可视化技术的发展及应用

可视化技术是在20世纪80年代发展起来的一个新的技术领域。从最初科学计算可视化的提出到现在的知识可视化,它已经形成了若干分支：科学计算可视化、数据可视化、信息可视化和知识可视化等。本文将介绍它们的基本思想、比较它们的不焉点及应用领域等。     

地理信息可视化研究

地理信息可视化是可视化发展的方向之一。通过对地理信息的概念和运动模型的分析，并从可视化的定义出发，总结了地理信息可视化的特点，同时提出了地理信息可视化研究的一个基本框架。最后针对地理信息系统中的可视化过程进行了描述。     

浅谈科学计算可视化及其应用

近年来,随着科学技术的迅猛发展,待处理的数据量越来越大,来自超级计算机、卫星、宇宙飞船、CT扫描仪、核磁共振仪以及地质勘探的数据与日俱增,使科学计算数据的可视化及计算过程的交互干预与引导日益成为迫切需要解决的问题。本文简要介绍了科学计算可视化的重要意义及其目前在社会各个领域的应用。     

可视化和可视化分析学

可视化就是把数据、信息和知识转化为可视的表示形式的过程。一般来讲,可视化可分为数据可视化、科学计算可视化、信息可视化和知识可视化。可视化可以看做是人类与计算机这两个信息处理系统之间的一个接口单元。本文在给出可视化定义基础上,简要介绍了国际近年出现的可视化分析学情况,讨论了可视化在数据挖掘、复杂网络等领域的应用。最后指出了可视化研究存在的问题和重要发展方向。     

信息可视化研究综述

信息可视化是可视化技术在非空间数据领域的应用,可以增强数据呈现效果,让用户以直观交互的方式实现对数据的观察和浏览,从而发现数据中隐藏的特征、关系和模式。可视化应用非常广泛,主要涉及领域:数据挖掘可视化、网络数据可视化、社交可视化、交通可视化、文本可视化、生物医药可视化等等。根据CARD可视化模型可以将信息可视化的过程分为以下几个阶段:数据预处理;绘制;显示和交互。根据SHNEIDERMAN的分类,信息可视化的数据分为以下几类:一维数据、二维数据、三维数据、多维数据、时态数据、层次数据和网络数据。其中针对后4种数据的可视化是当前研究的热点。多维数据可视化方法主要包括基于几何的方法、图标方法和动画方法等。基于几何的可视化方式中最经典的就是"平行坐标系"方法。平行坐标系(parallel coordinates)使用平行的竖直轴线来代表维度,通过在轴上刻划多维数据的数值并用折线相连某一数据项在所有轴上的坐标点展示多维数据。平行坐标系方法能够简洁、快速地展示多维数据,发展出很多改进技术。但是当数据集的规模变得非常大时,密集的折线会引起"视觉混淆"(visual clutter),处理方法包括维度重排、交互方法、聚类、过滤、动画等。其他基于几何的方法包括Radviz方法使用圆形坐标系展示可视化结果;散点图矩阵(scatter plot matrix)将多维数据中的各个维度两两组合绘制成一系列的按规律排列的散点图。基于图标的可视化方法用具备可视特征的几何形状如大小、长度、形状、颜色等刻划数据,代表性的方法包括星绘法和Chernoff面法等。动画方法用于可视化中可被用来提高交互性和理解程度,其缺点包括可能分散注意力、引起用户的误解、产生"图表垃圾"等。时间序列数据是指具有时间属性的数据集,针对时间序列数据的可视化方法如下:线形图、堆积图、动画、地平线图、时间线。层次数据具有等级或层级关系。层次数据的可视化方法主要包括节点链接图和树图2种方式。其中树图(treemap)由一系列的嵌套环、块来展示层次数据。为了能展示更多的节点内容,一些基于"焦点+上下文"技术的交互方法被开发出来。包括"鱼眼"技术、几何变形、语义缩放、远离焦点的节点聚类技术等。网络数据具有网状结构。自动布局算法是网络数据可视化的核心,目前主要有以下3类:一是力导向布局(force-directed layout);二是分层布局(hierarchical layout);三是网格布局(grid layout)。当数据节点的连接很多时,容易产生边交叉现象,导致视觉混淆。解决边交叉现象的集束边(edge bundle)技术可以分为以下几类:力导向的集束边技术、层次集束边技术、基于几何的边聚类技术、多层凝聚集束边技术和基于网格的方法等。其他研究热点包括图形的视觉因素研究、自适应可视化研究、可视化效果的评估等。视觉因素对于可视化效果的影响,如位置、长度、面积、形状、色彩等影响已经引起很多研究者的注意。色彩是视觉因素的重要组成部分,研究主要集中在颜色选择的原则和交互系统中。这些原则基于数据类型、类的数量、认知约束等。自适应可视化可以提高信息可视化的适应性。研究成果分为以下几类:自适应可视化展示、自适应资源模型、自适应用户模型。自适应可视化展示是指根据用户的特征自动为用户提供多种展示类型,自动选择可视化内容及布局的形式,自动调整可视化的元素等。自适应资源模型反映了对硬件和软件的利用以提高可视化性能。自适应用户模型通过显示用户模型的内容并让用户能够编辑,从而让用户能够控制模型的内容。当前关于信息可视化评价的研究较少,少量研究也没有提出直接和通用的可视化的评估方式,需要对信息可视化评价的理论基础、方法和应用做深入的研究。可视化技术与应用还应该继续向以下4个方面努力:直观化、关联化、艺术化、交互化。信息可视化技术的发展方向是协同(collaboration)、分析过程(analytics)、计算(computational)和意会(sense-making)。未来研究方向可以包括以下几个内容。信息可视化和数据挖掘的紧密结合。为提高处理海量数据时的速度和效率和解决视觉混淆现象;必须运用数据挖掘的公式和算法,对数据分析的过程及结果进行可视化展现。协同可视化。协同可视化领域的研究方向可以包括可视化接口设计、基于Web的可视化协同平台开发、协同可视化工作的视图设计、协同可视化中的工作流管理及协同可视化技术的应用等。更多领域的应用技术开发。包括统计可视化:需要研究使用几何、动画、图像等工具对数据统计的过程和结果进行加工和处理的技术;新闻可视化:对新闻内容进行抓取、清洗和提取和可视化展示;社交网络可视化:可视化方式显示社交网络的数据,对社交网络中节点、关系及时空数据的集成展示。搜索日志可视化:针对在使用搜索引擎时产生的海量搜索日志,可视化的展现用户的搜索行为、关系和模式等。     

三维体数据可视化技术在铸造工程中的应用研究

科学计算的可视化技术在计算机辅助工程应用的后置处理中占有重要位置,本文介绍了在微机平台上对空间体数据以投影方式快速绘制技术的研究,就实现过程中的一些关键问题如模板及空间体元可见性排序等进行了探讨。研究的成果已应用到铸造的分析计算过程中。     

基于知识图谱的4D打印研究可视化分析

近年来,基于智能感应材料的增材制造技术即4D打印技术已愈发引起学者和社会的广泛关注。基于中国知识基础设施工程(Chinese knowledge infrastructure engineering search platform, CNKI)检索平台,设计针对4D打印研究领域的文献数据挖掘分析框架,构建数据库,以CiteSpace等软件为支撑进行量化研究。研究结果表明,中国4D打印研究领域科技文献发文量总体呈现指数式增长规律,在历经稳定增长阶段后,进入了快速增长期。该技术领域核心研究机构与核心作者集群重合,且呈现集群内小规模合作、集群间合作不足的特点。在微观技术分化趋势层面,4D打印研究已分化为打印材料、记忆效应、技术应用三大类;在宏观技术热点演化层面,目前该技术研究呈现出从概念集中探索到研究领域多样化的特点,向着基于4D打印超材料的研究方向发展,判断该发展趋势也是该领域未来技术机会。     

海洋调查数据的可视化建模及实现方法

科学计算可视化作为新一代的分析工具,正在进入物理海洋学领域,文中介绍对海洋调查数据进行可视化的关键问题－数据建模,并从分析海洋调查数据的特点出发提出针对海洋研究中可视化建模的原则和有效途径。给出相关的实现方法,其中,重点讨论局部体样条建模中必须面对的区域分割优化问题,引入遗传算法并给出较好的解决方案。     

社会网络数据的可视化

为直观地分析社会群体网络, 观测社会群体行为, 提出了社交网络数据的可视化分析方法。该方法将社会关系网络描绘成由点和线组成的图, 再对图形中的节点分布位置、节点的大小以及点线密度等进行有效分析。运用在线社会网络数据可视化分析技术, 结合python 可视化与python 科学计算技术, 增强了网站的吸附性, 获得了较好的用户体验。     

基于层次知识模型的知识库可视化研究

针对专家系统知识库可视化问题,构建了知识库的层次知识模型,基于径向树实现了层次知识模型的可视化.以基于多级知识单元的知识库为例,研发了知识库可视化系统,通过系统运行的实例验证了该方法能够方便用户快速浏览知识库的层次结构,从而有利于提高知识库的可理解性.该方法对其它知识表示方法的知识库可视化具有借鉴意义.     

对数据、信息、知识和智慧的研究与思考

数据、信息、知识和智慧的关系是一个四层结构,智慧在顶层,数据在底层。通过原始观察及量度可获得数据,经过处理、建立相互关系后形成信息。对信息归纳演绎和集成提炼得到知识。而智慧是源于又超越知识的一个创新性思维或行动。知道如何甄别信息需要知识,而知道如何运用知识则需要智慧。拥有了稀缺的信息,便可能拥有更多的价值;掌握了领先的知识,便可能具有更强的竞争力;具备了超常的智慧,便可能取得更大的成功。     

信息可视化中色彩的应用研究

阐述了信息可视化中色彩的基本理论,从信息可视化中对色彩的认知过程入手,论述了信息可视化中色彩的使用原则,介绍了信息可视化中色彩的应用方式。     

基于三维交互效应的公共安全事件知识可视化研究

为提高公共安全协同管理水平与效率,提升措施与决策的针对性和高效性,本文提出对公共安全事件的分布特征及安全知识进行数据挖掘。选取时间、区域、性质维度进行频数统计,构建泊松对数线性模型将各维度的交互作用量化并通过知识可视化进行表达。研究表明：极大似然估计得到的交互效应参数作为公共安全事件维度交互的重要指标,知识可视化的直观展示能有效消除信息冗余并降低认知资源消耗,提高安全知识发现和信息资源认知的效率,从全新的角度为公共安全管理提供了科学可靠的指导依据。     

可视化浅析

分析了可视化的概念与特点,阐述了可视化的发展历史及其认知功能,提出了新的可视化定义,指出可视化是增强认知、提高管理效率的卓有成效的方法。     

EBSCOhost数据库信息检索可视化服务研究

探讨了信息检索可视化及其在数据库检索中应用的优势,介绍了EBSCOhost数据库的信息检索可视化服务,并对其进行实例检索,提出了EBSCOhost数据库信息检索可视化服务的改进方向。     

知识可视化在图书馆领域的应用前景展望

介绍了知识可视化的概念,并列举了几种可视化工具,简单阐述了知识可视化在国内图书馆的应用现状,基于国外图书馆知识可视化的实际应用,展望了知识可视化在国内图书馆的应用前景。