第一章_信息可视化课程简介

1、信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室信息可视化技术主讲人： 刘天亮 TEL:京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室目录什么是可视化为什么要可视化课程规划课程基本信息信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室The American Heritage Dictionary1. Forma

2、tion of mental visual images（可视图象的表达形式）可视化（Visualization）2. The act or process of interpreting in visual terms or of putting into visible form（用可视形式进行解释的动作 或 过 程 ； 形 象 化 ）信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室可视化的定义计算机学科：利用人眼的感知能力对数据进行交互的可视表达以增强认知的技术 使用图形传达信息 Every picture tell

3、s a story. Rod Stewart, 1971 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 VAST (Visual Analytics Science and Technology) 可视分析科学与技术 InfoVis (Information Visualization ) 信息可视化 SciVis (Scientific Visualization ) 科学可视化 VIS会议信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室信息可视

4、化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 ACM Siggraph EuroVis PacificVis IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 其他相关期刊和会议信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 Arie E. Kaufman 希伯来大学物理和数学学士 魏兹曼探究所计算机硕士 本古里安大学计算家博士 纽约州立大学石溪分校教授、系主任 IEEE Fellow、AC

5、M Fellow 1989年创办IEEE Vis会议（co-founder） 1995年出版IEEE TVCG，任首任主编 可视化的起源和先驱信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 早期的需求: 科学计算计算可视化 工业设计、核物理等对大规模科学计算数值理解的需要 医学影像可视化的需要：Marching Cube 可视化的起源和先驱信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 学科的演化 信息可视化 可视分析 近年来，概率和统计学概率和统

6、计学突然变得更加重要起来。计算机科学所研究的潜在的科学问题已经转向对大型随机图、高维数据以及维度约减高维数据以及维度约减等方面的研究。研究人员已经开始对包含数十亿顶点的社交网络展开研究。改变是如此迅速且不可预计，只有那些有能力探索新方向的大学院系才有可能成为计算机学科的引领者。 - John Hopcraft 可视化的起源和先驱信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室记录信息分析推理证实假设交流思想可视化的作用信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江

7、苏省重点实验室记录信息伽利略绘制的月亮周期伽利略绘制的月亮周期 Galileo Galilei,1616Galileo Galilei,1616Leonardo DaVinci,ca.1500引用：The History of Visual CommunicationThe Galileo Project,Rice University威廉威廉柯蒂斯绘制的植物柯蒂斯绘制的植物图谱图谱 William Curtis William Curtis (1746-1799)(1746-1799)达芬奇绘制的身体结构达芬奇绘制的身体结构 信息成像或草图记载是将浩如烟海的信息记录成文、世代传播的有效方法之

8、一 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室记录信息E.J.Muybridge,1878迈布里奇（1830-1904），英国摄影师，成名于 使用多个摄影机对动物运动的记录，形成定格 动画的工作。 马在跑步时有没 有四脚腾空？ 科学美国人 迈布里奇关于马的运动记录 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室记录信息Photo Finishes: Information RichRoger von Oech复合终点摄影图片：刘翔复合终点摄影图

9、片：刘翔110米栏撞线时刻记录米栏撞线时刻记录 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室地图Konya town map,Turkey,c.6200 BC Anaximander of Miletus,c.550 BCMilestones Projecthttp:/www.math.yorku.ca/SCS/Gallery/milestone/信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室通过记录信息的地图，分析推理中国数颗观测卫星拍到抗战胜

10、利70年纪念大阅兵现场三号卫星天安门阅兵日融合影像 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 为了保证卫星准确拍摄天安门及周边区域，提高数据处理效率，及时制作合格的光学产品，资源卫星中心运行服务人员从卫星观测计划制定、复核、优化到系统运行保障、光学产品图像制作，提前进行了周密部署，并拟定了应急预案，为圆满完成既定任务奠定了基础。实践九号A卫星天安门阅兵日融合影像 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 为了保证卫星准确拍摄天安门及周边

11、区域，提高数据处理效率，及时制作合格的光学产品，资源卫星中心运行服务人员从卫星观测计划制定、复核、优化到系统运行保障、光学产品图像制作，提前进行了周密部署，并拟定了应急预案，为圆满完成既定任务奠定了基础。高分二号卫星天安门阅兵日融合影像 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室高分二号卫星天安门西侧阅兵日融合影像 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室高分二号卫星天安门东侧阅兵日融合影像 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处

12、理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室分析推理Planetary Movement Diagram,c.950已知最早展现行星运动变化的图表 （一年中太阳、月亮、行星的位置） 1686年绘制的历史上第一幅天气图，显示 了地球的主流风场分布。这也是向量场可 视化的鼻祖。 HalleysWind Map,1686 。 （哈雷彗星的轨迹计算者、天文学家） 可视化扩充了人脑的记忆，帮助人脑形象理解和分析面临任务，显著提高分析信息的效率 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室分析推理英格

13、兰1700-1780年间的贸易出口序列图 W.Playfair,1786 （苏格兰工程师、政治经济学家） 世界上第一幅饼图，显示了1789年土耳其帝国在亚洲、欧洲和非洲的疆土比例 W.Playfair,1801苏格兰1780-1781年间的贸易出口情况 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室分析推理M.Wattenberg,2005孩子的名字和社会数据分析可视化（输入名字、显示1900年以来的使用数） 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重

14、点实验室Sketching Uncertainty into Simulations分析推理信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室抽象London Subway Map,19271927年绘制的伦敦地铁图，遵循地理相对位置关系 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室抽象1931年，身为电气工程师的Beck重新设计了伦敦地铁图： 颜色区分路线 水平、垂直、45度角 路线上的车站距离与实际距离不成比例关系 1933年Harry Beck

15、设计的伦敦地铁图成为地铁路线的标准可视化方法 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室NewYorkTimes,2010信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室2015南京地铁南京地铁规划图规划图信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式 Charles Joseph Minard（1781-1870），法国工程师、从事水坝，运河和桥梁的工程建造和

16、教育事业。70岁退休后，开始可视化研究，“法国的Playfair”，是可视化黄金时代的大师。 1869年创作流地图作品，拿破仑1812远征图。这幅图被后世学者称为“有史以来最好的统计图表”。 表现的是拿破仑皇帝统帅的法国军队在1812-1813年间对俄罗斯的入侵。这场战争以法国军队的惨败而告终，侵入俄国的42万人最终生还者仅仅数万。 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式E.Tufte,Writings,Artworks,NewsC.J.Minard,18691812-1813年拿破仑进军莫斯科拿破仑

17、进军莫斯科的历史事件的流图可视化，被誉为最好的统计可视化最好的统计可视化 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式E.Tufte,Visual Explanations, 1997“鬼图”帮助发现霍乱流行原因 英国Broad大街；John Snow医生,1854 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式NYTimes统计不同类型人群如何使用一天的时间 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏

18、省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式NYTimes统计图中可以看出的一些规律。 所有人: 吃、睡、工作、看电视加起来平均占2/3的时间 男人: 工作高点在11 a.m.（在工作日有70%的人此时在工作) 女人: 超过八成干别的时间超过家务和看孩子， 家务和看孩子的高峰时间是下午6点 有工作者: 早上6点六成的人在睡觉，比没工作的多80% 失业者： 平均每天花一个半小时在找工作， 每天收拾屋子时间2小时以上，比从业者高1个小时 轻体力从业者（含部分老幼妇孺）: 每天看电视4个小时以上， 比无业者还多50分钟；。信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图

19、像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式NYTimesNetflix公司09年影片租赁业务业绩图 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室展示隐含模式让子弹飞人物关系互动图 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室交 互Sketchpad第一个交互式绘图系统, 1963 Ivan Sutherland,图形学之父 Doug Engelbart,发明鼠标, 1968与视觉呈现相同，交互是可视化系统的

20、另一核心要素，缓解有限可视化空间与数据过载的矛盾，更好参与数据理解与分析 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室传播思想PreventableWoundsOF.Nightingale,CrimeanWar,1856南丁格尔设计的克里米亚战争死亡人数统计玫瑰图 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室传播思想信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与

21、图像通信江苏省重点实验室传播思想Hans Rosling, Hans Rosling, 讲述讲述200200年全球人类社会健康与发展过程年全球人类社会健康与发展过程 TED 2006TED 2006信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室传播思想Aaron Koblin, TED 2006信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室传播思想Aaron Koblin, TED 2006信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信

22、江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室可视化目标：信可视化数据客观正确 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室可视化目标：达准确表达作者意 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室可视化目标：雅作品形式与内容和谐统一，有艺术个性 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室目录什么是可视化为什么要可视化课程规划课程基本信息信息可视化技术

23、信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室信息爆炸信息科学领域面临的一个巨大挑战是数据爆炸。互联网使得信息的采集、传播的速度和规模达到空前的水平，实现了全球的信息共享与交互。 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室科学数据爆炸Sloan Digital Sky SurveySloan Digital Sky SurveyATLUM / Connectome ProjectATLUM / Connectome Project信息可视化技术信息可视化技术

24、南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室HalVarian,Googles Chief EconomistThe McKinsey Quarterly,Jan 2009“将来几十年中，处理数据的能力将会成为至关重要的技术理解数据、加工数据、提取数据价值、可视化数据、与数据交流。因为现在我们的确拥有无处不在的、可自由获取的数据。”“The ability to take datato be able to understand it, to process it, to extract value from it, to visualize i

25、t, to communicate it thats going to be a hugely important skill in the next decades,. because now we really do have essentially free and ubiquitous data.” 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室感知世界感知世界相对于数据爆炸， 人自身的认知能力如何？ 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重

26、点实验室有多少个“V”？信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室有多少个“V”？信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室一起来找茬一起来找茬看看都发生了哪些变化？ 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室Ready？GO！信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室注意到变化了吗？引

27、用：/Members/George/Demos.html信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室注意到变化了吗？引用：/Members/George/Demos.html信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室注意到变化了吗？引用：/Members/George/Demos.h

28、tml信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室变化盲视（Change Blindness）Ron Rensink 2002 当我们同时经历着多样事物发生时仅仅关注其中一样而忽视了其他样事物的发生而且不知道它们的发生，我们称这种现象为变化盲视。 它体现了人的视觉信息处理和认知的局限性 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室Ron Rensink 2002变化盲视人的视觉信息处理和认知有局限性人的视觉信息处理和认知有局限性 信息可视化技术

29、信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室The History ofVisual Communication“智慧之源”“It is things that make us smart.” Donald Norman如何尽可能发挥人类的特长，增强对海量信息的认知能力？ 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室The History ofVisual Communication“智慧之源”文字和语言使人类知识得到传承和发展，但图示没有消失！ 信息可视化

30、技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室“智慧之源”Idea Maps,by Jamie NastVisualThinking Collection,Dave Grey图表一直是协助思考，辅助记忆，启发智慧的重要工具 信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室哪个年龄段及收入水平人群的三酸甘油脂水平（身体脂肪量）趋势与其他均不同？ 使用记忆进行查询男性男性女性女性年龄段年龄段65岁以下65岁及以上65岁以下65岁及以上0-$24,9990-$24,

31、999250200375550$25,000+$25,000+430300700500信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室可视化查询Slide after Stephen Kosslyn,Clear and to the Point信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室协助思考使用感知代替认知作为大量工作记忆的外界辅助增强认知能力总结：可视化信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像

32、处理与图像通信江苏省重点实验室 可视化致力于外部认知，也就是说，怎样利用大脑以外的资源来增强大脑本身的认知能力。“Visualization is really about external cognition,that is,how resources outside the mind can be used to boost the cognitive capabilities of the mind.”Stuart Card信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室目录什么是可视化为什么要可视化课程规划课程基本

33、信息信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室第一部分：基础设计原则过程&数据任务&交互感知视觉编码色彩信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室第二部分：方法单视图多视图过滤 & 聚集降维评估信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室第三部分：技术统计图表树 & 网络地图文本&图象信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电

34、大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室第四部分：应用Jock Mackinlay Tableau（桌面系统中最简单的商业智能工具软件）桌面系统中最简单的商业智能工具软件） Ben Fry - Visualization &The ArtsJanet Iwasa - Visualization in BiologyFernandaViegas & MartinWattenberg - SocialVisualizationBangWong - Communicating with Visualizations百度地图信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮

35、电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室 制作自己的可视化作品Google RefineTableauRProcessing D3 (JS)ColorBrewer信息可视化技术信息可视化技术南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室南京邮电大学图像处理与图像通信江苏省重点实验室编程工具ch2r2chrhchrgchrfchrdchrcbchrrachch1r2ch9r1chr18chr3chr17chr16c rh5chr1chr4chr5chr15chr14chr13chr4chr6rch12r1source: Humandestination: Lizardchr1chr2chr7chr8chr9chr10chchr20chrXchrYchr3chr2chr3chr6linesaturation-1+chr3go to:chr3chr251280143 15200