数据可视化技术及其应用

数据可视化技术及其应用

摘要:数据可视化是计算机学科的一个重要研究方向。文中简要介绍了数据可视化所需的技术:数据预处理、映射、显示以及可视化技术在医学、气象预报、工程及数据挖掘中的应用。

关键词: 数据可视化; 计算机图形学

Datavisualizationanditsapplications

Abstract:Datavisualizationisanimportantresearchareaincomputerscience.Inthispape r,datavisualizationtechnologiesincludingdatapre2treatment,mappinganddisplayinga rebrieflyintroduced,anditsapplicationsinmedicine,weatherforecasting,engineering anddataminingarepresentedalso.

Keywords: Datavisualization; Computergraphics

1 引言

随着科学技术的不断发展,大量的由计算机产生的中间数据都需要进行可视化处理,以求达到辅助分析、再现客观的目的。现代的数据可视化[1]技术指的是运用计算机图形学和图像处理技术,将数据换为图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。换句话说,可视化技术是一种计算方法。它将符号描述转变成几何描述,从而使研究者能够观察到所期望的仿真和计算结果。此外可视化技术提供了将不可见转化为可见的方法。它丰富了科学发现的过程,促进对未知事物的领悟。近年来,可视化的应用范围随着计算机技术、图形学技术的发展而不断拓宽,除了继续在传统的医学、航空学、汽车设计、气象预报和海洋学领域的深入研究外,近年来,随着互联网络技术和电子商务的发展,信息可视化已经成为可视化技术的热点研究内容。应用可视化技术,可以在具有大量高维信息的金融、通信和商业领域中发现各自数据中所隐含的内在规律,从而为决策提供依据。事实上,可视化技术已经成为许多领域必不可少的计算机辅助后置数据处理部分

1 Introduction

With the development of science and technology, computer generated large amounts of intermediate data are required for visual processing, in order to achieve the computer-aided analysis, reproduction of the objective purpose. Data visualization of modern [1] technology refers to the use of computer graphics and image processing technology, the data into the graphics or images displayed on the screen, and the theory, method and technology of interactive processing. It involves many fields of computer graphics, image processing, computer aided design, computer vision and human-computer interaction technology. In other words, the visualization technology is a kind of calculation method. It will be the symbol description into a geometric description, simulation and calculation results so that researchers can observe the desired. In addition, visualization technology provides the invisible into the visible method. It is rich in the process of scientific research, promotion of the unknown. In recent years, the scope of application of visualization of expanding with the development of computer technology, computer graphics technology, besides the further study in traditional medicine, aviation, automobile design, meteorological and oceanographic field, in recent years, with the development of

Internet technology and e-commerce, information visualization has become a hotspot of research contents of visualization technology the. The application of visualization technology, can find the inherent rules implied in their data in which a large number of high dimensional information of financial, communications and business fields, so as to provide the basis for decision making. In fact, the visualization technology has become essential to many applications of computer aided data post processing part of the

2 数据可视化技术

用于创建和操作的可视化技术由数据集合生成的图形描述。有些可视化技术是针对某些特别的应用开发的,而另一些技术具有普遍的适用性。这一部分主要针对通用的可视化技术。此外,可视化技术涵盖范围较广,这里只将可视化技术按一般可视化所必需的过程划分为“数据预处理”、“映射”、“绘制”和“显示”四步。

2 data visualization technology

Used in the visualization technology to create and manipulate described by the data set generated graph. Some visualization technology is developed for some special application, and some other techniques have general applicability. This part mainly aimed at the visualization technology of general. In addition, the visualization technology covers a wide range, here only the visualization technology is necessary according to the visualization process into "data processing", "map", "drawing" and "show" the four step.

2.1 数据预处理

可视化模块输入来自计算机的模拟数据和实验/测量数据,此外还包括数据库中数据的调用。可视化处理的对象包括“符号”、“结构”、“图像”与“信号”。原始的符号、结构、图像与信号等对象的生成与获取是从事科学与工程计算和实验的科学家或工程师的任务。如何将这些数据变换成可视的图形(图像)信息,则是从事科学计算可视化应用的科学家和工程师的任务。他们与从事基础研究或工程研究的科学家们相结合,运用可视化工具,实现并完成将不可见的对象变换成可见图像的过程。通常对这些原始数据的处理应包括以下两个方面:

(1) 原始数据预处理及存储

通常用于可视化的原始数据预处理部分要涉及到以下的操作:

1)数据格式及其标准化;

2)数据变换技术;

3) 数据压缩和解压缩。

1)经过上述处理的数据可能会具有较大的数据容量。通常要采用标准化的数据交换格式存储。美国国家超级计算中心的NASA等单位研究提出的科学数据存储和交换格式/结构,如HDF、CDF和NetCDF等。这些数据格式通常具有自描述的特性,易于存储和读取,被广泛用于海洋、气象环境模式计算以及大规模数值计算等方面。

2)(2) 面向可视化方法的数据处理

针对不同的可视化方法和内容,需要对原始数据做进一步的变换处理,以满足可视化要求。例如,对于医学图像的三维重建,就需要对原始CT图像序列进行三维的滤波、重采样、三维图像分割与边缘检测等预处理。对原始数据进行变换处理的操作主要包括:

1) 数据规范化处理;