科学计算可视化

Python科学计算三维可视化_北京理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.可以通过哪个对象传递参数给界面：参考答案:Item2.TraitsUI的设计使用了什么架构模型:参考答案:MVCTK可以读取以下哪几种文件类型:参考答案:Ply_Obj_STL4.以下哪种数据集可以表示混合数据类型:参考答案:RectilinearGrid5.以下哪个对象描述了场景中实体的大小和位置:参考答案:Actor6.如果执行以下代码,会输出什么值：fromtraits.apiimportHasTraits,ColorclassCircle(HasTraits):color=Colorc=Circ le()c.color='blue'print(c.color.getRgb())(0,0,255,255)7.每种控件有style属性,该属性都包含哪些值:参考答案:Text_Reaonly_Simple_Custom8.traitsui.menu中预定义了哪些按钮:参考答案:ModelButtons_OKCancelButtons_LiveButtons9.静态监听函数可以有以下哪几个参数:参考答案:Old_New_Name10.Trait的监听功能有哪些监听模式:参考答案:静态监听_动态监听11.Trait属性有哪些主要功能:参考答案:监听_初始化_代理_验证12.HSplit相比Group,对哪几个参数设置了默认值:Orientation_Layout13.mlab对标量数据的可视化提供什么观测方式：参考答案:iso_surfaces等值面分析_image_plane_widget切面分析14.mlab可以通过传递以下哪些representation关键字，指定不同的表现形式：参考答案:Surface_points_wireframe15.流线绘制方法适合什么类型的数据集:参考答案:矢量场16.下面哪个函数适合等值面的绘制：参考答案:Contour3d17.控件的哪种样式能展示最多功能:参考答案:Custom18.可以通过哪个对象对界面进行组织分类:Group19.Mayavi是基于哪个库开发的：参考答案:VTK20.等值面绘制方法适合什么类型的数据集:参考答案:标量场21.以下那种情况将触发Event属性的监听事件:参考答案:赋值,值不改变_赋值,值改变22.Mayavi管线树状图的最顶层是哪个对象：参考答案:Scene23.下面哪个函数适合矢量数据集的绘制：参考答案:Quiver3dTK将原始数据转换为屏幕上的图像的过程涉及哪几条管线(Pipeline):可视化管线_图形管线TK使用以下哪个对象将原始数据转换为图形数据:参考答案:MapperTK创建对象时,使用的关键字参数都是什么类型的:参考答案:Traits27.显示mayavi的管线对话框，需要调用以下哪个对象：参考答案:Show_pipeline28.mlab提供哪些2D数据集的3D绘制函数：参考答案:surf_imshowTK库是由以下哪个库封装的:参考答案:VTK30.下面哪些函数可自动将标量信息转化为colormap：Barchart_Surf31.mlab对矢量数据的可视化提供什么观测方式：参考答案:flow流线轨迹分析_vector_cut_plane切面分析TK中降低采样率,提高绘制效率的对象是哪个?参考答案:MaskPoints33.等值面使用系统默认的颜色映射表:参考答案:最大值映射为蓝色34.背面剔除的作用描述错误的是：参考答案:背面剔除会降低绘制速度35.在绘制地形时：参考答案:gist_earth的颜色映射需要根据高程数据计算得到。

结论
科学计算可视化在增加数据理解和洞察力方面发挥着重要作用，是未来发展 的重要趋势。
参考文献
• 相关论文、书籍等资料的引用
《科学计算可视化》PPT 课件
科学计算可视化 PPT课件，通过图形和可视表达方式，展示科学计算过程中的 数科学计算可视化是如何将数值计算结果可视化展示的 • 科学计算可视化的应用场景，如科学研究、工程设计、市场分析等 • 科学计算可视化在数据分析和决策过程中的重要性
通道选择
2
状等展示信息
选择合适的可视通道来传达关键信息
3
坐标系
选择合适的坐标系来展示数据关系
标签和注释
4
在图表中添加标签和注释，更加清晰地 表达意思
可视化实践
1 使用Python库可视化分析数据
利用Python可视化库对数据进行图表展示和 分析
2 使用R库可视化分析数据
利用R语言可视化库对数据进行图表展示和分 析
可视化工具
Python可视化库
Matplotlib, Seaborn, Plotly等工具可以用于数据可视化
R可视化库
ggplot2和lattice等工具适合R语言用户进行数据可视化
其他可视化工具介绍
了解其他工具和框架，如D3.js、Tableau等
可视化技巧
1
数据映射
将数据转化为视觉属性，利用颜色、形

一 ，
科 技 与 生 活 ２ １ 年第 ４ ０ Ｏ 期
《 患 科 学 砉
１ ９
浅谈 科学 计算可视 化 方法在 网络 管理 的应用
许 鹏
（ 武汉 大学计 算机学 院，湖北武汉 ４ ０ ７ ３ ０ ９）
摘 要 科学计 算可视化 是数据和介 绍科学计 算 町视 化的含 义及 其意
络 安 全 等 已经 成 为 网 络技 术 研 究 和 应 用 的 重要 组 成 部 分 ，而 网 络数 据 可 视化技术在其 中所起到的作用也越来越关键 。
术应用 于科学计算 是一个全新的领域” ，并指 出， “ 科学家们不仅需要 分析由计算机得出的计算数据 ，而且需要 了解在计算过程中数据 的变化 情况 ， 而这些都需要借助于计算机图形学及 图像处理技术”。会议将这 涉及 到 多 个学 科 的领 域定 名 为 “ ｉ ａｉ ｔｎｉ Ｓｉ ｔ ｃＣ ｍ ｕｉｇ 。 Ｖｓ ｌａｏ ｃ ｎｉ ｏ ｐ ｔ ” ｕ ｚｉ ｎ ｅ ｆ ｉ ｎ 这次会议之后 ，美国和西欧及 日本各著名大学 、研究所 、超级计算机 中 心以及大公司纷纷进行科学计算可视化理论和方法的研究 ，并在重要的 国际计算机图形学会议上发表论 文。科学计算可视化成 为近年来 国际学 术会 议 讨论 的一 个 热点 问 题 。
［ 杨 峰． ３ ］ 从科 学计算 可视化 到信息 可视化 Ｉ ． 杂志 ， ０ ，． 情报 Ｊ １ ２ ７１ ０ ［］ 鹏． Ｐ 术应用 领域宽 广［ ］ Ｅ 人 民邮电 出版社，０ ０ ４张 ＷＡ 技 Ｍ 一 京： ２０ ．
一
１ 可视 化 的含义 和意 义 科学计算可视化的基本含义是运用计算机 图形学或者一般图形学的 原理和方 法 ，将科学与工程 计算等产生 的大规模数据转 换为图形 、图 像 ，以直观的形式表示 出来 。它涉及计算机图形学 、图像处理 、 计算机 视觉 、计算机辅助设计及 图形用户界面等多个研究领域 ，已成为当前计 算机图形学研究 的重要方 向。 计算机用于科学计算 已有近５ 年的历史 。但是 ，长期以来 ，由于计 Ｏ 算机软硬件技术水平 的限制 ，科学计算 只能 以批处理的方式进行 ，而不 能进行交互处理。当向计算机输入程序 和数据后 ，使用者就不能再对计 算过程进行干预和引导 ，只能被动地等待计算结果的输 出。而大量的输 出数据只能采用人工方式处理 ，或者使用绘图仪输出二维 图形 。人工处 理数据十分冗繁 ，所花费的时间往往是计算时间的十几倍甚至几十倍 ， 不仅不能及 时地得到有关计算结果 的直观 、形 象的整体概念 ，而且还有 呵能丢失大量信息 。因而 ， 科学计算结果的后处理 已经成为提高科学计 算质量和效率 的主要问题之一 。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 、Ｃ 扫描 Ｔ 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 。另一方 而 ，由于近年来计算机 的计算能力迅速提高 ，所配置的内存容量 、磁盘 空间不断扩大 ，网络功能 日益增强 ，许多重要的图形生成及 图像处理算 法均可用硬件实现 ，＿． 日速度大大加快 。因而 ，运用计算机 图形学及图像 处理技术形象、直观地显示科学计算 的中问结果及最终结果并进行交互 处理 ，已经成为可能 。实现科学计算的可视化具有 多方 面的重要意义。 它可 以大大加快数据的处理速度 ，使 目前每 日、每时都在产生的庞大数 据得到有效利用； 以在人与数据 、人与人之 间实现图像通信 ，而不是 目 可 前的文字通信或数字通信 ，从而使人们能够观察到在传统的科学计算 中 发生了什么现象，成为发现和理解科学计算过程 中各种现象 的有力工具 ； 同时 ， 还可 以实现对计算过程的引导和控制 ，通过交互手段改变计算所 依据的条件 ，并观察其影响 。总之 ， 科学计算的可视化将 极大地提高科 学计算 的速度和质量 ，实现科学计算 工具和环境的进一步现代化 ， 从而 使科学研究二 作的面貌发生根本性 的变化 。南于科学计算 可视化可 以将 ｒ ： 计算结果用图形或 图像形象直观地显示 出来 ，从而使许 多抽象 的、难于

矩阵是高等代数学中的常见工具，主要应用于统计 数学、物理学、电路学、力学、光学、量子物理、计 算机图像和动画等领域。
科学计算
科学计算领域最著名的计算平台Matlab 采用矩阵作 为最基础的变量类型。矩阵有维度概念，一维矩阵是 线性的，类似于列表，二维矩阵是表格状的，这是常 用的数据表示形式。
科学计算与传统计算一个显著区别在于，科学计算 以矩阵而不是单一数值为基础，增加了计算密度，能 够表达更为复杂的数据运算逻辑。
——世界是不确定的，还是确定的？世界是概率的，还是微积分的？ ——醒醒，开始看程序！
思考与练习：
[E10.1]思考在日常工作和生活中科学计算还有什么 应用？
[E10.2]尝试安装numpy 和matplotlib 库。
模块10 numpy 库的使用
要点
numpy 是用于处理含有同种元素的多维数组运算的 第三方库。
numpy 库的算术运算函数
这些函数中，输出参数y 可选，如果没有指定，将 创建并返回一个新的数组保存计算结果；如果指定参 数，则将结果保存到参数中。例如，两个数组相加可 以简单地写为a+b，而np.add(a,b,a)则表示a+=b。
numpy 库的比较运算函数
numpy 库的比较运算函数
图像的手绘效果
在利用梯度重构图像时，对应不同梯度取0‐255 之 间不同的灰度值，depth 的作用就在于调节这个对 应关系。depth 较小时，背景区域接近白色，画面 显示轮廓描绘；depth 较大时，整体画面灰度值较 深，近似于浮雕效果
图像的手绘效果
将光源定义为三个参数：方位角vec_az、俯视角 vec_el 和深度权值depth。两个角度的设定和单位向 量构成了基础的柱坐标系，体现物体相对于虚拟光源 的位置，如实例代码19.1 的第4 到6 行。

VTK, ห้องสมุดไป่ตู้DL
6.4 low-level programable language
Matlab, c/c++, fortran etc.
第十八页，共19页。
谢谢！
第十九页，共19页。
立体图法和层次分割法
4.2 三维标量数据场
面绘制方法(surface rendering)
体绘制方法(volume rendering)
4.3 矢量数据场
直接法 流线法 (stream line)
第八页，共19页。
4.1.1 颜色映射方法
将颜色数据 之间建立映射关系
中国部分区域温度度分布图
科学计算可视化—方法、应用与工 具
第一页，共19页。
1. “可视化”概念的提出
Visualization Visual
1987年2月, 美国国家科学基金会(NSF)
抽象的事务、过程
图形、图像
可视化界面(图形界面)、可视化编程等
视觉的 形象的
可视化
第二页，共19页。
2. 科学计算可视化的含义
数值计算 工程测量
某宇宙飞船周围空气密度分布图
第九页，共19页。
4.1.2 等值线法
F(xi,yi)=f (f为给定的值)
二维规则数据场示意图
第十页，共19页。
4.1.3 立体图法和层次分割法
立体图法结合层次分割法 绘制的中国地形图
第十一页，共19页。
4.2.1 三维标量场中的面绘制方法
等值面法(isosurface—Marching Cubes)
第五页，共19页。
平行坐标法(Parallel Coordinates)
第六页，共19页。

采样数据的预处理
• 生成致密的三角形表面网格来描述几何实体 的表面
• 通过插值得到三角形表面网格每个节点上的 数据
华塑软件研究中心
11
由二维轮廓线重构三维形体（1）
断层扫描数据广泛地存在于医学、生物、地学、环境等应用领域，是一种最简单的三维标量 场。如果各断层问是相互平行的，每一断层与实体的交线就是实体在该断层上的轮廓线，也就 是二维平面上一条封闭的无自交的等值线，如图所示．如原始数据是光栅图像形式，在每一断 层上轮廓线表现为由连续的两相临点间线段组成的一组简单封闭的直线线段，也就是一个封闭 多边形链。
非凸多边形
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多轮廓线

什么是体渲染?
• 体是由三维空间的多个体元（voxel）的三维数组组成
• 组成形式同二维的图像相似，图像由像素组成 • 由CT得到的数据或者其他方式的标量数据场很容易用体表示 • 体元是体的基本组成元素 • 体元的数量太多，如比较小的体含有1283个体元
s(x(t)) : scalar value
c(s(x(t)): color; emitted light
a(s(x(t)): absorption coefficient
D
t
- a(s(x(t’)))dt’
C = c(s(x(t)) e 0
dt
0
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光学模型(2)
21
光线投影法的改进
• 性能改进方法
• 使用层次八叉树的结构存储体元 • 完全透明的多个体元由一个体元代替 • 取少量的点进行光线投影，其余点插值获得
• 质量改进方法
• 采样更多的点，如一个像素点采取4点进行光线投影 • 采用透视投影替换平行投影

2、电子地图与GIS的区别： 电子地图包含了GIS的主要功能，但不是全部功能。侧重于可见实体的显示，其中较 完善的空间信息可视化功能和地图量算功能是一般GIS所欠缺的。但是相对而言, 一 些电子地图( 集) 难予使其可视子空间均具有统一的空间数学基础 , 因而空间分析相 对GIS薄弱，这也是两者的分水岭。
第七可视化
可视化是将符号或数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种 转换，它的目的是将原始数据转化为可显示的图形、图像，从而全面且本质地 把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们。 2、科学计算可视化
是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及 计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。
1）飞行模拟
3、VR GIS
2）战斗模拟
开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。 4、实现技术
--上海外滩示例
第七章
4、实现技术
空间信息的可视化
可以通过 GIS 软件支持的 DEM 功能、 3DMAX ， AutoCAD 中的三维实体建模，以及 VRML ， OPENGL或Direct X，Java3D或Flash,ViewPoint等实现或辅助实现虚拟现实。 1）VRML简介： VRML作为一种开放的、可扩展的、工业标准的虚拟景象描绘语言，已广泛用于在 Internet中描述3D景象或世界。VRML和HTML是紧密相连的，是HTML在3D领域模拟和扩展。 由于VRML在Internet具有良好模拟性的和交互性，显示出强大的生命力。 2）具体实现-----实例 VRML浏览器插件 如Cosmo Player 网络环境 3）应用
*.wrl
虚拟现实
VRML作为实现VR的语言标准，与GIS、DEM、DTM技术相结合，将在旅游娱乐、商业 营销、房地开发、工程设计、数字地球、虚拟地理环境、军事等众多领域发挥巨大 的作用。

可视化通常被理解为一个生成图形图像的过程。更深刻的认识是，可视化是认知的过程，即形成某个物体的感 知图像，强化认知理解。因此，可视化的终极目的是对事物规律的洞悉，而非所绘制的可视化结果本身。这包 含多重含义：发现、决策、解释、分析、探索和学习 。因此，可视化可简明地定义为“通过可视表达增强人们 完成某些任务的效率”。
的二维图形显示的理论，强调有用
信息密度的最大化问题。这些理论
图1
图1 美国可视化人体数据切片之一 1975年图统1计1图95形7年学发家明发的明圆的形增图强标散，点采图用表线达段及其18朝00向—编19码00多年维：数图数据2据J图oh形n
图2 采用直接体可视化技术绘制鳄鱼木会乃同伊JCaTcq数u据es Bertin的图形符号学，
的医学影像数据、三维空间信息测量数据、流体计 算模拟数据等。由于数据的规模通常超过图形硬件 的处理能力，所以如何快速地呈现数据中包含的几 何、拓扑、形状特征和演化规律是其核心问题。随 着图形硬件和可视化算法的迅猛发展，单纯的数据 显示已经得到了较好的解决。 • 信息可视化的核心问题主要有高维数据的可视化、 数据间各种抽象关系的可视化、用户的敏捷交互和 可视化有效性的评断等。 • 可视分析偏重于从各类数据综合、意会和推理出知 识，其实质是可视地完成机器智能和人脑智能的双 向转换，整个探索过程是迭代的、螺旋式上升的过 程。
列作图一个模块，从而提供了一个统一的数据分析界面。
于开源智能19数75据—源19（87O年pe：n-多So维u统rce计In图te形lligence（OSINT），如学术研究、博客、新闻媒
1987—2004年：交互可视化 体、非政府组织报告和联合国研究等），实现人物、关系、时间、统计、地理信息、社
2004年至今：图可3视1分99析1年学Ben

计算科学中的数据可视化技术研究与应用在当今数字化的时代，数据正以前所未有的速度增长。

如何从海量的数据中快速有效地获取有价值的信息，成为了摆在人们面前的一个重要挑战。

数据可视化技术作为一种将数据转换为直观图形的手段，为解决这一问题提供了有力的支持。

它不仅能够帮助我们更好地理解数据，还能发现数据中隐藏的模式和关系，为决策提供依据。

数据可视化技术的基本原理是将数据通过各种图形元素，如点、线、面、颜色、形状等进行表达。

这些图形元素按照一定的规则和算法进行组合，形成具有特定意义的图表，如柱状图、折线图、饼图、散点图等。

通过对这些图表的观察和分析，我们可以直观地了解数据的分布、趋势、比例等特征。

数据可视化技术的发展历程可以追溯到很早以前。

在古代，人们就已经开始使用地图、图表等方式来展示数据。

随着计算机技术的发展，数据可视化技术得到了极大的提升。

从最初的简单二维图表，到如今的三维、动态、交互式可视化，技术的不断进步为我们提供了更加丰富和强大的工具。

在计算科学中，数据可视化技术有着广泛的应用。

在科学计算领域，科学家们常常需要处理大量的实验数据和模拟结果。

通过数据可视化，他们可以直观地观察数据的变化趋势，验证理论模型的正确性，发现新的现象和规律。

例如，在气象学中，通过将气象数据以地图和热力图的形式进行可视化，可以清晰地看到气温、气压、风速等气象要素的分布和变化情况，为天气预报提供重要的参考。

在数据分析领域，数据可视化是探索和理解数据的重要手段。

当面对复杂的数据集时，单纯依靠数据表格和统计数字往往难以洞察其中的规律。

而通过可视化工具将数据以图形的方式呈现出来，可以让数据分析师更快速地发现数据中的异常值、聚类模式和相关性。

例如，在市场营销中，通过将销售数据以柱状图和折线图的形式进行可视化，可以直观地了解不同产品在不同时间段的销售情况，为制定营销策略提供依据。

在机器学习和人工智能领域，数据可视化也发挥着重要的作用。

在训练模型之前，通过对数据进行可视化，可以帮助我们了解数据的特征和分布，选择合适的模型和算法。

计算机科学中的可视化技术计算机科学在不断发展和进步中，一项重要的技术就是可视化技术。

可视化技术是指将抽象的数据变成直观、图形化的形式，使人们可以通过观察这些图像来分析和理解数据。

它包括图表、虚拟现实、动画和图像处理等技术。

本文将重点介绍计算机科学中的可视化技术。

一、图表图表是一种将数据可视化的方法。

它们以图形的形式展示数据，使数据更加易于理解和分析。

常见的图表类型包括折线图、柱状图、饼图、雷达图和散点图等。

这些图表可以显示各种数据类型，包括数字、字母和符号等，以及它们之间的关系。

在计算机科学中，图表技术被广泛应用于数据可视化和数据分析。

例如，金融领域用图表来显示股票价格和交易量，医学领域用图表来显示治疗效果和疾病预后等。

图表技术不仅可以帮助人们更好地理解数据，还可以为决策者提供可靠的数据支持。

二、虚拟现实技术虚拟现实技术是一种可以模拟现实情景的技术。

通过使用计算机生成的环境和设备，用户可以在虚拟现实环境中进行交互。

虚拟现实技术可以提供更真实的、具有沉浸感的用户体验，这是传统媒体无法比拟的。

在计算机科学中，虚拟现实技术被广泛应用于游戏、仿真和培训等领域。

例如，医学领域可以使用虚拟现实技术来模拟手术和疗法，从而提高临床技能；游戏行业可以使用虚拟现实技术来创建更真实的游戏世界；航空航天等领域可以使用虚拟现实技术来模拟飞行和航海。

三、动画技术动画是一种通过连续变化的图像来创造动态效果的技术。

它可以通过计算机生成或手工绘制，用于视频制作、电影制作、游戏等领域。

计算机科学中的动画技术主要集中在计算机生成动画的方面，实现动画效果所需的计算量很大，需要动用高性能计算机来处理。

在计算机科学中，动画技术被广泛应用于虚拟现实、视频制作和游戏等领域。

例如，视频游戏行业使用动画技术来创建游戏角色和世界，从而提高游戏的沉浸感；电影工业可以使用动画技术来制作特效和艺术效果，从而创造独特的影片风格。

四、图像处理技术图像处理技术是指将数字图像纠正、增强和改善的技术。

6．地理信息的可视化6．1基本概念可视化(Visualization)是指在人脑中形成对某物（某人）的图像，是一个心理处理过程，促使对事物的观察力及建立概念等。

科学计算可视化是通过研制计算机工具、技术和系统，把实验或数值计算获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以直接感受的计算机图形图像，从而可进行数据探索和分析。

把地学数据转换成可视的图形这一工作对地学专家而言并不新鲜。

测绘学家的地形图测绘编制，地理学家、地质学家使用的图解，地图学家专题、综合制图等，都是用图形(地图)来表达对地理世界现象与规律的认识和理解。

科学计算可视化与上述经典常规工作的最大区别是科学计算可视化是基于计算机开发的工具、技术和系统，而过去地学中的可视表达和分析是手工或机助的(计算机辅助制图)，并把纸质材料作为地图信息存储传输的媒介。

科学计算可视化，自从80年代末提出以后，得到了迅速的发展并成为一个新兴的学科，其理论和技术对地学信息可视表达、分析的研究与实践产生了很大的影响。

国际地图学会(ICA)在1995年成立了一个新的可视化委员会，并在1996年6月与计算机器图形协会(ACM SIGGRAPH)合作，开始一个名为“Carto-Project”的研究项目，其目的是探索计算机图形学的技术与方法如何更有效地应用在地图学与空间数据分析方面，促进科学计算可视化与地图可视化的连接和交流。

地学专家对可视化在地学中的地位和作用，已进行了比较深入的讨论，从不同的角度提出了与可视化密切相关的地图可视化、地理可视化、GIS可视化、探析地图学(Exploratory Cartography)、地学多维图解、虚拟地理环境等概念，但有不同的理解，对其相互关系的认识也不明确。

地理信息系统的多维可视化是指采用2.5维、三维和四维等地图表现形式来反映地理客体的多维特征，其中2.5维形式是图面上有隐藏部位的鸟瞰式地图表现形式，又称“假三维”，例如表示矿床的面层，可用显示为同分异状的等值线或不规则三角网中的小块平面来表示，而面上的高程值都不是一个独立的变量，在任一给定的位置仅能用一个高程值表示一个面。

基于 Ensight 的科学计算结果可视化薛伟伟;程长征【摘要】FORTRAN 和 C 等高级语言使用广泛，但计算结果多为数值文本。

通过编写数据接口，将 FORTRAN 边界元法程序的数值计算结果转换成 Ensight 输入文件，得出计算结果的场图像。

这种方法具备视觉效果好、开发工作量低、对硬件图形库有较好支持等特点。

同时，利用 Ensight 的功能，可进行数值观察、添加等值线等操作。

%FORTRAN and C programs are extensively used as numerical calculation tools by researchers in various fields,and the numerical results are usually output in the text format.A field image can be obtained using Ensight via establishing the data interface of the Ensight software,and converting text results of a FORTRAN boundary element method example into a Ensight input file.The advantages of this technique are good visual effect,low development effort,better graphics library for hardware sup-port and so on.In addition,observing the data and adding the equivalent line can be further accom-plished in Ensight.【期刊名称】《合肥学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(026)001【总页数】5页(P41-45)【关键词】Ensight;FORTRAN;可视化;科学计算【作者】薛伟伟;程长征【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TP314目前，计算机数值模拟逐渐成为解决工程和科学问题的主要手段。

结。
关键 词 科 学计算 可视化 ；信 息可视化 中 图分 类号 Ｔ ３ １ １ 文献 标识 码 Ａ 文 章 编号 １７— ６ １（ １）３—０３ ０ Ｐ ９． ４ ６３９７ 一２ ００ １０２－ １ ０
可 视 化 由 英 文 单 词 “ｉｕ ｌ ａｉｎ 翻 译 而来 ，本 意 是 是 某 物 图像 ｖｓａｉ ｔ ” ｚ ｏ 化 、图形化 ，从而能够清晰地 、直观地呈现 。１８ 年２ ９ ７ 月美 国国家科学 基金会 （ ａｉ ａ ＳｉｎｅＦｕ ｄｔ ｎ Ｆ）召开的图形 图像专题研讨会上 Ｎ ｔｎ ｃ ｃ ｏｎ ａｏ ， ｏｌ ｅ ｉ ＮＳ 第一ห้องสมุดไป่ตู้给 出了科 学计算可视化 的定义 、覆 盖的领域 ，并对 可视化的需 求 、近期 目标 、远景规划 和应用前景方面做 了阐述 。这标志着科学计算 可视化作为一个全新的学科在 国际范围内的确立。 随着社会 和计算机技 术的发展 ，到今天 ，可视化技术 的大家庭 中 不仅仅有科学计算可视化 ，还包括了数据 可视化 （ ａ ｓａｉ ｔ ｎ Ｄ ｔ Ｖｉ ｌａｉ ）、 ａ ｕ ｚｏ 信息 可视化 （ ｎｏｍａｉｎ Ｖ ｓａｉａｉｎ）、知识 可视 化 （ ｎ ｗｅ ｇ Ｉｆｒ ｔ ｉｕ ｌｚｔ ｏ ｏ Ｋ ｏ ｌｄ ｅ ｖｓ ｉ ｔｎ）等一系列的分支 。在这些具 体分支 中科学计算可视化和信 ｉ ａｚ ｉ ｕ ｌａ ｏ 息可视化是两个重要代表 ，前者是可视化技 术的第一次出现 ，后者将可 视化技术扩展到非数值、非空间和高维领域。
１ 科学 计算 可视 化 （ ｓ ａｉ ｔ ｎＩ ｃ ｎ ｅＣ ｍｐ ｔ，ＩＣ） Ｖｉ ｌａｉ Ｓ ｉ ｃ ｏ ｕｅＶＳ ｕ ｚ ｏ ｎ ｅ
科学计算可视化是利用算机图形学和图像处理技术 ，将科学 与工程 计算等产生 的大规模数据转换为图形、图象 ，在屏幕上显示出来并进行 交互处理 的理论 、方法和技术 。它涉及计算机 图形学 、图像处理 、计算 机视觉 、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域 。 早期 ，科学计算 只能 以批处理方式进行 ，而不能进行交互处理 ，对 于大量 的输 出数 据 ，只能用人 工方式处理 ，或者用绘 图仪输 出二维 图 形。这种处理方式不仅效率低下 ，而且丢失 了大量信息。随着计算机应 用的普及和科学技术 的迅速发展 ，来 自超级计算机 、卫星遥感 、ｃ 、天 Ｔ 气预报 以及地震勘测等领域 的数据量越来越大 ，但 由于没有有效 的处理 和观察理解手段 ，使得大量数据无法理解 。另一方面 ，由于计算机技术 的高速发展 ， 使得计算成本不断下降 ，计算精度和速度不断提高。这使 得对复杂问题 的数值模拟成为一种更直接 、更有效 的方法。而三维大规 模数值模拟可产生上百兆 、上千兆的大量数据 ，我们 已无法用传统 的方 法来理解大量科学数据中包含 的复杂现象和规律。因此 ， 科学计算可视 化技术已经成为科学研究 中的必不可少的手段 。它是科学工作者 以及工 程技术人员洞察数据内含信息 ，确定内在关 系与规律的有效方法 ， 使科 学家和工程师 以直观形象 的方式揭示理解抽象科学数据中包含 的客观规 律， 从而摆脱直接而对大量无法理解 的抽象数据的被动局面 。 科学计算 可视化 的目的是理解 自然的本质 。要达到这个 目的，科学 家把科学数据 ，包 括测量获得的数值或是计算 中涉及 、产生的数字信息 变成直观的 、以图形 图像形式显示的 、随时间和空间变化的物理现象或 物理量呈现在研究 者面前 ，使他们能够观察 、模拟和计算。这个过程可 进 一 步 细 化 为 以 下 四 个 步 骤 ：１）过 滤 ：对 原 始 数 据 进 行 预 处 理 ，可 以 转换数据形 式、滤掉噪声 、抽取感兴趣的数据等 ；２）映射 ：将过滤得 到的数据映射为几何元素 ，常见的几何元 素有 ：点 、线 、面图元 、三维 体图元和更 高维的特征图标等 ；３）绘制 ：几何元素绘制 ，得到结果 图 象 ；４）反馈 ：显示图象 ，并分析得到的可视结果。 科学计算可视化 （ ｉ ａｉ ｔ ｎＩ ｃｅｃ ｏ ｕｅ Ｓ Ｖｓｌ ｚ ｉ ｎＳ ｉ ｅＣ ｍｐ ｔ， Ｃ）的意义重 ｕ ａｏ ｎ ＶＩ 大） 大大加快数据的处理速度 ， 使 目前每 日 每时都在产生 的庞大数据得 到有效 的利用 ；实现人与人和人与机之间的图象通讯 ，而不是 目前 的文 字或数字通讯 ，从 而使人们观察到传统方法难 以观察到的现象 和规律 ； 使科学家不仅被动地得到计算结果 ，而且 知道在计算过程中发生 了什么 现象 ，并可改变参数 ，观察其影响 ，对计算过程实现引导和控制 ；可提 供在计算机辅助下的可视化技术手段 ，从而为在网络分布环境下的计算 机辅 助 协 同设 计 打 下 了基 础 。

科学可视化科学可视化（英语：scientific visualization或scientific visualisation）是科学之中的一个跨学科研究与应用领域，主要关注的是三维现象的可视化，如建筑学、气象学、医学或生物学方面的各种系统。

重点在于对体、面以及光源等等的逼真渲染，或许甚至还包括某种动态（时间）成分。

科学可视化侧重于利用计算机图形学来创建视觉图像，从而帮助人们理解那些采取错综复杂而又往往规模庞大的数字呈现形式的科学概念或结果。

概述美国计算机科学家布鲁斯·麦考梅克在其1987年关于科学可视化的定义之中，首次阐述了科学可视化的目标和范围：“利用计算机图形学来创建视觉图像，帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式。

此类数字型表现形式或数据集可能会是液体流型（fluid flow）或分子动力学（molecular dynamics）之类计算机模拟的输出，或者经验数据（如利用地理学、气象学或天体物理学设备所获得的记录）。

就医学数据（CT、MRI、PET等），常常听说的一条术语就是“医学可视化（medical visualization）。

科学可视化本身并不是最终目的，而是许多科学技术工作的一个构成要素。

这些工作之中通常会包括对于科学技术数据和模型的解释、操作与处理。

科学工作者对数据加以可视化，旨在寻找其中的种种模式、特点、关系以及异常情况；换句话说，也就是为了帮助理解。

因此，应当把可视化看作是任务驱动型，而不是数据驱动型。

历史科学的可视化与科学本身一样历史悠久。

传说，阿基米德被害时正在沙子上绘制几何图形。

就像其中包含等值线（isolines）的地磁图（magnetic charts）以及表示海上主要风向的箭头图那样，天象图（astronomical charts）也产生于中世纪。

很久以前，人们就已经理解了视知觉在理解数据方面的作用。

作为一个利用计算机手段的学科，科学可视化领域如今依然还属于新事物。

• 在1987年华盛顿召开的科学计算会议上，美国 计算机成像专业委员会提出了解决方案：可视化 ——用图形和图像解释数据。这次会议正式形成 了ViSC报告，后称为科学可视化(Scientific Visualization，SV)。
科学计算可视化概述
• 科学计算可视化是一种特殊的计算方法，它 把数字符号转换为几何图像或图形，使研究 者能够观察其模拟和计算过程，并进行交互 控制。
➢ 第二，它可以在人与数据、人与人之间实现图像通信，而 不仅仅局限于文字通信和数字通信，实现计算工具和环境 的进一步现代化；
➢ 第三，由于可视化可以将计算结果用图形或图像形象、直 观地显示出来，使许多抽象的、难于理解的原理和规律变 得容易理解了，许多冗繁而枯燥的数据变得生动有趣了。
体视化（Volume Rendering）技术是科学计算可视化 中的一个重要分支，研究的是体数据的可视化问题。
判断函数代表的曲线形状（比如圆形），然后根据圆心和半径画 图，这就是矢量图形的绘制原理。 也就是说，每个图形元素都是由几个简单的控制点位置来描述， 而不是直接描述数据的每一点，画矢量图就像画几何图形和函数 曲线。对显示列表中的图形基元不断地重绘就起到了屏幕刷新的 目的，从而保证物体保留在屏幕上 。
科学计算可视化概述
科学计算可视化技术可按照其功能划分为以下三个层次
➢ 后处理：
将计算过程与可视化过程分开，也就是说数据采集或模拟计算系 统与可视化系统可以是两个完全独立运行的系统，用户与数据的 采集及计算过程不存在任何交互，不能对计算过程进行干预和引 导，可视化过程在数据采集或模拟计算完成后的任意时刻的脱机 状态下进行。
这样做的优点是可以重复显示；此外，由于不要求实时地用图形 、图像显示数据，因而，这一层次的可视化对计算能力的需求较 之下面两个层次要低一些。目前，这一层次上的可视化应用最为 广泛，如计算流体力学、气象分析计算的后处理。缺点是无法提 早发现数据采集和计算中的错误，不能及时地得到有关数据的直 观、形象的整体概念，而且还有可能丢失大量信息。