陳鴻杰 王嘯 李建

摘 要：科學計算可視化主要就是利用現(xiàn)代信息技術進行計算后所得到的數(shù)據(jù)，并以直觀的方式將數(shù)據(jù)結果進行展示，已經成為科學研究中非常重要的一種技術。隨著計算機技術的不斷完善，使得科學計算數(shù)據(jù)數(shù)量更加龐大，規(guī)模也在不斷延伸，如何對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，從根本提升訪問效率已經成為科學計算可視化中必須研究的問題。隨著科學計算可視化應用技術的不斷發(fā)展和完善，用戶對網絡進行遠程跟蹤已經成為主要的需求，遠程可視化成為目前可視化技術的研究重點。

關鍵詞：科學計算;可視化;數(shù)據(jù)管理;管理系統(tǒng)

前言

科學計算可視化也可以簡略稱為可視化，充分發(fā)揮了計算機處理技術的優(yōu)勢，將通過嚴格計算而產生的數(shù)據(jù)以圖形或者圖象的方式進行展現(xiàn)，并以相關理論為基礎。目前，科學計算可視化已經成為科學研究中最為重要的技術手段，可以為科學工作者剖析數(shù)據(jù)深層信息提供輔助，也可以以此對其內在的客觀規(guī)律進行揭示，從根本減少數(shù)據(jù)處理的時間。

一、科學計算可視化數(shù)據(jù)的組織與管理

（一）數(shù)據(jù)模型分析

與一般類型的數(shù)據(jù)有著明顯的不同，科學計算可視化技術的處理對象非常固定，只能對科學數(shù)據(jù)進行應用，并且這些數(shù)據(jù)從多個渠道而來，相對比較復雜?？茖W數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)相對都比較獨立，但是其有很多屬性和組織形式。其中，數(shù)據(jù)的時間就是對數(shù)據(jù)與時間是否有關系進行顯示，也可以表現(xiàn)因為時間變化而出現(xiàn)的物理特質;數(shù)據(jù)的維數(shù)可以表示向量數(shù)據(jù)、標量數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)定義的維數(shù)可以從一到三進行具體的劃分;數(shù)據(jù)組織形式可以分為網格和無網格零散數(shù)據(jù)，如果存在有無網格的差異，那么其組織形式也會出現(xiàn)明顯的不同[1]。數(shù)據(jù)模型的種類相對比較多，科學完善的計算可視化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需要能對多種數(shù)據(jù)進行靈活的處理，并提供針對性的接口，以滿足不同科學計算數(shù)據(jù)分析的需要。

（二）數(shù)據(jù)格式的讀取

VTK數(shù)據(jù)是VTK軟件中最為主要的一種數(shù)據(jù)格式，以往的格式可以快速進行讀寫，并支持不同格式的隨時訪問，從根本提升了數(shù)據(jù)訪問速度;VTK軟件包包括多種類型的數(shù)據(jù)模型，其涵蓋內容非常廣泛[2]。目前很多可視化軟件都會使用VTK軟件作為進行可視化分析模塊開發(fā)的主要軟件，其可以對VTK格式的數(shù)據(jù)模型提供針對性的支持[3]。因此，對于可視化數(shù)據(jù)的管理和分析而言，VTK數(shù)據(jù)格式最為適合，其在訪問效率方面具有一定的優(yōu)勢，可以使用多種軟件對數(shù)據(jù)進行科學的分析，是一種非常良好的選擇。因此，本次研究以VTK數(shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)處理的主要格式。

（三）可視化數(shù)據(jù)信息的組織管理方案設計

1.原始數(shù)據(jù)的組織

在對原始數(shù)據(jù)進行組織設計時，可以將其分為四層目錄，每層目錄的數(shù)據(jù)都以直觀的方式進行展示，不同數(shù)據(jù)之間具有緊密的聯(lián)系，但是這種組織方法對文件結構有著非常嚴格的要求，用戶通過文件名就可以快速獲取文件的相關信息，用戶只有點擊文件，才能確定是否符合自己的查找需要[4]。該種方式進行查找，很容易浪費用戶的時間，為用戶帶來很多的繁瑣性。因此，該種原始文件組織形式必須與數(shù)據(jù)管理技術進行有效的結合，才能使用戶的數(shù)據(jù)查找時間得到有效的縮減，避免管理資金的投入。

2.元數(shù)據(jù)的組織

為了對原始數(shù)據(jù)組織方法中存在的缺點進行彌補，可以將原始數(shù)據(jù)中的元數(shù)據(jù)作為管理的主要內容，充分利用元數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)內容，對數(shù)據(jù)之間的相關關系進行深入的探索和研究，使用戶可以通過元數(shù)據(jù)在不需要打開文件的情況下，就可以快速讀取文件信息[5]。

元數(shù)據(jù)主要指的就是數(shù)據(jù)中包含的信息，可以對具體的資源對象進行描述，同時可以對其位置進行確定，統(tǒng)一進行管理，對發(fā)現(xiàn)和獲取數(shù)據(jù)提供重要的幫助。元數(shù)據(jù)的功能非常多元化，在進行數(shù)據(jù)描述時也可以對文檔的屬性進行涵蓋。

所以，在進行組織與管理方案設計時，可以將文件目錄結構分為不同的層次，對原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理和組織;利用元數(shù)據(jù)的信息優(yōu)勢，減少用戶的分析時間，提高原始數(shù)據(jù)的利用效率;采用成熟的關系數(shù)據(jù)庫技術對元數(shù)據(jù)信息進行管理。

二、科學計算可視化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

在實踐研究的基礎上，結合用戶的實際需要，設計了面向科學計算可視化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的分類和儲存，并對數(shù)據(jù)進行實時的追蹤，使可視化管理系統(tǒng)的功能更加多元，方便用戶的隨時查找，使用戶通過流感器就可以完成數(shù)據(jù)的整體性操作。系統(tǒng)可以自主升級和延伸，界面簡潔，操作性極強。

（一）系統(tǒng)組成與結構

系統(tǒng)可以分為應用層、數(shù)據(jù)管理層等。應用層主要就是通過瀏覽器為用戶提供系統(tǒng)所需要的多種接口。采用針對性的服務模式，將用戶的所有請求都由后臺進行統(tǒng)一的處理，同時可以在最短的時間內以頁面的形式向用戶反饋信息，用戶請求主要包括記錄和更新軟件信息等，同時也可以對以往的數(shù)據(jù)進行針對性的額查詢，功能非常齊全。

數(shù)據(jù)管理層包括用戶管理和應用代理共同組成。用戶管理模塊可以對用戶的信息進行統(tǒng)一的管理，為用戶提供注冊、認證等多種服務。

應用代理模塊是系統(tǒng)的核心組成，可以對數(shù)據(jù)進行管理和組織。其中，可視元數(shù)據(jù)可以自動提取數(shù)據(jù)，并進行全方位的跟蹤。

數(shù)據(jù)層可以是用戶數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的重要載體，可以及時保存用戶的信息，對程序進行模擬，為用戶提供查詢、分析方面的便利。

（二）系統(tǒng)實現(xiàn)

1.應用代理

應用代理可以分為數(shù)據(jù)管理和可視元數(shù)據(jù)提取兩種功能，其中可視元數(shù)據(jù)可以數(shù)據(jù)進行自動化的提取，并對整個過程進行全方位的跟蹤。系統(tǒng)屬于B/S模式，為了滿足多個用戶的同時需要，需要使用多線程的方法進行實現(xiàn)。為每個用戶的工程創(chuàng)建相關線程進行科學計算可視化處理，并且互相之間不會產生影響，此方法是該程序中最為重要的方法。

2.數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫包括用戶數(shù)據(jù)和應用數(shù)據(jù)等多個部分，也是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)層中最為關鍵的部分。用戶數(shù)據(jù)庫包括用戶名和登錄信息等。在該系統(tǒng)中采用文件結合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理。在進行管理時需要將數(shù)據(jù)以文件的形式進行存儲，再以表的形式對位置等信息進行繪制，使其可以妥善存儲于數(shù)據(jù)庫中，使數(shù)據(jù)庫的信息管理功能可以充分發(fā)揮。針對數(shù)據(jù)縮略圖片信息，可以獨立在制定目錄下進行存儲。

為了在數(shù)據(jù)服務器上集合數(shù)據(jù)庫，在進行實現(xiàn)時，需要在同一個庫中包含三種數(shù)據(jù)庫，并為此設計了七個數(shù)據(jù)庫表單，包含項目管理表和變量管理表等。

結論

綜上所述，隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，計算機數(shù)據(jù)和數(shù)量等都已經發(fā)生了較大的變化，進行統(tǒng)一的管理和操作已經顯得非常必要，所以進行可視化技術研究已經成為計算機領域的主要研究內容。

參考文獻

[1] 王蓓蓓. 科學計算可視化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].國防科學技術大學，2017.

[2] 付曉靜，張曉斌. 大數(shù)據(jù)時代的體育新聞報道——以巴西世界杯報道中的可視化數(shù)據(jù)新聞為例[J]. 青年記者，2018，03（09）：146-147.

[3] 楊佳，梁永平. 創(chuàng)新型可視化數(shù)據(jù)服務——上海圖書館的實踐[J]. 圖書館雜志，2018，34（02）：111-117.

[4] 殷敬淇. 可視化數(shù)據(jù)新聞實踐路徑探索——以財新數(shù)據(jù)可視化實驗室為例[J]. 新聞傳播，2017，03（09）：110-111.

[5] 解夢茹. 可視化數(shù)據(jù)新聞實踐探析——以財新傳媒為例[J]. 傳播與版權，2017，02（08）：122-124.