作者存档: Xiaoru Yuan - 第2页

可视化与公共事件

ç是通过图形与交互的方式表达、诠释数据。能够以更加直观的方式,提供对数据内涵的理解,同时通过互动的方式提供更加方便的数据分析手段。除了面向专家的可视化系统,可视化还有一个很重要的用途就是针对社会大众的信息传播和解释作用。我们已经看到有很多的流传甚广的可视化案例,其结果无论受众的教育背景,都能够被很方便地理解。对于一些公共事件,例如地震、传染病等,数据在短时间蜂拥而来,公众面对大量的信息迫切需要一个简介方便的途径来了解事件的发展。动态的可视化就提供了这样一种途径,方便民众了解事态的发展。最近针对国内禽流感H7N9病例,雅安地震,北京空气质量等大众关系的事件北京大学可视化与可视分析研究组做了一系列的可视化。后面我们还将专门撰文解释。

1. 北京空气质量可视化 http://vis.pku.edu.cn/bjairvis/
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所见即所得体可视化 WYSIWYG Volume Visualization

三维体数据(Volume Data)是非常常见的数据类型。从数值模拟,到CT成像,体数据可以描述三维纵深的信息。在之前的文章中,我们讨论过体数据的传递函数问题。要把三维体数据的密度数值转化为人可识别的颜色,需要利用传递函数(transfer function)把密度值映射为颜色和透明度。但是传递函数往往难以确定。这也成为体数据可视化广泛使用的一个障碍。我们在刚刚过去的IEEE Visualization 2011会议上的论文WYSIWYG (What You See Is What You Get) Volume Visualization就是对建立更加直观易用的体数据可视化的最新尝试。在这个工作中,我们首先用一个比较简单的预设的传递函数显示目标体数据。以后使用者可以象在Photoshop上使用各种笔刷绘制图片一样,直接修改体数据渲染结果。甚至可以直接擦除、改变对比等。这样,复杂的体数据变得如此易用。

工作的构思来源于我们2005年在Pacific Graphics上的Volume Cutout。当时是直接在绘制的体数据图像上通过手绘输入,获得预想的分割结果。今年我们的工作就是对此的进一步,可以对体数据绘制的各种细节进行直观的干预。

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Hans Rosling教授与Gapminder

Hans Rosling是大名鼎鼎的的瑞典卡罗林斯卡医学院(Karolinska Institute)的教授。诺贝尔生理学与医学奖评委会就设在卡罗林斯卡医学院。但是Rosling教授出名的主要原音更多是由于他在TED上使用信息可视化展示世界各国二战后经济和健康的发展变化。

除了上面的视频,更多Hans的演讲可以在TED 网站上找到。

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拿破仑与信息可视化

拿破仑皇帝本身和信息可视化可能没有什么太大的联系,或许他也没有听到过“信息可视化”这个词。但是由于他发动的1812年侵俄战争被法国人Charles Joseph Minard用flow chart的形式绘制出来而成为了信息可视化的一个经典案例。

拿破仑在进攻俄国前集结42万2千人的庞大军队。但仅有10万人抵达莫斯科。事后的败退,由于恶劣的天气,人员损失殆尽,其中几乎一半人在渡过别烈津河的时候死亡。最后只有数万人活着回到华沙。

别列津纳河战役 图来自中文维基

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大规模数据可视化 (Large-scale Data Visualization)

超级计算的飞速发展极大地推动了计算科学的进步,使得科学家们在进行物理仿真处理时可以得到前所未有的细节,此外,高端的计算机断层扫描(CT)系统、大规模的高能物理实验都可以产生庞大的数据。对TB乃至PB量级数据的分析和可视化已经成为现实的挑战。 继续阅读 »

等值面抽取技术(Iso-surfaces Extraction Technique)

等值面的抽取技术(Iso-surfaces Extraction Technique)及其绘制是三维空间数据场(体数据)可视化的重要组成部分。所谓等值面是指空间中的一个曲面,在该曲面上函数F(x, y, z)的值等于某一给定值V,即由S = {(x, y, z):F(x, y, z) = V}组成的一个曲面。等值面可视化利用现有的、由硬件实现的画面绘制功能构作清晰的三维空间数据场中的表面图像,其图形生成及变换速度较快,因而被广泛地应用于科学及工程计算结果数据的显示中[6]。 继续阅读 »

直接体绘制技术(Direct Volume Rendering)

体绘制技术(Volume Rendering Technique)是由离散的三维数据场直接产生对应二维图像的一种绘制技术。和等值面方法不同,在这一过程中并不需要产生中间几何图元。体绘制技术的优点是能从所产生的图像中观察到三维数据场的整体和全貌(如图1),而不只是显示出人们感兴趣的等值面(参见等值面抽取技术);同时,体绘制也易于进行并行处理。

直接体绘制效果

图1 直接体绘制效果,由左至右分别为CT数据,流场模拟数据(涡量),飓风模拟数据(多变量标量场) 继续阅读 »

标量场可视化 (Scalar Field Visualization)

标量场可视化是指通过图形的方式揭示标量场(Scalar Field)对象空间分布的内在关系。由于很多科学测量或者模拟数据都是以标量场的形式出现,对标量场的可视化是科学可视化研究的核心课题之一。

标量场的空间中每一点的属性都可以由一个单一数值(标量)来表示,表达为。标量场也可以随时间变化,即时变标量场。常见的标量场包括温度场,压力场,势场等。标量场既可以是二维表面,也可以是三维数据场。根据空间采样点的排布以及相互间的连接关系不同,标量场可以是高度结构化的线性网格或者非结构网格。在科学计算或者工程实践中,还有可能是由多个不同网格合并而成的一个三维标量场。图1所示是几类典型的二维网格。三维标量场也常被称为体数据。体数据中的单元称为体素(Voxel),对应于二维图像的像素。每个体素对应于在三维空间中的网格格点上采样的数值。

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地震可视化-Seismic Visualization – II

我们再来说说刚发生在日本本州的地震。下面是用我们的可视化系统产生的结果(由我们组的肖何同学制作生成)。每一个点代表一次地震,红色点的震级比较高,黄色次之,绿色最小。我们把三维空间的垂直方向用来表示时间,越靠近地面就表示越早的事件。可以看到在最高的9.0级(最新的修正结果)地震发生前,有一系列的小震发生,并且区域集中,之后就开始大规模的爆发,在最大的地震发生的同时,在整个地震带全面发生大大小小的余震,在数天内非常密集。

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地震可视化-Seismic Visualization – I

这里我们谈谈如何对地震数据进行可视化。

地震是因为地球内部缓慢积累的能量突然释放而引起的地球表层的振动。相对与天空宇宙,人类对地球内容的认识还肤浅得多。因此目前人类的知识还不足以完全掌握地震这个自然规律。但另一方面,在科学观察、计算方面的进步,人们对地震这一现象有了更多的认识。这里我们从可视化的角度来看看。

下图是Scripps Institution of Oceanography Visualization Center对2005年3月28日苏门答腊地震的可视化。每个小球代表一次地震。这里可视化的是地震目录数据,也就是利用仪器记录的各次地震时间,包括地震的经纬度,深度,强度等。

Source: http://siovizcenter.ucsd.edu/news_events/events/tsunami/tsunami.php 继续阅读 »