陳林琳

基金項目：2018年度南通市級基礎科學研究項目：基于機器視覺的農產品三維形貌重建技術研究（JC2018135）

摘要：結合微軟HoloLens，在大數(shù)據可視化中詳細介紹了混合現(xiàn)實的應用模式，混合現(xiàn)實設備通過使用第三方透視功能，使只能出現(xiàn)在電影中的場景變成了一種新的數(shù)據顯示方式和用戶新的視覺體驗，不穿全息線的用戶也可以有同樣的光學效果。

關鍵詞：混合現(xiàn)實技術;大數(shù)據;可視化

中圖分類號：TP311.13;TP391.9文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0134-02

引言：大數(shù)據時代背景下，人們利用計算機技術處理高效舒適的數(shù)據，信息處理水平也在日益提高。但是，它在顯示結果的方式上是相對可逆的，只涉及圖形、動畫等形式;它的表達能力是有限的，不能相互作用，使得大數(shù)據的價值無法通過現(xiàn)實技術驗證來體現(xiàn)技術增強顯示和混合現(xiàn)實技術支持大數(shù)據顯示。

1AR簡介

在20世紀80年代末，Jaron Lanier正式使用了“虛擬現(xiàn)實”一詞，并得到廣泛認可。定義虛擬現(xiàn)實（VR），它的意思是：一個計算機生成的三維仿真環(huán)境，混合了視覺、聽覺甚至觸覺，人們在其中進行研究和互動。這是一個沉浸式仿真環(huán)境。除此之外，虛擬現(xiàn)實將從2000年的計算器和智能手機變得越來越強大，高清顯示和三維圖像功能急劇增加，虛擬現(xiàn)實得到了迅速發(fā)展。各種頭戴式顯示器相繼問世，使得虛擬現(xiàn)實技術得到了迅速發(fā)展，知名人士設備有Google Papp、三星Galaxy Gang、Oculus Rift、HTC Vive等。由于云計算的發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實應用都是基于云的。早期已知的AR設備是谷歌眼鏡，它允許用戶在自己的視野范圍內使用地圖、電子郵件和其他服務?，F(xiàn)在有很多支持AR的移動應用程序，通常是卡片應用程序?；旌犀F(xiàn)實（MR）是一種基于虛擬現(xiàn)實和擴展現(xiàn)實的數(shù)字全息成像技術。它打破了現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的界限。在潛水技術的幫助下，她將兩者融合到一個新的環(huán)境中，包括虛擬現(xiàn)實和擴展現(xiàn)實。先生在環(huán)境識別方面比AR更先進。不僅是將虛擬圖像轉換為攝像機圖像，同時也將計算機生成的圖像錨定在現(xiàn)實世界的某個點上。可以說AR先生是，有人把AR和紳士歸為同一類。微軟是HoloLens被定位為MR，并聲稱它將只專注于其他知名產品，比如剛剛于2018年8月開始訂購的初創(chuàng)公司Magic Jump。隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術正在成為主流[1]。

與虛擬現(xiàn)實相比，AR/MR的最大優(yōu)勢在于其靈活性。如果你使用虛擬現(xiàn)實，你完全沉浸在另一個世界里，很難用真實的世界進行互動。增強現(xiàn)實主要有三種顯示方式：頭盔顯示器（HMD）、投影顯示和表格顯示。頭盔顯示器是最受歡迎的。

AR-MR系統(tǒng)的組成，包括傳輸HMD、環(huán)境感知模塊、交互設備和虛擬場景制作，以Microsoft Holodenset為例，傳輸HMD負責虛擬與現(xiàn)實融合后的信號輸出;環(huán)境感知模塊負責混合現(xiàn)實的檢測和用戶感知信號的跟蹤;交互設備負責環(huán)境控制和眼睛跟蹤、手勢和語音控制;虛擬場景制作負責三維建模、渲染和管理虛擬場景[2]。有三個處理器，一個是傳統(tǒng)的CPU和GPU，另一個是專門為混合現(xiàn)實設計的HPU（全息處理單元）;IMU（慣性測量單元）用于跟蹤直升飛機的位置。

2常見應用場景

隨著AR項目和AR初創(chuàng)公司的大量資金投入，谷歌、蘋果、微軟、高通和佳能等IT巨頭開始展示AR和MR以及他們自己的AR-MR生態(tài)系統(tǒng)第一批消費品已經如雨后春筍般涌現(xiàn)。

（1）工業(yè)計算機廣泛應用于產品開發(fā)中，常見的系統(tǒng)有：計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助裝配規(guī)劃，AR技術的應用大大提高了CAD/CAM的處理能力。

（2）2015年任天堂出版的游戲軟件巨頭Pokemon Go將AR技術應用到游戲領域，通過手機發(fā)現(xiàn)并捕捉現(xiàn)實世界中的虛擬幽靈，并以其卓越的創(chuàng)新取得了巨大成功。

（3）旅游/數(shù)字網站將旅游景點數(shù)字化，以AR的形式展現(xiàn)其魅力，如2006年北京理工大學王永田等人提出利用增強現(xiàn)實技術對圓明園進行數(shù)字化，實現(xiàn)圓明園的重建，而舊式的圓明園通過原有網站、移動設備AR、頭盔安裝AR等多種形式，在場館方面，AR技術可以成為讀者的私人助理和館員的得力助手，提高他們的工作效率信息展示的新階段。應用實例當讀者使用AR設備觀察書籍、景點、歷史遺址和其他增強材料時，將提供相關信息，如書目、視聽資料。它還可以幫助讀者（管理員）找到書籍并導航到用戶所在的位置。

（4）在汽車領軍城市gtc2016開發(fā)者大會上，德國馬牌展示了AR-AR增強現(xiàn)實技術在汽車領域的新應用。前盤顯示人機界面，計算機根據實際場景工程實時向硬盤發(fā)送信息。駕駛員所看到的速度、路線和交通狀況等信息與自然環(huán)境（如路面和建筑）有關。通過交互，駕駛體驗顯著提高。

3相關概念

數(shù)據可視化：對數(shù)據進行可視化表示的科學技術研究;可視化表示是指將某種概括形式的數(shù)據提取為信息，并以形式、顏色、運動和其他感官元素的形式來表示信息，以便高效、準確地向交流;相應信息的不同特征和變量之間的關系應包括;或數(shù)據可以視圖的形式呈現(xiàn)，以尊重與圖形有關的規(guī)律和模式。

它是一個不斷演化的概念，它在不斷地拓展自己的邊界，主要解決的是更高層次的技術方法，這些技術方法通過圖形、圖像處理、計算機視圖和用戶界面，通過實體、表面、特征和動感的表達，將模型與其他特定的模型進行比較實體和技術，包括數(shù)據視圖中的許多技術方法。

數(shù)據挖掘可視化：將數(shù)據域中的值映射到圖域編號，直到在一定程度上可以高效、準確地將數(shù)據描述在圖形上，包括數(shù)據采集、數(shù)據集成、ETL（數(shù)據準備、數(shù)據映射）、分析與挖掘、接收卡、動畫效果、視覺交互等，機械模擬等。

混合現(xiàn)實：它是虛擬現(xiàn)實和擴展的現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展。這種技術將真實的信息放在虛擬世界中，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間建立一個互動的信息循環(huán)，提高用戶體驗的真實性。HoloLens是微軟開發(fā)的，混合的，基于現(xiàn)實的便攜式計算機，它也是最好的混合現(xiàn)實設備。

4傳統(tǒng)數(shù)據可視化

主要采用圖形、動畫等傳統(tǒng)的方式來查看數(shù)據，提供信息顯示。在圖表中加入背景音樂和一些簡單的互動，為動畫生成提供一些簡單的交互，其缺陷在于，傳統(tǒng)的圖形顯示只能使用二維圖形，雖然可以在圖形中添加陰影使其看起來像三維圖形，但效果仍然是傳統(tǒng)動畫用于數(shù)據可視化，但它不見了交互性;此外，傳統(tǒng)的數(shù)據可視化常常存在這樣的問題：數(shù)據無法實時更新?；跀?shù)據的可視化包括：繪圖后不要用給定的數(shù)據更新圖形。實時查看數(shù)據需要復雜的功能和高工作負載來支持。目前，通用的數(shù)據實時可視化系統(tǒng)是監(jiān)控室的大型顯示系統(tǒng)。

5混合現(xiàn)實技術在大數(shù)據可視化中的應用

5.1實現(xiàn)大數(shù)據的三維模型表示。在混合現(xiàn)實技術的幫助下，數(shù)據可視化的結果大多是多樣化的，大數(shù)據以三維模型的形式顯示，如圓柱體、開普勒、管圖、網格陣列、三維散射圖等。數(shù)據將顯示在人們面前。此外，這些模型可以像積木一樣堆疊起來。每個模型都可以配置自己的屬性。為了區(qū)分它們，可以填寫不同的顏色，并可以單獨設置材質卡，使模型和平面有一定的顏色、亮度、自發(fā)光和天花板的功率顯示出來。以2018年博鰲亞洲論壇為例，以網格陣列的形式展示移動通信數(shù)據。業(yè)務量值的大小直接反映在立方體護套中，信號質量直接反映在反射的顏色中。但除了實時采集數(shù)據外，采用調用接口的方式獲取JSON格式的數(shù)據，根據寬度和長度，確定網格數(shù)組的具體分布情況，觀眾可以直接查看詳細的網格數(shù)據并點擊網格，對相應的數(shù)據進行研究，應用混合現(xiàn)實技術在三維模型中顯示大數(shù)據目前比較成熟，在一些大公司中運用相關技術來顯示銷售數(shù)據，并且主持人可以根據不同的時間代表不同產品的三維表現(xiàn)為了展覽的目的。該模型旨在為參與者提供不同時期不同產品的銷售情況，以制定切實可行的銷售策略，優(yōu)化企業(yè)的經營效率。

5.2數(shù)據顯示無空間限制。目前最好的混合現(xiàn)實技術HoloLens設備，微軟的混合現(xiàn)實耳機便攜式計算機這是一個設備可以有數(shù)據可視化功能，把數(shù)據放在任何真實的空間位置和空間抓取功能，它可以在墻上顯示數(shù)據場，把數(shù)據模型放在桌面上，還可以存儲數(shù)據桌面。根據保存的顯示級別，很容易再討論打開。受系統(tǒng)限制，只支持HoloLens的SQLite數(shù)據：庫，并且只能本地存儲光數(shù)據并操作。不過，這臺設備可以通過接口連接到數(shù)據庫服務器，到一個數(shù)據交互到ENS的主要優(yōu)點是它的便攜性。用戶可以訪問無空間限制的數(shù)據顯示。只要有網絡，就可以隨時把實時數(shù)據移到地面上看。在虛擬場景中，他們可以在三維模型下構建和移動，對于來自不同區(qū)域的交互式數(shù)據，他們還可以根據時間軸顯示數(shù)據，這適合于觀察數(shù)據的發(fā)展規(guī)律和類型。

5.3用戶與數(shù)據的豐富交互。最原始的計算機控制是鍵盤和鼠標，而全封閉系統(tǒng)的發(fā)展破壞了這種操作模式，使得人們通過手勢和聲音來控制計算機。在可視化過程中，人們可以通過點擊、旋轉、拖動、縮放等操作來使用數(shù)據模型，例如，當你點擊數(shù)據模型時，會出現(xiàn)一個更詳細的數(shù)據字段或子數(shù)據模塊。只需張開嘴就可以根據自己的需要來操縱。想要關閉一個窗口，你可以關閉按鈕并說“關閉”，當前窗口將直接關閉。隨著混合現(xiàn)實技術的發(fā)展，提高了可視化數(shù)據程序的交互功能，使數(shù)據的呈現(xiàn)更加有趣和實用。

5.4前所未有的展示效果。在對大數(shù)據進行可視化時，HoloLens可以根據顯示要求在數(shù)據中添加3D文本、炫目色彩、粒子效果等效果，使數(shù)據模型更加有效。它生動活潑，具有較強的科技意識，增強了對虛擬世界的替代感和沉浸感。單憑這一點，許多大型視覺屏幕的全息電影就顯得格外突出。還有全息透鏡。數(shù)據更新速度更快，可以達到幀的精細更新速度，支持多人協(xié)作功能。不同的人在同一時間穿全息線可以看到同一個領域，而數(shù)據可視化的結果是一個人操作，與其他用戶同步，非常實用。利用微軟提供的遠程可視化技術，可以實現(xiàn)遠程可視化，并可借助微軟的遠程設備輔助用戶查看數(shù)據，討論數(shù)據呈現(xiàn)問題，提出合理的解決方案，在高端會議中具有較高的應用價值。

5.5第三方透視功能的實現(xiàn)。HoloLens是一款小巧便攜的混合現(xiàn)實技術設備，能為用戶提供獨特的視覺體驗。然而，沒有全息圖的觀眾無法看到虛擬場景。如果他們想觀看，他們只能在顯示屏和大屏幕上同步顯示內部的HoloLens，以便在用戶之間提供信息共享。借助于HoloLens允許用戶在瀏覽器顯示中實時查看場景。這種瀏覽方法叫做第一視圖，這是非常實用的。但是，第一次觀看視頻的定義只有720p，而且有明顯的視頻間隙，只適合自己顯示，不適合外部顯示。為了解決第一視角的問題，微軟之前正式打出了第三視角的解決方案。這個解決方案需要更多的錢來制造高質量的筆記本電腦，專業(yè)相機，購買錄像機卡和硬件，如3D打印架和HoloLens相機驅動器。同時，由于它只能支持30分鐘的視頻，因此不能長時間使用該攝像頭來提供第三方視角演示。如果受挫后，叫停了技術人員，終于找到了解決辦法，借助外置攝像頭帶USB接口的透視功能來實現(xiàn)第三方的透視功能。

6結語

數(shù)據可視化的初衷是利用更容易理解和記憶的圖形來增加數(shù)據的可讀性，使交流更簡單、更順暢，全息攝影可以像科幻小說一樣生動有趣。全息鏡頭從一開始就是一個傳奇，它的出生有各種不可能的場景讓它成真吧。不僅僅是揚棄了傳統(tǒng)的可視化數(shù)據方式，并將在未來提供更多的行業(yè)。

參考文獻：

[1]張開法.混合現(xiàn)實技術在大數(shù)據可視化中的應用[J].電腦編程技巧與維護， 2019， 000（004）：84-86.

[2]史啟民， 李東輝， 何鵬.大數(shù)據可視化技術在智能化行業(yè)中的應用[J].電腦迷， 2017， 000（030）：48.