Визуализация (графика) - Visualization (graphics)

Визуализация того, как автомобиль деформируется при асимметричной аварии с помощью анализ методом конечных элементов

Визуализация или визуализация (увидеть орфографические различия ) - это любая техника создания картинки, диаграммы, или анимации чтобы передать сообщение. Визуализация через визуальные образы была эффективным способом передачи как абстрактных, так и конкретных идей с самого начала человечества. Примеры из истории включают наскальные рисунки, Египетские иероглифы, Греческий геометрия, и Леонардо да Винчи Русские революционные методы технического черчения для инженерных и научных целей.

Сегодня визуализация находит все более широкое применение в науке, образовании, технике (например, визуализация продуктов), интерактивное мультимедиа, лекарство и т. д. Типичным для приложения визуализации является область компьютерная графика. Изобретение компьютерной графики (и 3D компьютерная графика ) может быть самым важным достижением в области визуализации с момента изобретения центральная перспектива в эпоха Возрождения период. Развитие анимация также способствовал развитию визуализации.

Обзор

В Карта мира Птолемея, воссозданный из Птолемея География (около 150), что указывает на страны "Серика »и« Синае »(Китай ) в крайнем правом углу, за островом «Тапробане» (Шри-Ланка, негабарит) и "Ауреа Херсонес" (Полуостров Юго-Восточной Азии )
Чарльз Минар информационная графика Наполеон марш

Использование визуализации для представления информации - явление не новое. Он использовался в картах, научных рисунках и графиках данных более тысячи лет. Примеры из картография включают География Птолемея (2 век нашей эры), карта Китая (1137 год нашей эры) и Minard карта (1861 г.) Наполеон вторжение в Россию полтора века назад. Большинство концепций, изученных при разработке этих изображений, напрямую переносятся в компьютерную визуализацию. Эдвард Тафте написал три книги, получившие признание критиков, в которых объясняются многие из этих принципов.[1][2][3]

Компьютерная графика с самого начала использовалась для изучения научных проблем. Однако на первых порах недостаток графической мощности часто ограничивал ее полезность. Недавний упор на визуализацию начался в 1987 году с публикации «Визуализация в научных вычислениях», специального выпуска компьютерной графики.[4] С тех пор было проведено несколько конференций и семинаров, спонсируемых IEEE Computer Society и ACM SIGGRAPH, посвященные общей теме и специальным областям в этой области, например объемной визуализации.

Большинство людей знакомы с цифровой анимацией, созданной для презентации. метеорологический данные во время сводок погоды на телевидение, хотя мало кто может отличить эти модели реальности от спутниковые фотографии которые также показаны в таких программах. Телевизор также предлагает научную визуализацию, когда демонстрирует нарисованные на компьютере и анимированные реконструкции дорожных происшествий или авиационных происшествий. Некоторые из самых популярных примеров научной визуализации: компьютерные изображения это шоу реально космический корабль в действии, в пустоте далеко за пределами Земли или на другом планеты.[нужна цитата ] Динамические формы визуализации, такие как обучающая анимация или сроки, могут улучшить изучение систем, которые меняются с течением времени.

Помимо различия между интерактивными визуализациями и анимацией, наиболее полезной категоризацией, вероятно, является научная визуализация на абстрактной и модельной основе. Абстрактные визуализации показывают полностью концептуальные конструкции в 2D или 3D. Эти сгенерированные формы совершенно произвольны. Визуализации на основе моделей либо накладывают данные на реальные или созданные в цифровом виде изображения реальности, либо создают цифровую конструкцию реального объекта непосредственно на основе научных данных.

Научная визуализация обычно выполняется с помощью специализированных программного обеспечения, хотя есть несколько исключений, указанных ниже. Некоторые из этих специализированных программ были выпущены как Открытый исходный код программное обеспечение, очень часто происходящее из университетов, в академической среде, где совместное использование программных инструментов и предоставление доступа к исходному коду является обычным явлением. Также много проприетарное программное обеспечение пакеты инструментов научной визуализации.

Модели и рамки для построения визуализаций включают поток данных модели, популяризированные такими системами, как AVS, IRIS Explorer и VTK набор инструментов и модели состояния данных в системах электронных таблиц, таких как Электронная таблица для визуализации и Электронная таблица для изображений.

Приложения

Научная визуализация

Моделирование неустойчивости Рэли – Тейлора, вызванной смешением двух жидкости
Дальнейшая информация: Научная визуализация

Как предмет в Информатика, научная визуализация это использование интерактивных, сенсорных представлений, обычно визуальных, абстрактных данных для подкрепления познание, гипотеза здание, и рассуждение. Визуализация данных это связанная подкатегория визуализации, имеющая дело с статистическая графика и географические или пространственные данные (как в тематическая картография ), которая представлена ​​в схематической форме.[5]

Научная визуализация представляет собой преобразование, выбор или представление данных моделирования или экспериментов с неявной или явной геометрической структурой, позволяющее исследовать, анализировать и понимать данные. Научная визуализация сосредотачивается и подчеркивает представление данных более высокого порядка с использованием в основном графики и методов анимации.[6][7] Это очень важная часть визуализации и, возможно, первая, так как визуализация экспериментов и явлений стара как наука сам. Традиционными направлениями научной визуализации являются визуализация потока, медицинская визуализация, астрофизическая визуализация, и химическая визуализация. Существует несколько различных методов визуализации научных данных, реконструкция изоповерхности и прямой объемный рендеринг быть более распространенным.

Образовательная визуализация

Образовательная визуализация использует симуляция создать образ чего-то, чему можно научить. Это очень полезно при обучении на тему, которую иначе трудно увидеть, например, атомная структура, потому что атомы слишком малы, чтобы их можно было легко изучить без дорогостоящего и сложного в использовании научного оборудования.

Визуализация информации

Относительное среднее использование IPv4
Дальнейшая информация: Информационная графика

Визуализация информации концентрируется на использовании компьютерных инструментов для исследования большого количества абстрактных данных. Термин «визуализация информации» был первоначально введен группой исследования пользовательского интерфейса в Xerox PARC и включал Джока Маккинлея.[нужна цитата ] Практическое применение визуализации информации в компьютерных программах предполагает выбор, преобразование, и представление абстрактных данных в форме, которая облегчает человеческое взаимодействие для исследования и понимания. Важными аспектами визуализации информации являются динамика визуального представления и интерактивность. Сильные методы позволяют пользователю изменять визуализацию в реальном времени, обеспечивая беспрецедентное восприятие закономерностей и структурных отношений в рассматриваемых абстрактных данных.

Визуализация знаний

Использование визуальных представлений для передачи знаний как минимум между двумя людьми направлено на улучшение передачи знания используя компьютер и некомпьютерные методы визуализации дополнительно.[8] Таким образом, правильно спроектированная визуализация является важной частью не только анализа данных, но и процесса передачи знаний.[9] Передача знаний может быть значительно улучшена с использованием гибридных конструкций, поскольку это увеличивает плотность информации, но также может снижать ясность. Например, визуализация 3D скалярное поле могут быть реализованы с использованием изоповерхностей для распределения поля и текстур для градиента поля.[10] Примеры таких визуальных форматов: эскизы, диаграммы, картинки, объекты, интерактивные визуализации, приложения для визуализации информации и воображаемые визуализации, как в рассказы. В то время как визуализация информации сосредоточена на использовании компьютерных инструментов для получения новых идей, визуализация знаний сосредоточена на передаче информации и создании новых. знания в группы. Помимо простой передачи факты, визуализация знаний направлена ​​на дальнейшую передачу идеи, опыт, отношения, ценности, ожидания, перспективы, мнения, и предсказания с помощью различных дополнительных визуализаций. См. также: словарь с картинками, визуальный словарь

Визуализация продукта

Визуализация продукта включает в себя программную технологию визуализации для просмотра и управления 3D-моделями, техническими чертежами и другой сопутствующей документацией изготовленных компонентов и больших сборок продуктов. Это ключевая часть управление жизненным циклом продукта. Программное обеспечение для визуализации продукта обычно обеспечивает высокий уровень фотореализма, так что продукт можно просмотреть до того, как он будет фактически произведен. Он поддерживает различные функции, от дизайна и стиля до продаж и маркетинга. Техническая визуализация является важным аспектом разработки продукта. Изначально технические чертежи были сделаны вручную, но с появлением передовых компьютерная графика то чертежная доска был заменен на системы автоматизированного проектирования (CAD). CAD-чертежи и модели имеют ряд преимуществ перед чертежами, сделанными вручную, например, возможность 3-D моделирование быстрое прототипирование, и симуляция. 3D-визуализация продуктов обещает более интерактивные возможности для онлайн-покупателей, но также ставит перед розничными торговцами задачу преодолеть препятствия при производстве 3D-контента, поскольку крупномасштабное производство 3D-контента может быть чрезвычайно дорогостоящим и трудоемким.[11][12]

Визуальная связь

Визуальная связь это общение из идеи через визуальное отображение Информация. В первую очередь связано с двумерный картинки, это включает: буквенно-цифровые, искусство, знаки, и электронный Ресурсы. Недавние исследования в этой области были сосредоточены на веб-дизайн и графически ориентированный юзабилити.

Визуальная аналитика

Визуальная аналитика фокусируется на взаимодействии человека с системами визуализации как части более широкого процесса анализа данных. Визуальная аналитика была определена как «наука об аналитических рассуждениях, поддерживаемая интерактивным визуальным интерфейсом».[13]

Его внимание сосредоточено на человеческом информационном дискурсе (взаимодействии) в массивных, динамично изменяющихся информационных пространствах. Исследования в области визуальной аналитики сосредоточены на поддержке перцептивных и когнитивных операций, которые позволяют пользователям обнаруживать ожидаемое и обнаруживать неожиданное в сложных информационных пространствах.

Технологии, являющиеся результатом визуальной аналитики, находят свое применение почти во всех областях, но их движут критические потребности (и финансирование) в биологии и национальной безопасности.

использованная литература

  1. ^ Тафт, Эдвард Р. (1990). Предвидение информации. ISBN  0961392118.
  2. ^ Тафт, Эдвард Р. (2001) [1st Pub. 1983]. Визуальное отображение количественной информации (2-е изд.). ISBN  0961392142.
  3. ^ Тафт, Эдвард Р. (1997). Визуальные объяснения: изображения и количества, свидетельства и повествование. ISBN  0961392126.
  4. ^ «эвл - лаборатория электронной визуализации». www.evl.uic.edu. Получено 2 сентября 2018.
  5. ^ Майкл Френдли (2008). «Вехи в истории тематической картографии, статистической графики и визуализации данных». Проект перемещен в http://datavis.ca/milestones/
  6. ^ «Научная визуализация». sciencedaily.com. Science Daily, 2010. Получено из Интернета https://www.sciencedaily.com/articles/s/scientific_visualization.htm. 17 ноября 2011 г.
  7. ^ «Научная визуализация». Научно-вычислительный и визуальный институт. Институт научных вычислений и визуализации, Университет Юты, н. Получено из Интернета http://www.sci.utah.edu/research/visualization.html. 17 ноября 2011 г.
  8. ^ (Буркхард и Мейер, 2004 г.),
  9. ^ Опила, Януш (1 апреля 2019 г.). «Роль визуализации в процессе передачи знаний». Журнал исследований бизнес-систем. 10 (1): 164–179. Дои:10.2478 / bsrj-2019-0012. ISSN  1847-9375.
  10. ^ Opila, J .; Опила, Г. (май 2018 г.). «Визуализация вычислимого скалярного 3D поля с использованием кубической интерполяции или функции оценки плотности ядра». 2018 41-я Международная конвенция по информационным и коммуникационным технологиям, электронике и микроэлектронике (MIPRO). Опатия: IEEE: 0189–0194. Дои:10.23919 / MIPRO.2018.8400036. ISBN  9789532330953. S2CID  49640048.
  11. ^ «3D-рабочие процессы в глобальной электронной коммерции». www.dgg3d.com. Получено 22 апреля 2020.
  12. ^ Архитектурная 3D визуализация 101 Полное руководство ArchiCGI
  13. ^ Томас, Дж. Дж., И Кук, К. (Ред.) (2005). Освещенный путь: повестка дня исследований и разработок в области визуальной аналитики, IEEE Computer Society Press, ISBN  0-7695-2323-4

дальнейшее чтение

внешние ссылки