《计算机图形学》（课程编号：0882438）2009 - 2010 学年第 3学期大作业学院：学号：姓名：成绩：2010 年 6 月25 日信息可视化技术的发展与应用可视化是指在人通过视觉观察并在头脑中形成客观事物的影像的过程，这是一个心智处理过程。
可视化提高了人对事物的观察能力及整体概念的形成等。
可视化结果便于人的记忆和理解，同时其对于信息的处理和表达方式有其他方法无法取代的优势。
可视化技术以人们惯于接受图形、图像并辅以信息处理技术将客观事物及其内在的联系表现出来。
可视化不仅是客观现实的形象再现，也是客观规律、知识和信息的有机融合。
它的应用范围很广，主要有：（1）科学计算可视化科学计算可视化是指空间数据场的可视化，它是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。
其应用有：a)科学计算可视化在电网调度系统中的应用电网调度一方面需要对其进行持续有力的分析与处理。
另一方面，传统的仿真研究形式也需要加以改进，以方便对数学模型的调整并加深研究者对仿结果的理解，从而揭示电网运行的内在规律。
当电力系统中各种发电、变电、输配电及用电设备之间的相互联结关系情况已经确定时，电力系统运行状态的描述通常是通过反映例如电压、功率、电流等变量的数值来实现的。
由于科学计算可视化技术在大量信息的抽象综合、系统总体状况表示方面的优点，因此在电网调度力系统实时监视方面能够开展很好的应用，这些应用包括利用等高线技术监视电压等、动画潮流技术监视线路流动功率等、饼图技术监视线路(变压器)负载率等、三维交互技术用来监视多个信息(例如电压和功率)以及观察彼此之间的联系。
应用如图所示：等高线表征电网负荷密度电网饼图示意图三维示意图b)科学计算可视化在流体力学中的应用计算流体力学的可视化内容主要有计算域的显示、计算过程及计算结果的显示与分析等；可视化技术具体可以分为对于标量场、矢量场及张量场的可视化。
其中又分别包含了多种显示技术，其中，矢量场的可视化技术包括三维流场表示方法、实时动态显示以及三维交互技术仍是研究的重点。
计算流动显示技术及可视化模型的软件化研究也处在迅速的发展中。
c)科学计算可视化在水下可视化战场建设中的应用战场空间信息可视化，更适合于高技术战争作战指挥，是数字化部队作战训练的重要支撑，也是数字化战场建设的重要组成部分。
虽然我们已经对水下环境信息进行了处理，形成了大量的二维图像信息，但是大量的不同种类的二维图像无法直观地反映出复杂的水下作战环境，不能提供一目了然的作战决策信息。
指挥员只能凭经验或多幅二维图像去估计战场态势，构想潜艇兵力与其周围环境的三维几何关系。
这给潜艇指挥人员的战术决策带来了极大困难。
而科学计算可视化技术可以通过一系列水下战场环境要素的二维图像重构出三维形体，并在计算机上显示出来。
指挥员在此基础上就可以实现对战场态势的评估，并辅助做出战术决策。
例如，在计算机上构造密度场的三维可视化图像，然后潜艇指挥官根据战术需求对其进行剖分研究，通过观察可视体剖面图像确定多种战术方案，并在计算机上进行模拟。
潜艇指挥官通过对水下战场中密度场三维可视化的观察，可以迅速准确制定出潜艇的悬停、隐蔽接敌、搜索攻击等方案，最后做出最佳机动打击方案，从而大大提高遂行水下作战的决策能力。
（2）数据可视化它是运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。
它是可视化技术在非空间数据领域的应用，使人们不再局限于通过关系数据来观察和分析数据信息，还能以更直观的人方式看到数据及其结构关系。
它的应用方面有：a)空间数据可视化空间数据是一类具有多维特征，即时间维、空间维以及众多的属性维的数据。
其空间维决定了空间数据具有方向、距离、层次和地理位置等空间属性；其属性维则表示空间数据所代表的空间对象的客观存在的性质和属性特征；其时间维则描绘了空间对象随着时间的迁移行为和状态的变化。
根据系统科学和复杂性科学的观点，在大多数情况下，人们所研究的客观对象是复杂系统或是其组成部分之一。
空间数据描述了复杂系统的状态、系统的性质、系统的空间分布和系统的发展演化。
空间数据分析的任务就是要从大量的空间数据中发现与空间对象之间的相互关系及反映其演化规律的知识。
可视化方法非常巧妙地将计算机的丰富多彩的展示能力同人类基于视觉的认知和形象思维能力融合在一起，通过空间数据来实现对于复杂系统的组成结构、相互关系和发展演化规律的认识和知识的发现及获取。
基于可视化的空间数据分析根据多种不同的时间和空间尺度、不同的观察角度，不同部分的选择与聚集等多维综合探索与处理来揭示出空间数据中所隐含的内在联系与发展演化规律。
按照空间数据分析的目的可视化方法可以划分为：数据的可视化展现；知识的可视化展现；基于可视化方法的知识发现。
目前，基于可视化的知识发现是指利用可视化的知识发现工具通过可视化的操作过程完成空间数据的知识发现，主要体现在两个方面：（1）可视化的知识发现系统界面和可视化的知识发现过程的导航；（2）可视化的查询和描述。
（3）信息可视化信息可视化是非空间数据的可视化。
是将抽象数据用可视的形式表示出来。
以利于分析数据、发现规律和决策制定。
其目的是洞察数据，发现信息，做出决策或解释数据。
其关键是将数据用有意义的图形表示出来。
可用于知识发现、决策制定、信息理解、信息检索、信息系统界面设计、数字图书馆、数据库、文献检索等等。
它是一门边缘学科，它涉及计算机科学、信息科学、心理学、教育学和其他多个应用领域。
信息可视化技术是帮助人们表现数据或挖掘数据隐含信息的手段,目的是辅助人们得出某种结论性观点。
其应用方面有：a)信息可视化在电力行业的应用应用于电网运行领域：AREV A公司的调度管理系统在地理信息的基础上，融人了节点数据(如：节点电压、电价、灵敏度、参与因子、振荡模态等)、线路数据(如线路传输容量、线路负载率、线路功率分布因子等)、稳定域(如电压稳定域、功角稳定域等)等信息，为调度人员掌握系统运行的安全水平提供了直观的视图。
电力企业的资产管理等相关领域，意大利某发电企业在发电涡轮机组发生问题时，利用可视化技术辅助事故现场和指挥中心的工作人员合力解决问题。
美国某电力提供商借助可视化技术的帮助，实现了机组优化组合及其资产的优化。
美国某城市电力公司在建设智能电网的进程中，可视化技术起到了至关重要的推广和普及作用。
如图所示：b)信息可视化在化工企业水环境安全影响评价中的应用运用data system．exe技术，对水环境评价系统功能模块进行设计；建立水环境污染因子数据信息可视化软件，并应用该软件对石油化工企业的水环境进行风险评价。
软件能在识别污染因子数据信息的同时生成与之相匹配的直观的模拟环境图像，有助于管理者进行及时分析与决策；通过输入水环境污染因子监测值后，系统可以自动判定环境的污染的程度，并把对应环境质量的级别、环境的安全程度以及污染对人体与生物的影响程度在图中显示出来，能够有效地提高环境影响评价的可靠度；建立的环境污染因子数据信息可视化模型具有很强的适用性。
c)信息可视化在数字图书馆中的应用由于数字图书馆中的资源数量巨大，更新周期短，并且分布在世界各地。
所以，从人们使用数字图书馆资源的整个过程来看，信息可视化技术在数字图书馆中的应用主要有以下几个方面。
1.用可视化揭示馆藏资源的分布.2.用可视化描述检索过程.3.用可视化描述检索结果.d)医学信息的可视化长期以来人类就有认识自身内部结构的愿望直到20 世纪70 年代计算机断层扫描CT 和核磁共振图像MRI 技术和可视化技术的出现,才使获取人体内部数据的愿望成为现实为了达成这一目的美国国家医学图书馆NLM 于1989 年开始实施可视化人体计划VHP 委托科罗拉多大学医学院建立起一男一女的全部解剖结构数据库VHP 数据集的出现标志计算机三维重构图像和虚拟现实技术进入了医学领域从而大大促进了医学的发展和普及三维重建图像利于整体直观地显示病变帮助明确诊断并指导手术由于EBCT(电子束CT)血管造影图像时间分辨率高消除了呼吸及运动伪影可以明确诊断各种主动脉病变和显示冠状动脉搭桥血管解剖结构这样在主动脉病变的诊断和冠状动脉搭桥术后的血管显示方面EBCT 可望取代现有的常规血管造影医学数据的可视化已成为数据可视化领域中最为活跃的研究领域之一由于近代非侵入诊断技术如CT MRI 和正电子放射断层扫描PET 的发展,医生已经可以较易获得病人有关部位的一组二维断层图像CT 打破了传统的胶片感光成像模式通过计算机重构人体器官或组织的图像使医学图像从二维走向三维使人们从人体外部可以看到内部利用可视化软件,对上述多种模态的图像进行图像融合可以准确地确定病变体的空间位置大小几何形状以及它与周围生物组织之间的空间关系从而及时高效地诊断疾病。
美国加洲的ADAC 实验室,约翰.霍普金斯大学焦点图形公司集成医学图像处理系统公司以及德国柏林大学等都采用可视化软件系统,利用获得的二维断层图像重构出为有关器官和组织的三维图像e)网络信息的可视化网络信息可视化是信息可视化的重要内容网络信息可视化检索辅助系统WIDAS WWW InformationDiscovery Assistant System 是日本一项新的信息检索可视化研究成果它是东京理科大学信息可视化中心研究开发的一种用于网络知识发现的信息可视化和检索集成工WIDAS 主要设计原理网址的链接结构通过3D双曲线树来表示树内每个节点对应一个网页的高度表示用户对该网页的兴趣在这里兴趣是通过一个网页和一个用户提供的查询嵌套的关键词之间的匹配功能来计算的这个方法可以用来过滤不感兴趣的网页减少链接结构的规模而且每一个网页被模拟为半结构化数据可以以双曲线树形式显示在该树中查询评价的结果是可视的WIDAS 功能的实现过程是首先通过信息检索部分计算网页和用户提出的查询之间的匹配度然后可视化部分给出一个双曲线树其中每个节点对应一个网页每个节点的高度代表网页和查询的匹配度匹配度低的网页可以被及时过滤掉因此只有感兴趣的网页结构以双曲线树的形式被显示出来同时模拟为半结构数据的每个网页也可以被表示为双曲线树来显示网页与查询的匹配程度实验性研究表明这些功能与浏览器结合可以实现交互式的信息检索使用户更准确更有效地实现从一个庞大的网站中发现所需网页的检索需求WIDAS 的检索结果输出见图4 窗口分为文档结构显示区和查询与命令的输入区每个文档都显示为一个节点其高度代表查询匹配程度等信息高度对于有效获取感兴趣文档能起到很好的指示作用网络信息可视化。