魯芮

（鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州450000）

新時(shí)期下，信息可視化技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)生活中，它的核心價(jià)值體現(xiàn)在通過該項(xiàng)技術(shù)可以將信息準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)化為視覺模式，這樣人們可以直觀、方便的查閱相關(guān)信息資料，不僅大大提高了工作效率，也為人們的日常生活提供了解答的便利。通常來講，信息可視化技術(shù)主要包括以下三個(gè)部分：對(duì)數(shù)據(jù)開展預(yù)處理、設(shè)計(jì)圖形和繪制圖形、交互顯示。新時(shí)期信息發(fā)展迅速，信息可視化技術(shù)開始被應(yīng)用于各行各樣，如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可視化、文本的可視化、交通的可視化、生物醫(yī)學(xué)的可視化以及大數(shù)據(jù)的可視化等等。

1 信息可視化技術(shù)概述

類型繁多的信息源會(huì)滋生大量的數(shù)據(jù)，單單憑借人腦的分析能力和解釋能力無法有效處理這些信息。因?yàn)椴痪邆浯罅繑?shù)據(jù)的合理分析方法，越來越多的計(jì)算被浪費(fèi)掉，對(duì)科學(xué)研究的進(jìn)展形成了較大的阻礙?；诖?，美國計(jì)算機(jī)成像專業(yè)委員會(huì)首次提出了改善策略，也就是可視化技術(shù)?？梢暬夹g(shù)也被應(yīng)用于分析大量信息數(shù)據(jù)，成為一個(gè)有效的手段?，F(xiàn)如今，信息可視化技術(shù)已經(jīng)成為信息科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，它的目的便是達(dá)到信息的直覺化和感性化效果，其中信息的選擇和描述、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)搜集、制圖學(xué)和成像學(xué)都是信息可視化的重要組成部分。使用該項(xiàng)技術(shù)有利于人們對(duì)信息本質(zhì)更好地理解，以達(dá)到操縱信息的目的。下文將對(duì)信息可視化技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.1 信息可視化技術(shù)含義

信息可視化（Information visualization）并不是一種單一的學(xué)科，而是跨越式學(xué)科領(lǐng)域，它的主要功能為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模非數(shù)值型信息數(shù)據(jù)資源的視覺方面的展現(xiàn)，例如在軟件系統(tǒng)中，很多的文件或者行數(shù)復(fù)雜多樣的程序代碼。[1]信息可視化技術(shù)大多被應(yīng)用于處理圖像圖形方面，主要目標(biāo)為應(yīng)用者可以有效理解和全面分析所得的信息數(shù)據(jù)。信息可視化技術(shù)不同于科學(xué)可視化技術(shù)，它的重點(diǎn)在于搜集和歸納抽象性數(shù)據(jù)，例如非結(jié)構(gòu)化文本，通常來講該項(xiàng)技術(shù)沒有一成不變的二維幾何結(jié)構(gòu)或三維幾何結(jié)構(gòu)。

1.2 信息可視化過程

在可視化處理信息時(shí)，主要分為三個(gè)詳細(xì)的步驟，第一個(gè)步驟是實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)表的轉(zhuǎn)化，也是對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。[2]通俗來講，就是提前做好準(zhǔn)備工作，對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理，為人們的理解、分析和研究提供捷徑，能夠有效將其放入至模塊之中。預(yù)處理的主要內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)信息的格式、不斷變化數(shù)據(jù)信息以及解壓縮數(shù)據(jù)信息。對(duì)于部分比較特殊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，還需要使用對(duì)應(yīng)的方法開展處理。例如對(duì)于單幅圖像的處理方式應(yīng)選擇降維處理。第二個(gè)步驟是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表向可視化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，也就是設(shè)計(jì)圖形和繪制圖形。在這一環(huán)節(jié)中，主要的內(nèi)容包括對(duì)信息數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)和繪制，將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)具象的圖形。在對(duì)其進(jìn)行繪制和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)人們的要求有充分的認(rèn)識(shí)和分析，并能夠在圖形中將意圖展現(xiàn)出來。第三個(gè)步驟是實(shí)現(xiàn)可視化結(jié)構(gòu)向視圖的轉(zhuǎn)化，也就是交互顯示。在這一環(huán)節(jié)中，主要內(nèi)容為將已經(jīng)設(shè)計(jì)和繪制完成的圖形依據(jù)相應(yīng)的規(guī)章制度完成有效的傳輸，使應(yīng)用者的反饋內(nèi)容能夠迅速地傳送至軟件處理中心，從而達(dá)到交互顯示的效果。

2 信息可視化技術(shù)類型

2.1 多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

在處理和應(yīng)用多維數(shù)據(jù)時(shí)，假如使用了傳統(tǒng)的二維圖像，勢(shì)必會(huì)存在一定的不之處，不能有效滿足與新時(shí)期的需求，不能確保信息量以及不能有效滿足一些較為復(fù)雜的需求。而對(duì)于多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的使用可以有效改善上述情況，解決過程中遇到的一些問題。多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)也具有較多類型，下文將對(duì)人們?nèi)粘Ｖ袘?yīng)用最為廣泛的幾種類型進(jìn)行闡述。

2.1.1 以幾何結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的可視化方法

在該類型中，使用較普遍額時(shí)平行坐標(biāo)系和散點(diǎn)圖矩陣。平行坐標(biāo)系主要借助軸線的平行性實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)維度的展示，從軸線之中展示數(shù)據(jù)，并使軸線上某一數(shù)據(jù)項(xiàng)的坐標(biāo)點(diǎn)借助折現(xiàn)實(shí)現(xiàn)連接，從二維模式就能直觀地看到多維數(shù)據(jù)。[3]但是該方法也存在一定的不足之處，如果處理的信息具有較大的規(guī)模，那么它所展現(xiàn)的視圖也會(huì)混亂不堪，將會(huì)嚴(yán)重影響人們查閱可視化內(nèi)容的質(zhì)量。散點(diǎn)圖矩陣主要內(nèi)容為借助二維坐標(biāo)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示變量間的關(guān)系。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中通常和其他方法聯(lián)合使用，這樣可以增強(qiáng)信息數(shù)據(jù)的顯示效果，將規(guī)模較大的數(shù)據(jù)顯示出來。這種方法能夠高效獲得變量與變量間的關(guān)系，但如果維度偏大，加上屏幕寬度不足，那么就無法完全顯示矩陣數(shù)據(jù)的真實(shí)量。

2.1.2 以圖標(biāo)為基礎(chǔ)的可視化方法

這種方法的主要內(nèi)容為將具有可視化特點(diǎn)的幾何形狀當(dāng)作圖標(biāo)，并完成對(duì)多維數(shù)據(jù)的刻畫，這種圖標(biāo)通常具有很多的可視化屬性，例如顏色、長度、大小形狀等，都可被應(yīng)用于維度，在圖表屬性和多維數(shù)據(jù)的映射下，可以達(dá)到可視化效果。在這一種類中，使用最為廣泛的方法為星繪法和Chernoff 面法。星繪法的主要內(nèi)容為借助由點(diǎn)輻射至線的方法，將數(shù)據(jù)維度展現(xiàn)出來，而線段的長度則代表對(duì)應(yīng)的維度量。Chernoff 面法的主要內(nèi)容為借助人臉識(shí)別達(dá)到展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息維度的作用。繪制臉圖以得到多維數(shù)據(jù)，并按照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行排序，進(jìn)而使信息能夠直觀展現(xiàn)出來。

2.1.3 多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用

多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在動(dòng)畫制作行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，可以為人們帶來很強(qiáng)的視覺沖擊。在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，較為常見的是制作動(dòng)畫，以此增強(qiáng)交互性，讓人們能夠更加直觀地了解所得到的信息數(shù)據(jù)。同傳統(tǒng)的圖文處理技術(shù)相比，在動(dòng)畫中各種元素一直呈移動(dòng)狀態(tài)，可以明確了解研究對(duì)象的發(fā)展?fàn)顩r，例如方位的改變和顏色、形狀的改變，能夠?qū)酉聛淼膽?yīng)用做出指導(dǎo)。在制作動(dòng)畫的過程中，人們通常是在實(shí)施編碼初期便使用動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)化為附加的變量。同時(shí)，在每一步驟的轉(zhuǎn)換過程時(shí)，通過對(duì)動(dòng)畫這一形式的應(yīng)用，可以讓每一步驟之間的銜接更加順暢，使工作效率得到有效提高。在動(dòng)畫制作時(shí)使用多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，需要嚴(yán)格管控動(dòng)畫的改變速率。假如速率過慢，不僅會(huì)耗時(shí)較長，對(duì)工作效率造成影響，還會(huì)加大成本的之處，具有消極作用。假如速度較快，人們就無法對(duì)動(dòng)畫內(nèi)容開展全方位的認(rèn)識(shí)，對(duì)制作動(dòng)畫的實(shí)用價(jià)值也造成了影響。所以要嚴(yán)格把控速度，與場景中的狀態(tài)相結(jié)合選擇適合的動(dòng)畫改變速率。

2.2 時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化技術(shù)通常表示對(duì)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過時(shí)間發(fā)展特點(diǎn)開展搜集工作和整理工作，使用對(duì)應(yīng)的方法使其展現(xiàn)出可視化的形式。使用該項(xiàng)技術(shù)的可視化形式通常包括下述幾個(gè)類型：第一，線形圖。線形圖是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中使用較為廣泛的一種方法，在原始點(diǎn)的應(yīng)用下顯示出時(shí)間發(fā)展下的信息數(shù)據(jù)的變化。在使用線形圖進(jìn)行可視化展現(xiàn)時(shí)，接入信息數(shù)據(jù)的時(shí)間維度較多，就應(yīng)該為全部的維度建立出對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，并使其能夠?qū)R，進(jìn)而可以確定比出時(shí)間的發(fā)展態(tài)勢(shì)。第二，堆積圖。堆積圖的功能為累積時(shí)間序列，可以使用這一方式求出序列的總和。這種方式具有一定的不同之處，無法對(duì)比全部的序列，如果在處理時(shí)產(chǎn)生了負(fù)數(shù)，將會(huì)對(duì)可視化呈現(xiàn)效果產(chǎn)生較大影響[4]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要是對(duì)于自動(dòng)布局和自動(dòng)計(jì)算將數(shù)據(jù)信息繪制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形。通常來講使用較為普遍的有以下三個(gè)種類：第一是通過仿真物理學(xué)中力的概念繪制網(wǎng)狀圖，通過每一受力節(jié)點(diǎn)達(dá)到連接的效果，從而完成可視化的目標(biāo)。第二是將分層布局應(yīng)用于信息數(shù)據(jù)中，將層次結(jié)構(gòu)明顯的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)狀圖繪制出來。第三是將網(wǎng)格布局的方式應(yīng)用于信息數(shù)據(jù)的采集中，繪制出與網(wǎng)格的信息數(shù)據(jù)網(wǎng)狀圖相像的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)狀圖。

3 結(jié)論

新時(shí)期我們正處于大信息時(shí)代，信息可視化技術(shù)越來越被應(yīng)用于人們的日常生活生產(chǎn)之中，并且我國對(duì)可視化技術(shù)的研究工作也取得了飛躍式的進(jìn)展，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展迅速。在各行各業(yè)應(yīng)用可視化技術(shù)的同時(shí)，也應(yīng)該確保該項(xiàng)技術(shù)的藝術(shù)性、聯(lián)合性、直觀性和交互性，并能夠?qū)⒖梢暬夹g(shù)同大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)合二為一，從而保證工作的質(zhì)量，有效增強(qiáng)工作效率。