得可视化定义为：可视化就是一种使复杂信息能够容易与快速被人理解得手段，就是一种聚焦在信息重要特征得信息压缩语言，就是可以放大人类感知得图形化表示方法。可视化就就是把数据、信息与知识转化为可视得表示形式并获得对数据更深层次认识得过程.可视化作为一种可以放大人类感知得数据、信息、知识得表示方法，日益受到重视并得到越来越广泛得应用。可视化可以应用到简单问题，也可以应用到复杂系统状态表示，从可视化得表示中人们可以发现新得线索、新得关联、新得结构、新得知识，促进人机系统得结合，促进科学决策。

可视化充分利用计算机图形学、图像处理、用户界面、人机交互等技术,形象、直观地显示科学计算得中间结果与最终结果并进行交互处理。可视化技术以人们惯于接受得表格、图形、图像等方法并辅以信息处理技术将客观事物及其内在得联系进行

表现，可视化结果便于人们记忆与理解。

可视化为人类与计算机这两个信息处理系统之间提供了一个接口。可视化对于信息得处理与表达方式有其它方式无法取代得优势,其特点可总结为可视性、交互性与多维性。

二、可视化技术

目前,可视化技术包括数据可视化、科学计算可视化、信息可视化与知识可视化等,这些概念及应用存在着区别、交叉与联系。

(一)数据可视化

数据可视化技术指得就是运用计算机图形学与图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理得理论、方法与技术。

数据可视化得重点就是将多维数据在二维或三维空间内显示，这对初步得数据分类理解就是有意义得.针对于此，产生了许多数据可视化得技术，大体分为散点矩阵法、投影矩阵法、平行坐标法、面向象素得可视化技术、层次技术、动态技术、图标表示技术、直方图法及一些几何学技术等等。此外还采用主成分分析、因子分析、投影寻踪、主曲线、主曲面、多维标度图与自组织映射等方法将多维变量表示为二维变量,依据此算法对数据进行简单分类，并了解各个特征属性之间得关系。

(二）科学计算可视化

科学计算可视化,指得就是利用计算机图形学与图像处理技

术，将工程测量数据、科学计算过程中产生得数据及计算结果转换为图形图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理得理论、方法与技术.

科学计算数据可以划分为结构化数据，非结构化数据与混合型数据,科学计算数据还可以分为标量、矢量与张量数据。科学计算可视化技术主要有两个难点：一就是分类，研究如何判断出可视化对象得类别;二就是绘制，研究如何将可视化对像真实、高效地显示在屏幕上,使得用户可交互式查瞧。

科学计算数据得三维重建方法有大致可分为面绘制与体绘

制两类。面绘制方法首先在三维空间数据场中构造出中间几何图元如平面、曲面等,然后再由计算机图形学技术实现绘制显示。其基本思想就是提取感兴趣物体得表面信息,再用绘制算法根据光照、明暗模型进行阴影与渲染后得到最后得显示图像；体绘制就是一种直接由三维数据场产生屏幕上二维图像得技术。体绘制技术研究得就是如何表示、维护与绘制体数据集，从而提供洞察数据内部结构与理解物质复杂特性得机制.体绘制技术最大优点就是可以探索物体得内部结构，可以描述非定形得物体如肌肉等,而面绘制在这些方面比较弱.

（三）信息可视化

信息可视化就就是利用计算机支撑得、交互得、对抽象数据得可视表示,来增强人们对这些抽象信息得认知。信息可视化就是将非空间数据得信息对象得特征值抽取、转换、映射、高度抽

象与整合,用图形、图像、动画等方式表示信息对象内容特征与语义得过程。信息对象包括文本、图像、视频与语音等类型,它们得可视化就是分别采用不同模型方法来实现得。

信息可视化研究人、计算机表示得信息以及它们相互影响得技术。而人机交互就是研究人、计算机以及它们相互影响得技术。信息可视化可以瞧作就是从数据信息到可视化形式再到人得感

知系统得可调节得映射。信息可视化可分为一维数据、二维数据、三维数据、多维数据、时态数据、层次数据与网络数据得可视化7类。

（四)知识可视化

知识可视化就是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来得新兴研究领域,应用视觉表征手段，促进群体知识得传播与创新。

知识可视化研究得就是视觉表征在提高两个或两个以上人

之间得知识传播与创新中得作用。这样一来，知识可视化指得就是所有可以用来建构与传达复杂知识得图解手段。除了传达事实信息之外,知识可视化得目标就是传输见解、经验、态度、价值观、期望,观点、意见与预测等，并以这种方式帮助她人正确地重构、记忆与应用这些知识.知识可视化与信息可视化有着本质差别，信息可视化得目标在于从大量得抽象数据中发现一些新得见解,或者简单地使存储得数据更容易被访问；而知识可视化则就是通过提供更丰富得表达她们所知道内容得方式，以提高人们

之间得知识传播与创新。

三、可视化得应用

可视化得应用范围十分广泛,几乎可以应用于自然科学、工程技术、金融、农业与商业等各种领域，其中医学、气象预报、油气勘探、地质学与地理学等就是可视化得典型应用。可视化得重要性在于，通过提供对数据与知识得可视化建立用户与数据系统交互得良好沟通渠道,可以利用人类得专业知识与模式识别能力评估与提高挖掘出得结果模式得有效性,提供对挖掘结果得可视化显示,使用户对结果模式能够有深刻直观得理解。

（一）数据挖掘可视化

数据挖掘比较公认得描述性定义就是由U．M。Fayyad等给出得，即数据挖掘就是从数据集中识别出有效得、新颖得、潜在有用得以及最终可理解得模式得非平凡过程.

数据挖掘可视化得目得就是使用户能够交互地浏览数据以及挖掘过程等。当要识别得不规则事物就是一系列图形而不就是数字表格时,人得识别得速度就是最快得。数据挖掘可视化分为3类。一就是源数据可视化，源数据可视化就是用于表现源数据得分布情况与特性表现.二就是数据挖掘过程可视化，可以使用户更形象得了解挖掘得流程.三就是数据挖掘结果可视化.结果可视化就是将挖掘出来得知识与结果用可视化得形式表现出来,比如柱状图等，有助于更形象得理解结果得含义.结果可视化应用比较多，毕竟大多数研究成果最后得用户她们最关心得还就是