1.研究背景
近年来,随着信息技术不断地高速发展,我们已经悄然进入了一个属于大数据的时代,大量的数据在网络上不断地涌现及保存,为了保证各类数据能够得到充分且合理的应用,挖掘这些数据潜在的价值,做好相应的数据统计工作就显得十分必要。
信息可视化是一门正在兴起的信息技术,它解释了信息空间的规律,以信息传输方式、信息系统、计算机科学技术为保障,非常简单明了地对信息空间做出一系列科学解释和传输[1]。它借助了多媒体信息、数字技术和计算机技术,以动态的方式进行生动诠释,人们就可以更加全面地了解社会、了解自然、了解人自身。数据分析的任务通常包括定位、识别、区分、分类、聚类、分布、排列、比较、内外连接比较、关联、关系等。通过将信息以可视的方式呈现给用户,将直接提升对信息认知的效率,并引导用户从可视化结果分析和推理出有效信息。这种直观的信息感知机制,极大降低了数据理解的复杂度,突破了常规统计分析方法的局限性。可视化能显著提高分析信息的效率,其重要原因是扩充了人脑的记忆,帮助人脑形象地理解和分析所面临的任务[2]。
由于可视化可以清晰地展示证据,它在支持上下文的理解和数据推理方面也有独到的作用。1831年起,欧洲大陆暴发霍乱,当时的主流理论是毒气或瘴气引起了霍乱。英国医生John Snow着手研究1854年8月底伦敦布拉德街附近居民区爆发的一场霍乱。Snow调查病例发生的地点和取水的关系,发现73个病例离布拉德街水井的距离比附近其他任何一个水井的距离都更近。在拆除布拉德街水井的摇把后不久,霍乱停息。
江苏是我国经济最发达的地区之一,全省水网密布,四季降水量充沛,丘陵众多且南北交错分布,具备形成山涧、溪流的地貌与气候条件,理论上完全适合櫝翅目的生长。设计江苏櫝翅目昆虫地理分布可视化信息系统,为进一步研究该类昆虫的区系分布、演化以及与环境的关系提供了基础资料。通过合理运用地理分布可视化技术,能够大幅度减轻数据统计人员的工作压力,并提升数据统计的效率。与传统的数据统计及展现方式的不同 ,地理分布可视化技术具有良好的地理空间特征,在提升统计效率的同时能够保证各项数据得到充分的展现。
2.可视化技术国内外的研究现状
2.1什么是可视化
种类繁多的信息源产生的大量数据,远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏大量数据的有效分析手段,大约有95%的计算被浪费,这严重阻碍了科学研究的进展。为此,美国计算机成像专业委员会提出了解决方法——可视化。可视化技术作为解释大量数据最有效的手段而率先被科学与工程计算领域采用,并发展为当前热门的研究领域——科学可视化。可视化把数据转换成图形,给予人们深刻与意想不到的洞察力,在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。可视化技术的应用大至高速飞行模拟,小至分子结构的演示,无处不在。在互联网时代,可视化与网络技术结合使远程可视化服务成为现实,可视区域网络因此应运而生。它是SGI公司在2002年3月提出的新理念。它的核心技术是可视化服务器硬件和软件。科学可视化的主要过程是建模和渲染。建模是把数据映射成物体的几何图元。渲染是把几何图元描绘成图形或图像。渲染是绘制真实感图形的主要技术。严格地说,渲染就是根据基于光学原理的光照模型计算物体可见面投影到观察者眼中的光亮度大小和色彩的组成,并把它转换成适合图形显示设备的颜色值,从而确定投影画面上每一像素的颜色和光照效果,最终生成具有真实感的图形。真实感图形是通过物体表面的颜色和明暗色调来表现的,它和物体表面的材料性质、表面向视线方向辐射的光能有关,计算复杂,计算量很大。因此工业界投入很多力量来开发渲染技术。
2.2可视化在各个领域的相关应用
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