可视化的应用领域介绍

1、宿州学院环境与测绘工程学院虚拟现实技术实习报告 报告题目： 可视化的应用领域介绍 组 员： 沈王磊(2012104130) 班 级： 13测绘工程 实习课程： 虚拟现实技术 指导老师： 李飞老师 2016年10月7日目录介绍21.可视化的领域21.1科学可视化21.2教育可视化31.3信息可视化31.4数据可视化31.5地理可视化41.6医学影像41.7产品可视化51.8软件可视化61.9工程制图61.10立体渲染72.可视化的前景7可视化的应用领域介绍可视化(Visualization)是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成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

2、。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。目前正在飞速发展的虚拟现实技术也是以图形图像的可视化技术为依托的。当今社会正处在一个信息爆炸的时代人们常常在茫茫的数据海洋面前显得不知所措一时难以抓住隐藏在数据之中的本质、结构和规律。可视化就是在这种背景下发展起来的它把数据变换成易于被人接受和理解的形式图形。 可视化又称视觉化,它的基本含义是将科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据借助计算机图形学和图像处理等技术用几何图形和色彩、纹理、透明度、对比度及动画技术等手段以图形图像信息的形式直观、形象地表

3、达出来并进行交互处理。这一技术涉及到图像处理、计算机辅助设计和图形交互技术等诸多学科领域。 1. 可视化的领域1.1 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客观的视觉图像，将数学方程等文字信息转换大量压缩呈现在一张图纸上，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方程、数

4、字等等形式所呈现的科学概念或结果2，除有助于公众吸收之外，重要的是便于专家快速了解状况，在同样时间内做出有效的筛选和判断。1.2 教育可视化出于让信息知识更容易被理解、传播和控制，将其用容易感知的方式进行呈现，包含但不仅限于视觉，听觉，嗅觉，触觉等等。 教育可视化通常是在计算机上创建一个模拟的图形来表示需要展示的物体。这是非常有用的，例如展示原子的结构，因为原子太小了，通过教育可视化很容易学习，且无需购买昂贵并难以使用的科学设备。 信息图形学计算机图形学。教育技术应用于实验有很大的潜力空间，例如智能虚拟化环境。有着仿真和模型的智能面向对象系统使得虚拟化学习环境可以形成高度交互经验。用传统的智能

5、导师系统已经很难应对这些交互挑战。基于主体系统能解决这些挑战。这个系统在不同环境下分析不同决策是更有效率的。1.3 信息可视化信息可视化（英语：Information visualization，infovis）是对抽象数据进行（交互式的）可视化表示以增强人类感知的研究。抽象数据包括数值和非数值数据，如文本和地理信息。然而，信息可视化不同于科学可视化：“信息可视化侧重于选取的空间表征，而科学可视化注重于给定的空间表征”。信息可视化认为可视化和交互技术可以借助人眼通往大脑的宽频带通道来让用户同时目睹、探索并理解大量的信息。信息可视化致力于创建那些以直观方式传达抽象信息的手段和方法。在这些方法中，

6、信息可视化是人类分析师的认知能力最仰仗的，可以发现那些只是被人类的想象和创造力所限制的非结构化的“可操作的见解”（actionable insights）。分析师无需学习任何复杂的方法来解释数据是如何可视化的。信息可视化也是一种假设生成方案，通常后续会进行更多分析或形式化的分析，如统计假设检验。1.4 数据可视化数据可视化是关于数据之视觉表现形式的研究；其中，这种数据的视觉表现形式被定义为一种以某种概要形式抽提出来的信息，包括相应信息单位的各种属性和变量。数据可视化主要旨在借助于图形化手段，清晰有效地传达与沟通信息。但是，这并不就意味着，数据可视化就一定因为要实现其功能用途而令人感到枯燥乏味，

7、或者是为了看上去绚丽多彩而显得极端复杂。为了有效地传达思想概念，美学形式与功能需要齐头并进，通过直观地传达关键的方面与特征，从而实现对于相当稀疏而又复杂的数据集的深入洞察。数据可视化就是一个处于不断演变之中的概念，其边界在不断地扩大；因而，最好是对其加以宽泛的定义。数据可视化指的是技术上较为高级的技术方法，而这些技术方法允许利用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的显示，对数据加以可视化解释。与立体建模之类的特殊技术方法相比，数据可视化所涵盖的技术方法要广泛得多。1.5 地理可视化 地理信息可视化就是将原有的地理信息数据转化为直观的图形、图像的一

8、种综合技术，它对于动态的形象的、多视角的、全方位的、多层面的描述客观现实，对于虚拟化研究、再现和预测地学现象都有突出的方法论意义。地理信息可视化是运用图形学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的结果和数据以图形符号、图标、文字、表格、视频等可视化形式显示并进行交互的理论、方法和技术。在地理信息系统中，可视化则以地理信息科学、计算机科学、地图学、认知科学、信息传输学与地理信息系统为基础，并通过计算机技术、数字技术、多媒体技术动态，直观、形象地表现、解释、传输地理空间信息并揭示其规律，是关于信息表达和传输的理论、方法与技术的一门学科。1.6 医学影像 医学成像技术

9、的迅猛发展，为现代医学的临床诊断和治疗提供了相当丰富的信息。借助计算机技术对医学数据进行处理与分析越来越多地受到人们的重视。在医学影像数据的各个研究分支中，可视化无疑是非常重要的一个领域。自20世纪90年代起，一直是国内外研究与应用的热点。医学影像数据可视化的研究内容涉及数字图像处理、计算机图形学、计算机视觉以及医学等，是一个多学科交叉的研究领域，也是计算机图形学和图像处理在生物医学工程中的重要应用，其成果对于临床诊断、手术虚拟规划及模拟仿真、外科整形、假肢设计和制造、放射治疗规划、解剖教学等方面都将起到重要的推动作用，其实际应用的意义远远超出医学范畴。现有的医学影像数据可视化技术可分为两大类

10、：面绘制和体绘制。面绘制以传统的计算机图形学为基础，通过阈值方法由三维数据场构造中间几何图元并生成最终图像；而体绘制无需提取中间几何图元，而是根据光线传输方程，直接将原始的三维医学数据映射到二维的投影平面上产生最终绘制结果。1.7 产品可视化 产品可视化概念形成是数字艺术和可视化技术为依托的虚拟现实技术对产品设计表现的一次革命性改进，是可视化技术在产品设计领域中以产品为表现对象的应用。可视化是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据换成图形或图像在屏幕上显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。可视化技术用三维形体来表现复杂的信息，达到人和计算机直接交流的目的。从产品设计表现发展历程来看，设计软件

11、进入产品设计领域就宣告了计算机效果图时期的开始，这是计算机可视化技术在设计表现中的第一次渗透，是技术与艺术的一次联盟。它终结了以手绘效果图加模型为产品表现手段的时代，缩短了产品开发的周期。计算机硬件内存不断扩容，保证了视频文件的渲染与储存，平面效果图表现向三维动画表现过渡，产品表现迈入了以动画表现、交互技术为代表的产品可视化时代。这是计算机可视化技术在产品设计表现中的第二次渗透，它的核心是视觉表现和交互技术的交融，产品设计表现有了更多的表现语言，同时也拓展出其他使用功能。如产品广告、产品多媒体展示、产品交互体验、可以说产品可视化重新诠释了产品表现的方法和手段。1.8 软件可视化 可视化开发就是

12、在可视开发工具提供的图形用户界面上，通过操作界面元素，诸如菜单、按钮、对话框、编辑框、单选框、复选框、列表框和滚动条等，由可视开发工具自动生成应用软件。还可轻松跨越多个资源和层次连接您的所有数据，经过时间考验,完全可扩展的,功能丰富全面的可视化组件库为开发人员提供了功能完整并且简单易用的组件集合,以用来构建极其丰富的用户界面。可视化开发就是在可视开发工具提供的图形用户界面上，通过操作界面元素，诸如菜单、按钮、对话框、编辑框、单选框、复选框、列表框和滚动条等，由可视开发工具自动生成应用软件。这类应用软件的工作方式是事件驱动。对每一事件，由系统产生相应的消息，再传递给相应的消息响应函数。这些消息响

13、应函数是由可视开发工具在生成软件时自动装入的1.9 工程制图 工程制图（英语：technical drawing、draughting或drafting），是创建标准化工程图纸（也称技术图纸）的技术。该项技能的专家称为“制图师”（英语：draftsperson或draughtman）。 一门专业基础学科，以画法几何的投影理论为基础，以直尺、圆规、图板为工具，以黑板、木模、挂图为媒介，已有200多年的历史。可视化大大扩充了地图的家族，出现了电子地图、动态地图、赛博地图即虚拟环境等新的地图式样，空前扩大了地图的功能。数字地图的可视化技术也促进了地图表示法的深化，在描述环境，解释客观规律上较之传统地

14、图有重大的突破。可视化还密切了GIS与地图学的关系，因为地理信息可视化的基本形式就是地图1.10 立体渲染 立体渲染（英语：Volume rendering），又称为体绘制，是一种用于显示离散三维采样数据集的二维投影的技术。一个典型的三维数据集是CT或者MRI采集的一组二维切面图像。通常这些数据是按照一定规则如每毫米一个切面，并且通常有一定数目的图像像素。这是一个常见的立体晶格的例子，每个体素用当前体素附近区域的采样值表示。用不同颜色表示肌肉、脂肪、骨骼以及血液进行立体渲染的前臂CT图，通过提取几何体中等值的曲面并且将它们作为多边形进行渲染，或者直接将立体作为数据块进行渲染，这两种方法都可以使几何体可见。Marching Cubes算法是从立体数据中提取曲面的常用技术。直接体渲染是一件计算量很大的工作，可以用几种不同的方法来实现。为了渲染三维数据集的二维投影，首先需要定义相机相对于几何体的空间位置。另外，需要定义每个点即体素的不透明性以及颜色，这通常使用RGBA（red, green, blue, alpha）传递函数定义每个体素可能值对应的RGBA值。2. 可视化的前景可视化技术有着巨大的发展和应用潜力，以及潜在的可观的经济效益和社会效益，可能促