時間：2023-09-19 16:25:51
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機可視化技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
微機已經廣泛應用于各種控制系統、智能儀器儀表、智能家電等領域。單片機性價比的提高，使單片機成為嵌入式系統的主流芯片。
目前，控制系統開發的常用方法是在PC機上編寫和調試單片機系統程序。雖然，國內外有不少單片機開發系統，但由于單片機與PC機體系結構不同，用單片機指令編寫的程序無法直接在PC機上運行，因此，系統開發時要有仿真器、編程器等專用設備，程序運行不能脫離單片機開發裝置。因此，基于單片機的系統開發，源程序調試工作非常復雜，操作繁瑣，調試結果的顯示不夠直觀。針對上述情況，研究異構計算機軟件移植可視化仿真技術，設計獨立于單片機開發裝置的可視化仿真系統，應用于控制系統和嵌入式系統的開發和實驗具有重要的意義。本文在研究異構計算機軟件移植可視化仿真技術的基礎上，實現了在IBM-PC機上運行51系列單片機指令的可視化仿真系統，該仿真系統完全獨立于單片機開發裝置。
1 軟件移植概述
1.1 軟件移植方法
計算機系統層次模型[1]說明了各層次之間的關系及程序的執行情況。指令在計算機中執行的過程，實際上是指令由系統的高層逐級向低層轉換的過程，從應用語言級直到微程序語言級，最后產生各種控制命令，驅動計算機的硬件完成指令功能。高層語言轉換為低層語言的實現方法有翻譯法和解釋法：翻譯法是將高層程序變換成低一層等效程序，其處理流程可描述為
while(excutingFlag)
{ 取指令；
分析指令；
轉換成本層指令并保存；
}
執行轉換后的指令；
上述流程中變量excutingFlag為執行程序是否結束標志，其值為0表示程序結束。翻譯法又分為動態翻譯和靜態翻譯。動態翻譯在程序運行過程中，將被仿真的指令逐條轉換成仿真程序代碼；靜態翻譯是代一次將所有被仿真的程序轉換為仿真代碼后執行。解釋法是低層機器仿真高層機器級語句或指令，即對高層機器級語言進行解釋并執行。其處理流程可描述為
while(excutingFlag)
{取讀指令；
分析指令；
解釋執行；
}
翻譯法速度快，但編程和調試困難；解釋法易實現和調試，但速度慢。異構機之間的軟件移植實際上也可以看成是將一臺機器上所描述的語言在另一臺機器上從高層向低層轉換的過程。要實現異構機之間的軟件移植，可以采用模擬和仿真兩種方法[1]。模擬就是用一臺機器（宿主機）的機器語言解釋另一臺機器（虛擬機）的指令系統來實現軟件移植方法。但是這種方法運行速度顯著降低、實時性差、編寫程序困難。仿真是用微程序（宿主機）直接解釋另一種機器（目標機）指令系統的方法。這種方法速度快，但微程序機器結構依賴于傳統機器級結構，開發人員需要了解微程序機器的邏輯結構，當兩種機器結構差別較大時很難仿真。
1.2 軟件移植步驟
在實際應用中，為了解決異構計算機之間軟件移植問題，可以根據設計人員的需要開發指令仿真系統。指令仿真系統開發的一般步驟為
(1) 分析仿真計算機和被仿真計算機的系統結構、指令系統、指令功能和指令結構；
(2) 需求分析，編寫程序模塊和各模塊流程圖；
(3) 選擇合適的編程語言并編寫程序；
(4) 程序調試和優化；
2 數據結構描述
數據結構描述關系到程序運行效率。在實際應用中，我們設計的仿真系統主要解決在IBM-PC機上執行由MCS51系列單片機指令系統所編寫的匯編源程序，在分析MCS51單片機內部結構[2]的基礎上，根據C語言的特點，同時兼顧程序運行的效率，合理地描述了系統設計所需的數據結構。
2.1 程序存儲器結構
MCS51內部雖然只有4kB的程序存儲器，但在實際應用中可以在外部擴展至64kB，其內部有一個16位的程序計數器PC可尋址64kB以訪問程序存儲器。根據單片機指令結構[2]及C語言的數據類型關系，并考慮到程序仿真時并不會用到所有的存儲單元，因此采用鏈式存儲結構。程序存儲器的數據結構描述如下：
typedef struct progMEM
{ char opCode;
unsigned label;
//該條指令如果有標號，則存放其地址
char opNum1;
char opNum2;
char opNum3;
pMEM recAddr;
//存放當前指令的地址
pMEM nextIs;
//指向下一條指令的地址
}MemData， *pMEM;
pMEM PC;
在結構體中，幾個字符型變量分別用于存放指令的操作碼和操作數，并用結構體指針變量存放當前指令及下一條指令的地址。仿真系統將單片機源程序翻譯成目標代碼放在程序存儲器（結構體）中，通過結構體類型的指針變量可以訪問程序存儲器中的指令。
2.2 數據存儲器結構
MCS51將工作寄存器、端口和數據存儲器統一編址，存儲空間為256B。堆棧區設在30H~7FH，由堆棧指針SP指向棧頂。內部RAM，除了工作寄存器、位標志、堆棧以外的單元，其余都可以當一般數據寄存器使用。如果內部數據存儲器不夠用，可以外接數據存儲器，擴展至64kB。內部數據存儲器在程序調試時需經常查看單元內容，且數量不大，因此將內部數據存儲器定義為數組，堆棧指針定義為整型，并初始化為30H。
char dataRAM[256];
int ramSP=0x30;
數據存儲器單元的地址和數組的下標對應，這樣在程序調試時，如果要查看內部數據存儲器的內容，只要查看數據相應元素的值即可。另外定義一個結構體類型，模擬外部擴展的數據存儲器，結構體定義如下：
typedef exDataRAM
{ char data;
unsigned addrRAM;
//存放存儲單元的地址，用于查詢
exRAMpt exDataP;
}RAMdata， *exRAMpt;
如果用到外部數據存儲器，則將數據存在動態鏈式存儲結構中，由于仿真程序運行時使用本機的存儲器，因此其地址與仿真的單片機的地址不同，用一個變量addrRAM存放數據存儲器的地址，以便于地址單元內的數據查詢。
3 軟件移植的可視化仿真
軟件移植可視化仿真系統，不僅要完成匯編指令的功能，而且應該根據要求查詢程序執行后各寄存器的內容、端口的狀態和運行結果。在系統開發過程中，我們詳細分析了單片機指令格式[2]和計算機執行指令的過程[3]，并根據仿真的速度要求，通過比較各語言的特點，選用Visual C++語言和80x86匯編語言，采用C語言環境下的在線匯編技術，用解釋法實現可視化指令仿真系統。
3.1 軟件移植過程
解釋法完成異構機指令仿真，需要對源程序中的每一條指令執行如下操作：
step1 對指令從右向左掃描，如果有注釋，則去掉注釋；
setp2 對指令從左向右掃描，如果有標號，則去掉標號，并記錄標號所在位置；
step3 將無標號和注釋的指令從左向右逐步分離出操作碼和操作數；
step4 保存操作碼和操作數；
step5 分析操作碼的功能并執行該指令。重復執行以上步驟直到程序結束，對分離出的操作碼和操作數存入結構體progMEM定義的變量中。實現這一過程的函數結構如下：
pMEM StringSplit(char *IstructionString)
{ IsCode_Num=new MemData;
?
if(scan_char==’;’)
{ 去除分號后的內容; }
if(scan_char==’:’)
{ 保存該指令所在單元地址; }
if(scan_char==’ ’)
{ 保存空格前的字符串; }
//得到的第一個字符串為操作碼
?
return(IsCode)
}
該函數入口參數為指令字符串，返回指向保存該指令的結構體變量的指針。生成目標代碼和執行指令的過程可以用switch語句或事先設計函數跳轉表實現[4]，本文采用switch語句實現，實現函數結構如下：
void GetCode(pMEM inCode)
{ ?
switch(opCode)
{ case code1: excuCode1()；break;
case code2: excuCode2(); break;
?
case codeN: excuCodeN();break;
}
?
}
以上代碼中excuCodeN的入口參數為指令的操作碼和相應的操作數。
3.2 可視化仿真的實現
可視化仿真系統應該提供一個集成開發環境，在此環境下可以編輯新的匯編程序和打開已經存在的源程序，并能將用被仿真計算機語言所編寫的源程序匯編（編譯或解釋）成IBM-PC所能識別的代碼及執行所需的操作，根據需要查詢相應存儲器單元的內容和端口的狀態并顯示查詢結果。本系統在實現集成開發環境時，設計一個文本窗口，在窗口內輸入的每條指令占用一行，程序輸入后，選擇工具菜單中的“執行”命令，則對窗口內的指令逐行掃描，完成對程序的解釋執行。程序執行分單步執行和連續執行，如果是單步執行，則執行一條指令后顯示相應存儲單元或寄存器的內容。連續執行，則在執行完所有的指令后，彈出一個對話窗口，根據實際，可以查看所有數據存儲器和特殊功能寄存器的內容，或者輸入要查看的寄存器或內存單元的地址，顯示相應單元內容，結果顯示采用十進制或二進制。對于端口狀態，顯示數據為二進制形式。結果的可視化查詢對于存儲器和寄存器采用不同的技術，為每一個寄存器設置一個文本框，用以顯示對應寄存器的內容，而所有程序中涉及到的存儲單元的內容顯示在同一個文本窗口中。
4 結束語
本文介紹的可視化仿真系統的開發技術，使用圖形用戶界面（GUI），實驗結果表明，該方法顯示直觀、結果查詢方便，而且應用VC環境下在線匯編技術，編寫的程序代碼占用系統資源少，又能保證系統運行效率。雖然本文以IBM-PC和單片機作為應用實例，但是詳細分析其它異構計算機的體系結構和指令功能，使用本文提出的軟件移植的可視化仿真技術，不僅可以解決各種系統開發中的難題，而且可以解決各種異構計算機之間的軟件兼容性和移植性問題。
參考文獻
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[關鍵詞] 信息可視化； 網格； 可視化系統
[中圖分類號] TP311.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）20- 0071- 03
1 信息可視化與網格概述
1.1 信息可視化概述
所謂可視化，就是把數據信息和知識轉化為圖形、圖像等比較直觀的視覺形式的過程，它充分利用人們對這些可視模式能夠快速識別的自然能力，以良好的可視界面滿足人們觀察、瀏覽、操縱、過濾、研究、探索、理解、發現大規模數據的需求，并方便人們與之交流，從而可以有效地發現隱藏在信息內部的特征和規律，并加以總結和推廣。進一步，對繁雜的抽象信息之間的復雜關系進行探索的努力，促使了信息可視化這一嶄新科學領域的出現。它是一門將信息和數據轉換為人們可以直觀、形象理解的圖形或圖像表達方式的技術，從而通過對信息的感知將其內在化成知識。它結合了科學可視化、人機交互、數據挖掘、圖像技術、圖形學、認知科學等諸多學科的理論和方法，而逐步發展起來。作為人和信息之間的一種可視化界面，交互技術顯得尤為重要，傳統的人機交互技術幾乎都可以得到應用。人機交互是研究人、計算機以及它們相互影響的技術，而信息可視化則是研究人、計算機表示的信息以及它們相互影響的技術。除了如何繪制關心的對象的可視化屬性的問題以外，更重要的是如何把非空間抽象信息映射為有效的可視化形式。
可視化技術最初應用于科學計算，隨著社會信息化的推進和網絡應用的日益廣泛，信息源越來越龐大，也越來越復雜，可視化技術已不僅用于科學數據，而且要作為一個基本工具，應用于抽象信息，揭示信息之間的關系和信息中隱藏的特征。目前，信息可視化的研究熱點之一是網絡信息可視化。網絡信息分布在遍及世界各地的數以萬計的網站上，網站通過文檔之間的超鏈接交織在一起。不論網絡現在的規模有多大，可以預見的是，它還將繼續膨脹。如何方便地利用Web上的信息，成了一個迫切需要解決的問題。然而，目前的信息訪問方式卻遠遠不能讓人滿意。網絡信息可視化在幫助人們理解信息空間的結構，快速發現所需信息，有效防止信息迷航等方面將會扮演越來越重要的角色。
1.2 網格的概念與應用
網格是一種正在發展的新興技術， 人們對它還沒有一個統一的認識。有人將其看作是未來的互聯網， 也有稱“ 網格”代表“ 國際互聯網2”和“ 下一代互聯網”等。此類說法雖不嚴謹， 但也說明了“ 網格”是繼互聯網之后出現的一種新型網絡技術平臺。通俗地說， 它是把地理位置上分散的資源集成起來的一種基礎設施， 通過這種基礎設施， 用戶不需要了解這個基礎設施上資源的具體細節就可以使用自己所需要的資源。作為構筑在互聯網上的一組新興技術， 它將高速互聯網、計算機、大型數據庫、傳感器和遠程設備等融為一體， 為科技人員和民眾提供更多的資源、功能和服務。不難預測，與萬維網一樣，原來為科研服務的網格也會很快用于傳媒、傳統產業、電子商務、娛樂等各個領域。網格通過任何一臺計算機都可以提供無限的計算能力，可以接入浩如煙海的信息。這種環境將能夠使各企業解決以前難以處理的問題，最有效地使用他們的系統，滿足客戶需求并降低他們的計算機資源總成本。它所要達到的目的有三個，其一是資源的集中，使用戶能夠將企業整個IT基礎設施看作是一臺計算機，能夠根據需要找到尚未被利用的資源。其二是數據共享，使企業接入遠程數據。其三是通過網格來加強合作，使廣泛分散在各地的組織能夠在一定的項目上進行合作，整合業務流程，共享從工程藍圖到軟件應用程序等所有信息。
2 面向網格的可視化研究
2.1 信息可視化與網格計算的融合
作為一種發展中的技術，廣義上可以認為網格是一種面向互聯網的分布式計算技術和中間件。可視化與網格具有緊密的聯系：一方面可視化通常是科學計算結果的后續處理步驟，另一方面可視化本身也是一種數據與計算密集型應用。可視化和科學計算一樣是促進網格發展的動力。網格支持互聯網范圍的可視化應用，它對于可視化應用的意義有以下幾個方面：
（1） 隨著科學計算和醫學等應用的發展，可視化數據集的存儲量和計算量不斷增大。一些數據集的存儲量已達到太（T）字節，網格技術能夠通過動態的資源組織滿足數據存儲和計算的要求，它能提供自治和動態的資源管理，實現數據采集、存儲和計算的分布，增強科學家理解和使用科學數據的認知能力，延伸人類科學活動的范圍。
（2）可視化應用具有較高的數據要求和計算要求，一般只能在較高端的平臺上運行，往往需要遠程使用。隨著互聯網的普及，遠程可視化的空間進一步擴大了， 與基于Web 的遠程可視化相比，網格提供了一個更為統一的資源共享和使用的平臺，在這個平臺上協調各種資源、提供遠程可視化服務存在很多新的挑戰，因為需要處理數據、計算和顯示等多種類型的分布。
（3） 面向網格的可視化應用不僅應該支持用戶的遠程訪問，而且應該支持用戶間的協同。人們已經對協同可視化進行了大量研究。協同也是網格的一項重要特征。如網格可以提供虛擬組織支持，這種虛擬組織的概念除表現為資源的虛擬化外，更突出表現為多個用戶之間的協作。
（4） 科學計算和可視化都是網格的主要應用對象。可視化通常是科學計算的后續處理步驟，為了更好地對科學計算結果進行可視化和駕馭，需要在可視化流程和科學計算過程之間進行協調和集成，通過這種集成可以更好地獲得反饋并進行控制，提高資源的利用效率，方便問題求解環境的構建。所以面向網格的可視化和面向網格的科學計算的集成也是一個重要的研究領域。
2.2 面向網格的可視化的研究內容
20 世紀90 年代中后期以來，計算機迅速普及，網絡技術飛速發展，計算機集群和聯網計算機逐步取代了傳統的高端并行機而成為并行可視化應用的理想平臺。而Internet 的興起使得可視化應用利用Internet 范圍的存儲、計算和繪制資源，并在Internet范圍內提供服務成為一種可能和現實的需求。傳統的網絡可視化研究沒有考慮面向INTERNET 的異構性、互操作性、動態性和可擴展性，而從集中到分散、從緊耦合到松耦合、從小范圍到大范圍是并行計算機和網絡技術的發展趨勢。網格技術正是在這種條件下產生的一種前瞻性的面向互聯網的分布式計算方式，它是傳統的并行計算和分布式計算在深度和廣度上的拓展。雖然網格技術仍在發展之中，但是它所提供的資源匯聚、自治協調等功能將使得可視化應用在更廣的范圍內進行數據存儲和計算，更好地與科學計算程序集成，并讓更廣范圍的用戶通過網絡以遠程或協作方式使用可視化應用。面向網格的可視化已經成為可視化領域的一個新的研究。國內外都在面向網格的可視領域內進行了較多研究，早期的研究主要是利用計算分布和數據分布完成可視化任務，后來的研究向縱深發展，其側重點也有所不同。一些研究不僅利用網格資源進行并行繪制，而且可以提供遠程繪制服務；一些研究項目致力于功能更為全面的面向網格的可視化軟件和中間件；另一些研究則側重于現有可視化軟件的“網格化”；還有一些研究特別將重點放在了網絡可視化中海量數據的傳輸中。以上這些研究雖不成熟，但都是在面向網格的可視化領域內的有益探索。
3 構建面向網格的可視化系統
隨著網格環境的建設的逐步完善和科學計算的需求日益增長，如何構建一種適用性好、交互性強、易于擴展的網格環境下的可視化系統，成為目前面向網格的可視化應用研究的重點問題。基于網格計算環境的特征，并參考國內外已有的遠程可視化系統，可以從以下幾個方面來考慮：
3.1 關于系統的設計目標
（1） 高效地提供優質的可視化結果。由于涉及到大規模的數據，一般的可視化軟件均需要較高配置的運行環境。只有在基于高性能計算網格的環境中，利用高性能的CPU、計算和可視化硬件環境，才能高效地可視化大規模甚至超大規模科學計算所得數據，得出高質量的可視化結果，從而方便對數據進行進一步分析。
（2） 簡化用戶操作。若使用一般的可視化軟件，在直接對數據進行可視化前，有可能需要對計算所得到的大規模數據進行篩選、轉換存儲方式等操作。高性能計算網格環境下的可視化系統應有機地與整個網格環境結合起來，在得到計算結果時，自動進行某些用戶自定義操作，從而簡化用戶操作。
（3） 提高可視化過程的交互性。可視化服務器屏蔽在網格中間件之下，在對數據進行可視化的過程中，用戶可以進行交互，滿足特定需求。
（4） 有效利用已有可視化軟件。網格計算環境中已經集成的大量優秀可視化軟件中，有的應用范圍涵蓋了相關學科的多個應用領域，有的成為了相關學科數據分析的常用工具。充分利用這些軟件，將這些軟件以系統組件的方式融入到系統中來，將極大提高系統的可用性，降低其開發周期，充分利用網格環境資源共享的特征。
（5） 很好的可擴展性。一個可視化中心，不同領域不同部門用戶的可視化要求各不相同，而且隨時可能有變化或有新的可視化要求。系統要能夠方便地修改已有的服務和添加新的可視化服務。
3.2 面向網格的可視化系統的工作模式
可視化應用一般需要較大的計算量，可以利用網格上的高性能可視化資源完成可視化任務，然后將結果圖像傳送到用戶的客戶端顯示。這樣，客戶端只完成結果圖像的顯示，無需專用的軟、硬件資源，對客戶端的軟硬件要求將大大降低，易于實現異地多用戶的協同設計和分析。可視化資源共享的工作模式如圖1所示。
（1） 用戶通過Web 瀏覽器訪問可視化應用服務門戶，設置可視化應用參數。以虛擬環境為例，主要是三維場景運行信息，包括地形文件、運動實體幾何模型文件，模型驅動方式、海洋參數、三維路徑參數等。
（2） 可視化應用門戶服務器基于JSP 等動態網頁技術響應客戶端的請求，用戶的操作結果在門戶服務器上存儲為XML 格式的可視化應用配置文件，并將該配置文件傳送到可視化應用服務器。
（3） 可視化應用服務根據配置文件，利用網格中間件查找相應的模型資源，完成相應的可視化任務，并繪制到圖形加速卡的幀緩存中。
（4） 可視化應用服務捕捉幀緩存中的三維場景圖像，并保存為圖像文件，傳送回可視化應用門戶服務器，門戶服務器將場景圖像傳送到客戶端顯示。
3.3 面向網格的可視化系統的體系結構
面向網格的可視化系統分為4 層結構，即可視化資源層、網格中間件層、可視化應用服務層和可視化應用網格門戶層，如圖2所示。
（1） 可視化資源層。提供網格調度使用的各種可視化資源，包括科學計算可視化工具、視景仿真驅動軟件和圖形繪制硬件等。
（2） 網格中間件層。完成可視化服務的部署、注冊、調度、服務發現等網格資源管理功能。
（3） 可視化服務層。響應可視化應用門戶的任務請求，利用可視化網格資源完成具體的可視化任務。其中，可視化任務解析服務負責解析XML 格式的可視化任務描述文件，并調用其他可視化服務完成可視化任務。
（4） 應用門戶層。接收用戶的交互信息，生成可視化任務描述文件，向用戶顯示可視化任務執行結果。
4 總結和展望
面向網格的信息可視化技術拓展了并行可視化和分布式可視化的研究范圍，使可視化可以在更廣的范圍內進行數據存儲和計算，更好地與科學計算連接，并讓更廣范圍內的用戶通過網絡以遠程或者協作方式進行可視化。隨著研究的不斷深入，面向網格的可視化應用研究可以從兩個方面來努力，一方面是進一步完善系統服務管理、檢測和監控，增強系統的安全，提高系統的健壯性和適用性，另一方面是從應用出發，結合高速互聯網的普及與發展，根據用戶不斷變化的需求，增加更多的可視化服務。
主要參考文獻
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【關鍵詞】科學計算可視化 電力系統 培訓應用
科學計算可視化是運用計算機圖形學或者一般圖形學的原理和方法，將科學與工程計算等產生的大規模數據轉換為圖形、圖像，以直觀的形式表示出來[1]。科學計算可視化涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計級圖形用戶界面等多個研究領域，已成為當前計算機圖形學研究的重要方向。
一、可視化技術在電力系統仿真培訓中的應用
電力系統的可視化包括電網信息可視化以及分析決策過程的可視化[2]。電網系統中電氣信息量各自有各自不同的特點，可視化技術的應用能夠起到數據挖掘的作用，如可以用餅狀圖表示的百分數來代表輸電線路的負載率。因電力系統輸電線路上的潮流等不是靜態過程，用動畫技術可以明確表示出輸電線路上的潮流動態過程，這樣不僅可以使觀察者詳細觀察各參數的動態變化過程，而且能夠增強可視畫面的顯示效果。研究電力系統可視化的過程中，還要注意電力系統中相關的多維信息，如線路負載、發電機有無無功設備、變壓器檔位等。另外還要注意事故分析、線路傳輸量等變量因素，研究這些電力系統中的數據，需引入三維可視化技術進行分析。三維可視化視圖技術能更立體、更形象的展示出相關的參數變化。在電力系統中，潮流計算是應用最為廣泛、最重要的一項計算[3]。潮流計算是電力系統靜態和暫態計算的基礎，也是分析電力系統規劃設計和運行方式、可靠性及經濟性定量分析的基礎。電力系統分析過程中的可視化可以從電網大量越限信息中抽取重要事件，從電網動態平衡中獲取有效信息，電力系統中如能將潮流計算、短路計量以及靜態安全分析等與可視化技術聯系起來，可以使運行人員方便地切除或增加新設備，實現網架結構操作等。在完成操作的同時，可以借助相關的可視化手段對系統的運行狀況、變化情況以及電氣量之間的相關關系進行分析評價，減輕運行人員的壓力。
二、科學計算可視化在教學培訓中的應用
科學計算可視化具有直觀、交互性強等特點。科學計算可視化的電力系統能夠將潮流、功率等較為抽象的電氣量以及動態過程以圖形這種簡單直觀的圖像展現出來。在各大高校以及相關科研院校中，科學計算可視化能更好的提高學生對電力系統相關概念的理解，很好的輔助教師的教學活動，同時也是研究人員深入發掘數據的有效手段。
電力系統的運行必須確保安全可靠，在提高高安全、高質量供電基礎上，電力系統的操作人員也應該實現高水平操作。電力系統操作人員在遇到操作事故時必須做出正確快速的操作，可視化技術的出現可以讓學員對電網做身臨其境的模擬分析[4]，可以更清楚的看清問題解決的過程，還可以更好的利用計算機仿真來解決出現的問題。
三、科學可視化技術在電力系統中的應用前景
電力系統科學可視化技術的提出還處在起步階段，科學可視化利用圖形展現相關的電力系統信息，能夠充分利用人的圖形感知能力，提高運行人員對電力系統運行狀態的認識。科學可視化技術手段利用圖形進行靜態安全評估：利用單線圖表示電力系統中的運行故障、故障嚴重程度以及元件的脆弱性，更直觀的展現系統的整體安全運行情況，提高學生對電力運行安全性、重要性的認識，實現教學目的。科學計算可視化側重于解決數據密集型和人參與的信息處理循環事件，相對于實時應用來講，電力系統中數據密集程度越高，人參與的程度越深，科學計算可視化的應用也就越有意義。因此科學計算可視化應不僅僅局限于實時應用，更應將研究設計和實時應用結合起來。
科學計算可視化對電力系統的規劃設計具有輔助作用。在規劃過程中，可能產生多套實施方案，需要從中選出最優方案，這也就需要對多種方案進行數據以及安全性的分析。數據分析不僅需要一個包含電網參數與設計信息的數據庫，也需要一個能直觀表達信息的形式[5]。在分析過程中采用可視化技術，設計者能夠根據可視化表現出來的數據及相關信息進行計算控制，計算控制不單是指隨時中斷計算過程，也包括能夠動態的修正相關數據及算法。如能將可視化技術應用到電力系統教學中，可以充分提高研究人員的研究成果，提高教師教學的準確性。可視化的技術應用還可以協助調度人員迅速掌握系統運行的相關情況，幫助調度人員及時了解故障出現的可能性以及安全性，使調度人員能更安全、更經濟的處理故障和調整系統的運行。與當前所使用的人機界面不同，科學可視化技術主要利用圖形展現信息的大量運算以及安全評價信息，而不是利用符號與數字來呈現。圖形能更好的表達數量大、復雜且精度要求不高的信息[6]。在電力系統教學中實施科學計算可視化，有助于學生更好的了解教師所講知識，提高教師的教學質量，促進學生全面素質的提升。
參考文獻
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如上期《思維可視化研究之目的與技術支撐》一文所述，對教學而言，“思維可視化”是指將原本不可見的思維路徑、方式、規律運用圖示或圖示組合的方式呈現出來，以期實現增強記憶及加深理解的效果。其本質也就是隱性思維顯性化的過程。為了進行思維可視化的教學研究，必須對可視化本身的類型、進展，以及可視化教學研究方面進行考量。
可視化的類型
從基本原理上講，可視化（Visualization）是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術。“可視化”一詞來源于英文的visualization，原意是“可使看得見的，清楚地呈現”，也可譯為形象化、成就展現等。事實上，將任何抽象的事物、過程變成圖形圖像等形象化的表示都可以稱為可視化。[1]從另一個角度說，可視化是一個過程——它將數據、信息和知識轉化為一種形象化的視覺表達形式。充分利用了人們對可視模式快速識別的自然能力，以形象化的姿態接受大眾的解讀。[2]“可視化”作為專業術語最早出現在1987年2月，當時美國國家自然科學基金會（National Science Foundation，簡稱NSF）召開的一個專題研討會，給出了科學計算可視化的定義、覆蓋的領域以及近期、長期發展的方向。這標志著科學計算可視化作為一個學科在國際范圍內已經成熟。[3]作為一個新的學科，目前可視化研究的類型主要是以下三個方面。
1.數據可視化
數據可視化（Data Visualization）是關于數據之視覺表現形式的研究；其中，這種數據的視覺表現形式被定義為一種以某種概要形式抽提出來的信息，包括相應信息單位的各種屬性和變量。數據可視化技術的基本思想是將數據庫中每一個數據項作為單個圖元元素表示，大量的數據集構成數據圖像，同時將數據的各個屬性值以多維數據的形式表示，可以從不同的維度觀察數據，從而對數據進行更深入的觀察和分析。數據可視化主要旨在借助于圖形化手段，清晰有效地傳達與溝通信息。
2.信息可視化
信息可視化（Information visualization）是一個跨學科領域，旨在研究大規模非數值型信息資源的視覺呈現，信息可視化側重于抽象數據集，在科學技術研究領域，信息可視化這條術語則一般適用于大規模非數字型信息資源的可視化表達。信息可視化致力于創建那些以直觀方式傳達抽象信息的手段和方法。利用人類對視覺對象的快速辨別能力，使人們在這種新型高效的視覺化界面的幫助下，快速識別出數據背后事物之間的關系及其發展趨勢。信息可視化的英文術語“Information Visualization”是由斯圖爾特·卡德、約克·麥金利和喬治·羅伯遜于1989年創造出來的。斯圖爾特·卡德1999年的報告將其定義為：“借助于計算機支持的，交互性的視覺表示法來表現抽象數據和增強認知”。[4]
3.知識可視化
知識可視化是可視化在教育應用領域研究的一個新分支，是在科學計算可視化 （Scientific Computing Visualization）、數據可視化（Data Visualization）和信息可視化（Information visualization）基礎上發展起來的。[5]2004年，Eppler&Burkard將知識可視化定義為：“知識可視化是運用視覺表達手段來研究在兩個以上人之間知識創造的提高和傳播的作用，知識可視化也可被認為所有用來構成和傳輸復雜意識的圖解手段。”[6]一般來講，知識可視化領域研究的是視覺表征在提高兩個或兩個以上人之間的知識傳播和創新中的作用。這樣一來，知識可視化指的是所有可以用來建構和傳達復雜知識的圖解手段。除了傳達事實信息之外，知識可視化的目標在于傳輸見解、經驗、態度、價值觀、期望、觀點、意見和預測等，并以這種方式幫助他人正確地重構、記憶和應用這些知識。
可視化研究的進展
可視化的研究是伴隨著科學技術的發展，經歷了數據─信息─知識可視化的研究歷程。但是，隨著基于計算機的工業設計的興起和腦科學的發展，可視化研究開始向思維研究的領域發展。可視化圖形圖像以及背后的數據來源和創造歷程更是讓人們為之詫異不止。它涉足制圖學、圖形繪制設計、計算機視覺、數據采集、統計學、圖解技術、數型結合以及動畫、立體渲染、用戶交互等。相關領域有影像學、視知覺、空間分析、科學建模等。隨著可視化技術的應用和發展，可視化研究也從計算機科學領域向與其他學科的交叉領域滲透，包括心理學、教育學、神經科學、管理學等學科。
從可視化研究方面講，在計算機出現之前，可視化主要通過手工繪制。最具代表性的例子是英國麻醉學家、流行病學家JohnSnow繪制的關于1854年倫敦霍亂流行情況分析圖，他用地理坐標方格圖標繪了霍亂爆發后，死亡病例的位置以及每個病例使用水泵的情況，發現了水泵是這次霍亂爆發的來源，從而成功地驗證了他的理論/假設：受污染的水是導致霍亂爆發的原因。[7]然而，直到計算機發明以后，可視化才真正成為人們分析數據，獲取有用信息的手段。[8]數據可視化的概念起源于1960年的計算機圖形學，人們使用計算機創建圖形圖表，可視化提取出來的數據，將數據的各種屬性和變量呈現出來。隨著計算機硬件的發展，人們創建更復雜規模更大的數字模型，發展了數據采集設備和數據保存設備。同理，也需要更高級的計算機圖形學技術及方法來創建這些規模龐大的數據集。對于真正的可視化研究主要從關注科學計算和數據的可視化研究開始，1987年，由布魯斯·麥考梅克（Bruce H. McCormick）、托馬斯·德房蒂（Thomas A. DeFanti）和瑪克辛·布朗（Maxine D. Brown）所編寫的美國國家科學基金會報告《Visualization in Scientific Computing》，拉開了科學可視化研究的序幕。[9]
幾十年來，可視化一直是研究的熱點，眾多的大學、跨國公司以及著名的實驗室均投入了大量的人力、物力開展對可視化的研究。隨著數據可視化平臺的拓展，應用領域的增加，表現形式的不斷變化，以及增加了諸如實時動態效果、用戶交互使用等，數據可視化像所有新興概念一樣邊界不斷擴大。數據可視化在發展過程中，經歷了科學可視化“利用計算機圖形學來創建視覺圖像，幫助人們理解科學技術概念或結果的那些錯綜復雜而又往往規模龐大的數字表現形式”。例如，利用經驗數據，科學可視化在天體物理學（模擬宇宙爆炸等）、地理學（模擬溫室效應）、氣象學（龍卷風或大氣平流）模擬人類肉眼無法觀察或記錄的自然現象；利用醫學數據（核磁共振或CT）研究和診斷人體；在建筑領域、城市規劃領域或高端工業產品的研發過程中發揮重大作用。又如，在汽車的研發過程中，需要輸入大量結構和材料數據，模擬汽車在受到撞擊時如何變形。在城市道路規劃的設計過程中，需要模擬交通流量。雖然科學可視化的表現形式對于普通人比較陌生，像粒子系統、散點圖、熱力圖等圖表不接受專業訓練很難看懂。但實際上科學可視化的成果已經滲透到我們生活的每個角落。數據的可視化在計算機科學的圖形學領域成為研究重點，如浙江大學CAD國家實驗室所關注的三維建模和虛擬現實。以微軟為代表的應用軟件開發商，開發了大量對數據進行可視化的軟件如GRAPH圖表等，應用于各個領域。隨著可視化技術的發展，可視化工具包即具有可視化功能的軟件包越來越豐富，它采用菜單驅動，支持有限的數據類型和可視化算法，用戶通過程序調用實現數據的可視化，但不需要編程，可視化形態也從2D向3D發展。典型的可視化工具包有Ensight，MayaVi，ParaView，pV3，PV-WAVE，Vis5D等。[10]
90年代初，信息可視化進入人們的視野。用于解決對異質性數據中“抽象”部分的分析。幫助人們理解和觀察抽象概念，放大了人類的認知能力。也就是信息可視化開始關注普通用戶的知識表達和知識傳遞，使可視化技術向非專業用戶和其他學科領域延伸。例如，商業及管理圖形決策系統、圖形化數據顯示、演示圖形系統、可視化信息系統、C3I（指揮、控制、通信和信息系統），金融的圖形系統及商業和科學圖表與圖形。在電子教室的認知研究結果的基礎上發展的開發視覺思維能力和創新能力的兒童和成人教育與學習的可視化工具與技巧。各種信息圖形軟件中的視覺呈現研究發展，在屏幕布局、窗口、圖標、字體設計和動畫，改善彩色圖形顯示和圖形用戶界面（GUI）的開發工具及可見語言編程工具的改進。視覺藝術和設計的計算機圖形應用程序，涉及平面設計、工業設計、廣告及室內設計，包括設計原則、色彩、比例及地方與視覺元素方向的有關標準等研究。
知識可視化是在科學計算可視化、數據可視化、信息可視化基礎上發展起來的新興研究方向，它應用視覺表征手段促進群體知識的傳播和創新。其定義可概述為：“知識可視化是研究如何應用視覺表征改進兩個或兩個以上人之間復雜知識創造與傳遞的學科。”而美國的斯馬爾蒂諾（Smaldino）在《教學技術與媒體》一書中揭示了圖片、插圖和文字從具體到抽象地表現了不同種類符號的真實程度，可視化內容以圖片呈現已經成為體現可視化優勢的重要手段。[11]如何把知識以圖形圖像的方式可視化呈現已經成為可視化應用領域研究的熱點。由于很多學者通常將知識體系分為四個等級：數據、信息、知識和智慧。Gene、Durval和Anthony認為理解（Understanding）支撐著數據到信息和知識的轉換，理解并不是一個獨立的層次。[12]趙國慶等曾從可視化對象、可視化目的、可視化方式和交互類型四個方面對數據可視化等信息可視化與知識可視化進行了比較。[13]針對智慧（思維）可視化的方法、技術的相關研究也頗多，主要集中在用何種結構的圖形圖像顯示知識更符合人們的思維方式，如啟發式草圖（Heuristic Sketches）、視覺隱喻（Visual Metaphors）、因果圖、想法魚池（Idea Quarium）、思維導圖（Mind Map）、思維地圖（Thinking Maps）等就是相關的嘗試。受化學中元素周期表的使用、外觀和邏輯的啟發，Ralph和Martin在2005年整合了形式多樣的視覺表征，依據各類視覺表征的相關性和不同點對技術進行編號、上架，從管理學的角度形成“可視化周期表方法”，[14]形象直觀地揭示了不同形式的視覺表征在管理學相關領域知識的聯系和區別。這些可視化方法是一種系統的、有一定規則的、外部的、持久的用來傳達某種信息的圖形圖像表征，他們有益于人們獲得知識、闡述觀點或交流經驗。可視化元素周期表方法提供了管理學應用領域知識可視化具可操作性的策略。
思維可視化的教學研究
數據、信息、知識的表現形式可以是美麗、優雅、生動、形象或描述性的。有多種傳統的數據、信息、知識表現形式在不同的項目及可能的場合被頻繁地使用，如表格、餅圖、柱狀圖等。但為了更有效地向人們傳達知識信息，有時你需要的絕不僅僅是一張餅圖或直方圖。還應該有更好的、深刻的、富于創造性及趣味性的方法來表達可視化數據、信息或知識。這是創造性設計美學和嚴謹的工程科學的卓越產物。用極美麗或形象的形式呈現可能非常沉悶繁冗的數據，其表現和創作過程完全可以稱之為藝術，而教學從另一個角度說也是一種藝術，這也正是人們所期待的。這些需求和期待也正蘊含著思維可視化將成為更為豐富的教學研究對象。就目前而言，思維可視化在教學方面的研究可以歸結如下。
1.教學對象的研究
在思維可視化的課堂教學中，學生被海量的視覺和圖形信息轟炸，直接影響著學習者的思維變化。大量包含功能強大的圖像和符號的電子媒體出現在學習和生活中，學習者需要什么樣的技能和素養才能滿足思維可視化學習的需求。我們的教育系統是否能夠幫助學生不僅理解圖形和圖像，而且還使用圖形和圖像進行有效溝通，開展正確思維。[15]這也常被人們稱之為視覺素養能力的培養。作為可視化教學的教師應該具備更全方位的視覺素養能力，這也是重要的研究。
2.教學環境的研究
為了滿足思維可視化教學過程的需要，可視化的教學環境如何去構建，已經成為教育技術領域的研究熱點之一，如諾丁漢大學的視覺學習實驗室、北卡羅萊納州立大學的SCALE─UP教室、華東師范大學的未來課堂以及眾多的智慧教室的提出都具備多屏顯示的特征，為可視化教學的實施提供嘗試。可視化教學環境的研究牽扯到多個學科領域，包括技術層面和教學層面。
3.教學策略的研究
早前的可視化策略，主要集中在通過對文本鏈接的可視化效果，來增加對文字作品或文學作品的理解。[16]但是，新的思維可視化教學過程描述的是一個完整的把可視化融入教學的各個環節，包括教學內容的細節，能激發學習者學習興趣的節點。在教學的每個階段都可以使用可視化手段和可視化內容，所以會使可視化教學策略的研究內容更為豐富。技術工具的使用策略，可視化內容的設計策略，可視化教學活動設計策略等都需要研究。具體包括多學科方法和技術為基礎的教學，思維導圖、圖形組織者、閱讀障礙等。
4.教學評價的研究
杰森·理查德森，直言不諱地批評標準化測試，因為目前的評估措施主要是針對學習者對事實記憶的評價，而不是學生的技能或能力。新的可視化教學可能因為媒體技術和學習理念的變化發生改變，那么如果我們的評價方式沒有改變，這些教學上的改變將無法進行，應該說可視化教學的評價是促進可視化教學發展的關鍵，必須得到研究者們的關注。
小結
從早期媒體的發展到新媒體技術的出現，可視化一直伴隨著教學的發展，人們不需要再去質疑可視化所能帶來的好處，而需要做的是如何緊跟可視化教學發展的基本脈絡。按照新媒體技術發展的新趨勢，融合新的學習理論研究成果，去探索如何提供更好的教學環境和教學設計使思維可視化的巨大作用能夠充分地發揮出來。技術環境提供了可視化教學應用的可能，但真正的可視化教學應用還需要除硬件環境以外的教師和學生的改變，我們教育研究者所要做的是拓展研究的思路，如何提供更好的教學環境和教學設計使可視化的巨大作用能夠發揮出來。隨著技術的發展，信息技術和智能識別技術可以記錄各種交互信息，分析技術如視頻行為分析、社會網絡分析法給可視化教學活動的量化評價提供了便利的方法和理念。未來科技或許將為我們的課堂帶來巨大的變革，而教學研究思路的轉變就是迎接課堂變革的重要部分，其中思維可視化將會成為教學理念改變的一個重要途徑。
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【關鍵詞】可視化 數據挖掘 技術分析
傳統的數據挖掘技術在應用過程中，應用者是無法觀察到數據挖掘的過程，只能夠獲得結果，在數據分析與挖掘的過程中使用者并不能直觀的觀察過程，其往往會導致使用者更與單一性的分析數據挖掘結果，失去數據挖掘的意義。可視化數據挖掘技術結合了計算機與用戶的視覺感受，是一種能夠直觀觀察的數據挖掘方式，在數據挖掘過程為用戶提供直觀性的信息數據，便于用戶交互流量數據，從而極大程度提升數據挖掘的效率、準確性、有效性，獲得更有使用價值意義的數據結果。
1 可視化及數據挖掘的含義
所謂的可視化，也就是指人借助視覺觀察并在思維中形成客觀事物影像的過程，這是一種心智處理的過程。可視化能夠提升人們對事物的觀察準確性并形成一個完整的整體概念。可視化結果能夠便于人們理解和記憶，并且對于信息的表達方式、處理方式是其他方式無法替代的。可視化技術普遍是以人所習慣的圖形、圖像為工具融入到信息處理技術當中，主要是將信息化數據以更加直觀的方式讓人所接受和理解。通過仿真化、形象化、模擬化等全新技術方式重現出來。可視化不僅可以以客觀的現實展現數據內容，還可以為使用者提供富有規律、客觀、真實的數據信息。數據挖掘主要是指借助檢測和分析數據，獲得更多潛在的有使用價值的信息。數據挖掘的定義主要分為狹x與廣義。狹義的數據挖掘主要是按照已經處理過或分析過的數據，從當中提煉出有使用意義的信息數據，從廣義上分析，主要是在數據庫當中分析出富有應用價值的數據信息。可視化數據挖掘對于當前許多企業而言均有著顯著的應用意義，尤其是在大數據時代下，數據局逐漸成為現代化企業分析市場需求、掌握企業客戶群體的主要手段。
2 可視化數據挖掘的提出
由上述分析可以發現，可視化技術與數據挖掘技術本質上是兩個不同的領域，但是都與計算機技術有一定程度的關聯性。數據挖掘的過程需要可視化技術的支持，可視化分析本身也是數據挖掘的一個過程。其中，可視化主要是指將某一些無法看見的或抽象的事物通過能夠看見的圖像或圖形可視化出來；可視化主要是采用計算機創建相應的圖形，從而理解哪些大量、復雜、無需的數據信息。可視化數據挖掘主要有三個階段，數據準備、模型生成、知識使用以及流程可視化。
數據準備：數據的準備階段主要是借助可視化數據挖掘技術將數據預處理的過程展現出來，簡單而言，就是將復雜、大量的原始數據通過某種規律進行展現和規劃，這里所致的可視化技術主要是包括數據的轉換、丟失值得處理、數據的裁剪以及數據的采樣等；生成模型：生成模型這一過程中主要是將目標數據庫通過數據挖掘操作技術細化數據挖掘每一個細節、過程，并將其展現出來。其中主要包括模型的選擇、參數的設計、數據的訓練集、數據的挖掘細節以及結果的儲存等過程；數據使用。在數據使用這一階段中，可視化數據挖掘技術的操作目的主要是把數據挖掘的結果通過某種可視化方式展現出來，例如將結果通過樹形圖形展現出來，從而為數據使用者提供更加真實、可靠、完整的數據分析結果。普遍狀況下，數據挖掘的結果抓喲分為分類與關聯兩種，其都是以人類視覺能容易接受的方式展現；流程的可視化。數據挖掘的流程可視化最終目的是將數據挖掘的整個過程以某種可視化方式顯示出來，讓用戶看懂，這也是為知識分析師、企業管理者提供更多依據進行決策和分析。
3 可視化數據挖掘的主要技術分析
可視化數據挖掘的主要技術主要是以下四種：1、標準2D與3D技術。這一技術主要是用于統計應用，但是不是能應用于多維數據。主要是借助條形圖、柱形圖和餅圖等常用的標準2D、3D技術，這也是可視化的主要方式和結果；2、分層技術。分層技術的基本意義就是按照層次的特征，將多維數據空間劃分為多個子空間，并按照各個層之間的關聯性，將子空間以層次的結構形式重新進行組建，并以圖形的形式顯示。分層技術主要依據層次軸、雙曲線、錐形圖等時機方式進行描述；3、幾何變換技術。幾何變換技術主要是對數據集進行降維處理。其基本意思就是借助投影、映射將多維數據轉變為3D、2D的形式，準便成為人視覺所能夠理解的投影。幾何變換技術適用于多維數、低數據量的數據庫。其實施方式主要有平行坐標法與投影追蹤等；4、面向像素技術。面向像素技術主要是分析像素點在屏幕當中的分布狀況，其能對于一些數據量龐大的數據庫進行細致的分析，進而獲得數據的整體結構和分布狀況。因為面向像素技術分析的是像素點，所以其能夠按照分析目標的不同，選擇不同的排列方式，其應用方式主要是遞歸技術與數據管道技術。
例如，在信貸方面的應用中，信貸數據的挖掘和普通數據挖掘不相同，主要是統計和挖掘一些信用度較高的用戶。金融行業的信貸欺騙行為不斷增多，這也為可視化數據挖掘技術的應用提供了更多的空間，借助挖掘技術防止信貸欺騙的發生，從而提高信貸企業的經濟利益。借助可視化數據挖掘技術，應用異常檢測與人工神經網絡的方式檢測信貸申請的過程，并借助Clementine軟件對所獲得的數據庫進行統一性分析和記錄，對具備信貸欠款和拖欠的信貸人統計到一起，并在信用貸款的申請中計算其可能存在的信用欺騙度，首先，是多次申請信貸的記錄；其次，個人或企業的經濟狀況以及信貸類型是否符合企業的記錄。對于一些偏離長條的行為進行記錄并標記，借助可視化的數據挖掘過程，決策者能夠更加準確的掌握是否能夠放貸于該個人或企業。
4 總結
綜上所述，在大數據時代環境下，做好數據挖掘工作有著非常明顯的作用和意義，假設如果無法完成良好的數據挖掘技術工作，便無法展現大數據的優勢，導致缺乏針對性的數據信息，從而逐漸降低企業的競爭力。此外，伴隨著信息技術與計算機技術的不斷發展，數據挖掘技術必然會隨之創新，對此，就必須相關工作者及時掌握社會上全新的數據挖掘技術，并將其合理應用。
參考文獻
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關鍵詞：計算機圖形學；可視化教學系統
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）34-7750-03
計算機圖形學主要研究用計算機進行圖形生成、處理、輸出與顯示的基本原理和算法的學科；是計算機應用中的重要分支之一。此教學系統設計使學習者掌握了解計算機圖形學中圖形的基本算法及其實現，提高學習者算法設計能力和編程實踐能力。
1 系統設計
由于圖形學算法具有一定的抽象性、難于理解并且枯燥，學習者難于從通過執行的靜態代碼來想象圖形數據結構的動態變化，從而喪失了學習該課程的主動性和積極性。為了讓學習者對圖形學算法原理有清晰的認識和直觀的印象，提高學習興趣，目前出現了一大批借助多媒體技術手段的圖形學教學輔助軟件，但這些軟件普遍都存在以下這些問題：1）教學軟件只是課本的電子版本，課本上的文字和圖片被一層不變的搬到教學軟件上，基本算法的講解部分，也只是把算法原理和算法實現以字符的形式表現出來。2）算法采用FLASH動畫演示，但只是按預先設定好的某種情況來描述算法，學習者不能輸入不同條件來改變輸出結果，也無法控制動畫演示的速度，缺乏交互性和智能型，無法滿足學習者個性化學習。3）采用可視化編輯工具C++或JAVA實現部分算法的動態演示，存在一定的交互性，滿足自主探究學習，但這些軟件沒有涵蓋所有基本算法的動態演示過程，缺乏在線協作學習等功能。
針對以上一些不足，本系統建立虛擬柵格和以可見點模擬人眼不可見的像素點，利用可視化技術以動畫形式模擬該課程基本算法的實現過程、難理解的知識點和抽象概念，注重運用交互控制技術，學習者可以針對不同的算法進行參數修改和演示速度的調整，開發了題目實時更新的課后練習系統，還利用SOCKET技術開發了群聊工具，滿足學習者自主學習、探究式學習、協作學習。該系統建立了授課、測試以及師生互動等體系，為教學建立一個完善的有好的教學平臺。
1）技術路線
可視化編程工具C++ Buidler6.0將課程涉及到一些算法可視化實現，包括直線、曲線生成、圓、橢圓生成、直線段裁剪、多邊形填充、分形模擬的動態演示。滿足個性化學習，提高教學效率和教學效果。提高教學質量教學演示和模擬，對一些抽象概念、理論等實現模擬對計算機圖形點、線、面的生成的原理介紹，多種直線、橢圓、圓、曲線、曲面的生成算法介紹以及生動的算法演示，以幫助學生在課后復習鞏固課堂學習重點、理解圖形在計算機中的生成原理、掌握計算機中的圖形生成的算法。可視化教學軟件可以展示出算法執行的過程，可以幫助學習者更好地理解算法內容，掌握其實質。模擬人眼看不見的屏幕像素，并且以動畫的形式完成個性算法動畫演示過程。
GDI圖形處理技術，采用C++面向對象語言來完成課件的制作，達到優秀的運行效率。在系統中，制作了圖象放大演示可以讓學習者了解到在計算機中圖形的真實一面；學生可以在二維圖形的幾何變換中自己畫圖，自由變換，使學生從最基本的圖形變換了解計算機中的動畫原理；在三維立方體的空間運動演示中和貝塞爾曲面的透視演示，學生可以感受到三維的震撼效果并且理解在計算機中3D建模的原理。
2）設計理論依據
計算機程序、數據結構向學習者傳受時存在著說明表現、演示過程等方面的不足，設計此系統將程序執行過程以及數據演變過程形象地在計算機屏幕上以動態圖形方式表現出來。比如，當運行一個可視化的算法程序時，數據結構和程序功能就可以將程序中不易理解的算法特征用圖形方式動態地顯示在屏幕上，因此加深了用戶對程序行為的理解和認識，也準確地讓學習者了解和分析程序執行過程所反映的邏輯含義和功能。
算法可視化教學能展現運動過程，能彌補課本中只能以插圖和文字說明的局限性，同時培養學生的觀察力、想象力和邏輯思維能力。算法過程可視化強調提供解決實際問題的原型，它必須滿足兩個要求：①提供真實性任務，這樣能充分了解自己所要解決的問題，②目標具有復雜性，能引起學生進行深層次考慮，激發學生的內部動機。比如在實現圖形學課程中圓的掃描轉換算法時，在標記出生成哪些像素的同時，給出相應程序的執行過程中變量的實時變化，它讓學生在短時間內充分認識并體會掃描轉換過程的每一狀態及變化。這類可視化目標的設計也強調交互式控制，用戶可以懸著不同算法，對半徑進行修改，調整演示速度等，這樣教學者便可以依據講解內容和學生的反應來隨時調整教學過程。
該程序具有動態交互的優勢，通過改變參數，學習者很容易能發現圖形隨參數的變化而改變的規律，從而從真正意義上實現交互性。除此之外，界面友好、顯示清晰、邏輯性強、使用方便、科學性強都是它的優秀之處。
3）完善的輔助教學平臺
利用SOCKET技術開發了群聊工具，建立起完成的授課、測試以及實驗教學、信息、師生互動等體系，為計算機圖形學教學實驗建立以個完善的教學輔助平臺。整合留言系統、電子白板等多種交互系統，為教師與學生提供了方便、適合的交流工具，達到教室、實驗室在網絡上的延伸，突破了空間的概念，并且把教師和學生緊密聯結在一起。
本系統中包含一些使用計算機圖形學知識完成的優秀作品。這些作品穿插在知識體系中使學生感受到學好這門課的重要性。同時提供豐富的課后習題供學生訓練。如果覺得做的題目都是以前做過的，還可以通過SOCKET技術完成的在線討論區以及留言板功能老師提出更新的題庫的請求。若是碰到難題還可登錄該討論區，與同學、與老師一起討論。在這里老師和學生無身份區別，完全可以自由討論。而老師可以在合適的時候為原先的題庫添加一些新的題目供學生訓練。
計算機圖形學是研究計算機生成、處理、顯示和輸出圖形的學科。而圖形學的教學關鍵是如何將圖形的生成以更加生動和直觀的方法展示給學習者，使學習者更能深入的理解計算機圖形學的理論和算法原理。
2 結論與展望
計算機圖形學是計算機學科的一個重要發展方向，學習計算機圖形學課程之后，有利于讀者向科學計算、計算機輔助設計、計算機仿真、信息數據的可視化、虛擬顯示、動畫與游戲、數字娛樂、數字設計等計算機應用行業方向發展。人們會對計算機圖形學的研究對象、研究方法、編程實現、等問題認識不足而產生局限性，向學習計算機知識的者普及計算機圖形學的教學，可以為解決計算機基礎教育不能直接解決用戶面臨的實際應用問題的尷尬、彌補現教學中計算機仿真等環節的缺失、使計算機應用程序設計從“經驗教學培養模式”到“科學理念式教學培養模式”轉變，以及計算機類教學中起來一個良好的示范作用。
參考文獻：
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關鍵詞：計算機動畫；計算機圖形學；計算機輔助設計；可視化
中圖分類號：TP391.41
計算機圖形學經過三十多年的發展，在各個領域都得到了較為廣泛的應用，已經成為一項計算機科學中非常活躍的分支，其主要是利用計算機對圖形的生成、顯示、表示、處理進行研究的一門學科。本文主要對計算機圖形學的定義、應用范圍以及發展前景進行了簡要介紹。
1計算機圖形學的定義
將三維圖形或者是二維圖形使用數學算法轉換為用計算機顯示器的柵格形式的一種科學，這就是計算機圖形學。計算機圖形學主要研究的內容是，利用計算機如何進行圖形的處理、圖形的計算、圖形的顯示以及圖形計算的相關算法和原理在計算機中如何進行等。圖形都構成通常是由，面、線寬、線、灰度、體等幾何元素、點、線型、色彩等非幾何屬性組成。如果從處理技術上來分析，圖形可以分為兩類：一類是明暗圖，就是我們所說的真實感圖形；另一類是如等高線地圖、工程圖、曲面的線框圖等基于線條信息表示的。而計算機圖形學的一個主要目的就是利用計算機生成讓人賞心悅目的真實感圖形。所以，圖形所描述場景的幾何表示必須要建立，然后在利用每一種光照模型，計算在假象下的光照明效果。此外，真實感圖形的計算結果是以數字圖像的方式來提供的，因此，可以說計算機圖形學和圖形處理之間有著極為密切的關系。計算機圖形學有著非常廣泛的研究內容，如：實體造型、非真實感繪制、圖形標準、光柵圖形生成算法、真實感圖形顯示算法、圖形硬件、計算機動畫、虛擬現實、自然景物仿真、圖形交互技術、曲線曲面造型、真實感圖形計算、科學計算可視化等等。
2計算機圖形學的主要應用范圍
2.1科學計算可視化。目前在流體力學、氣象分析、醫學、有限元分析當中科學計算可視化得到了廣泛的應用。可視化特別是在醫學領域有著極為廣闊的發展前景。當前醫學上比較熱門的一個課題就是依靠精密機械做腦部手術，而要想實現這些技術就必須要以可視化為基礎。可視化技術在我們進行腦部手術時，能夠幫助醫生對患者體內的患處準確并清晰的進行判斷，可以將醫用CT所掃描的數據轉化為圖像，手術效果的反饋則可以通過碰撞檢測等相關技術手段來實現，能夠幫助醫生順利完成手術，在醫學各個領域的未來發展中都離不開可視化技術。
2.2計算機動畫。計算機動畫隨著計算機硬件以及計算機圖形的不斷發展應運而生。動畫實際上也只不過是生成多個靜態的圖像，不過每一幅圖像都有一定程度的修改，而計算機動畫所研究的內容便是如何修改這一部分內容，而整個場景將這些做過修改的圖形進行連續播放就會動起來形成動畫效果。傳統的卡通片是早期計算機動畫的靈感來源，在生成幾個關鍵幀之后，在進行連續播放時，對兩個關鍵幀進行了有機的結合。計算機動畫有多種多樣生成動畫的方法，內容也是豐富多彩的，比如說，三維自由行體變形，二維軸變形方法，形狀混合等基于特征的圖像變形。最近幾年人們普遍將注意力轉向一種嶄新的方法上，就是基于物理模型的計算機動畫生成方法，該方法力求動畫的過程能夠呈現出最為適合真實世界的運動規律，運用大量的流體力學與彈性力學的方程進行計算。不過，是很難達到真實的運動效果的，比如說行走的效果，要想實現非常自然的行走畫面，所需要的計算量非常大，所用的計算機方程也非常復雜，目前以物理模型為基礎的計算機動畫還有很多內容需要不斷深入研究，還存在很多不足。
2.3計算機輔助制造及設計。CAU和CAD是在工業界計算機圖形學的應用中，最廣泛也是最活躍的。無論在機械結構、土建工程，還是產品設計等領域計算機圖形學都得到了廣泛應用。生產工程的精確圖形以及產品的相應結構，雖然有時候著重于這些方面，但是更為常用的還是進行人機修改及交互設計對所涉及產品、系統、工程的相關圖形，我們可以通過不斷選代設計，利用數據結構輸出零件表、材料單、工藝卡、加工數據代碼、加工流程等指令。在電子工業中計算機圖形學主要在印刷電路板、網絡分析、集成電路、電子線路等領域得到了廣泛運用。
以工程圖紙為基礎的三維形體重建是在CAD領域的另一個非常重要的研究領域。在二維信息中將三維信息提取，對這些信息同時進行分類、綜合等處理，在三維空間內重現構建三維信息相對應的三維形體，對形體的線、拓撲因素、點、面等進行恢復，最終實現形體的重建，這就是我們通常所說的三維形體重建。
2.4計算機藝術。除了在藝術品制造方面的廣泛應用外（花紋、中國國畫、圖案以及傳統油畫等）計算機圖形學在制造動畫片、廣告、電影等方法獲得了成功，其中不乏一些獲得獎項的作品，可以說這些獎項對計算機從事藝術創作是一個非常大的鼓勵。當前不少國內人外相關人士正在對人體模擬系統進行研究，這就讓我們有理由相信，在不久的將來將去世已久的著名人物搬上熒幕也是可能的，這對于傳統的藝術家來說，是不可想象的更是無法實現的。
2.5自然景物方針及圖形實時繪制。對真實無體的物理屬性進行模擬就是真實感繪制的主要目的，也就是對光學性質、物體間的相對位置、物體的形狀、粗糙程度、遮擋關系以及表面的紋理等進行模擬。重現真實世界的場景就是我們所說的真實感繪制。在自然景物仿真技術中我們需要將輻射度、線與面、明暗效應、、光線跟蹤、顏色模型、紋理等消除或者隱藏，其中最難進行模擬的就是表面屬性與光照屬性。此外，為了便于用不同的色彩灰度來進一步增加圖形的真實感，還必須對物體表面的明暗效應進行處理。在廣告影視、科學計算、幾何圖形、指揮控制等方面，自然景物仿真技術得到了廣泛的應用。
3計算機圖形學的發展前景
計算機圖形學我們可以發現不僅發展極為迅速，同時也已經逐步成為了獨立的一門學科，處于科學的發展前沿位置。在自然景物仿真、計算機輔助制造和設計、計算機動畫等多個領域，計算機圖形學已經得到的廣泛應用，在我們的日常生活中隨處都可以見到計算機圖形學的影子，計算機圖形學的廣泛應用讓我們的生活變得越來越豐富多彩。此外，在地質勘探方面運用可視化，可以幫助地質學家發展新的資源，運用于預報天氣，可以讓氣象預報更加準確，用于醫學手術方面，可以進一步提高手術的成功率，減少手術風險。
從計算機圖形學學科發展來看，有以下幾個發展趨勢：（1）與圖形硬件的發展緊密結合，突破實時高真實感、高分辨率渲染的技術難點。圖形渲染是整個圖形學發展的核心。在計算機輔助設計，影視動漫以及各類可視化應用中都對圖形渲染結果的高真實感提出了很高的要求。構造低功耗的渲染服務是圖形學的未來發展趨勢之一；（2）研究和諧自然的三維模型建模方法。三維模型建模方法是計算機圖形學的重要基礎，是生成精美的三維場景和逼真動態效果的前提。研究和諧自然的三維建模方法是發展的一個重要趨勢；（3）利用日益增長的計算性能，實現具有高度物理真實的動態仿真。高度物理真實感的動態模擬，包括對各種形變、水、氣、云、煙霧、燃燒、爆炸、撕裂、老化等物理現象的真實模擬，是計算機圖形學一直試圖達到的目標；（4）研究多種高精度數據獲取與處理技術，增強圖形技術的表現。真實感的畫面與逼真動態效果，一種有效的解決途徑是采用各種高精度手段獲取所需的幾何、紋理以及動態信息；（5）計算機圖形學與圖像視頻處理技術的結合。家用數字相機和攝像機的日益普及，對于數字圖像與視頻數據處理成為了計算機研究中的熱點問題；（6）從追求絕對的真實感向追求與強調圖形的表意性轉變。人們創造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現真實的世界，更重要的是表達所需要傳達的信息。
4總結
計算機圖形學，給人類社會帶來了諸多益處，可以說促進了人們物質水平的提高，也帶來了精神上的享受。
參考文獻：
國外研究概況
美國國家醫學圖書館（NLM）抓住先機，于1989提出了“可視化人體計劃（Visible Human Project,VHP）”。1991年8月，美國NLM與Colorado大學健康科學中心(Health sciences center)簽署協議，由Colorado大學進行人體結構數據的采集，10月完成三維重構。Colorado大學采用的方法是將人體標本低溫冰凍后，用工業銑床逐層銑切、逐層照相，輸入計算機獲取人體連續橫斷面圖像，然后進行人體結構的三維重建。該研究小組獲得了世界上第一套人體結構數據集。該研究小組于1994年11月完成并向世界公布了男性數據集。該套數據為中年男性，共有1 878 個橫斷面圖像，相鄰斷面之間間隔1.0 mm。每幅斷面圖像數字化掃描分辨率約為250萬（2 048×1 216）像素，總的數據量為13 GB[1]。1995年11月，該研究組又完成了1例女性標本的斷面制作和圖像數據采集，斷面總數為5 189幅，斷面間距為0.33 mm，總數據量達到43 GB[2]。美國可視人計劃的實施在全世界引起了巨大反響。由NLM主持，于1996、1998、2000和2002年舉行了4次VHP國際學術會議。美國國家醫學圖書館已經和43個國家的1400多個用戶簽訂了數據集的使用協議。不少研究機構或大學利用VHP的連續斷面圖像數據，已經或正在開發新的計算機人體模擬系統和實用產品。如華盛頓大學開發的數字解剖學家系統、哈佛大學開發的全腦圖譜及外科手術規劃系統、斯坦福大學開發的虛擬內窺鏡系統、漢堡大學的開發的Voxel-Man系統、美國倫斯利爾理工學院開發的核醫學虛擬仿真系統，等等。目前，韓國、日本、德國、澳大利亞紛紛啟動了可視人體計劃。其中，韓國可視人體計劃的正式實施和取得的階段性研究結果令人注目。韓國Ajou大學醫學院和韓國科技信息研究所獲得國家科學基金資助，實施了韓國可視人五年計劃（Visible Korean Human,VKH，2000-03-2005-02）。在2001年3月，獲得了第1例韓國65歲的老年腦瘤患者的數據，連續橫斷面厚度為0.2 mm，斷面數字攝影為610萬（3 040×2 008）像素。韓國可視人體的后續研究工作正在按照五年計劃抓緊進行。
國內研究進展
由于可視人體研究是一項人類借助計算機技術進一步認識自身，同時在醫學、仿生學等多個領域具有廣闊應用前景的重大課題，經解剖學界和計算機學界專家提議，經國家科技部和中國科學院有關部門批準，于2001年11月5-7日，在北京香山召開了主題為“中國數字化虛擬人體的科技問題”的第174次香山科學會議。與會的42位專家一致認為，雖然美國已有了世界上第一套人體結構數據，但具有明顯的缺點：一是數據來源于白種人，不完全適合于中國人的結構特點；二是VHP將尸體截為3段，造成了交接處的數據缺損；三是斷面間距為1 mm和0.33 mm，仍然不夠細致；四是無法保存斷面標本，在光學照片和數碼圖像上都無法對較小的血管尤其是神經進行辨認。會議認為，中國作為一個具有13億人口的大國，不能沒有自己的可視化人體，而且，以我們現有的技術，有可能克服上述四個缺點。這一研究項目，需要人體解剖學、計算機圖形圖像學和醫學專家協作研究，在獲得完整的人體薄層連續斷面圖像數據集的基礎上進行綜合研究，建成可視化人體和各種面向應用的虛擬人體模型，為與人體結構有關的領域如現代臨床醫學、體育、航空航天、汽車撞擊、核武器防護、戰創傷研究、仿生學、人體器官代用品的研制等提供基礎。
國內多家單位（如香港中文大學、清華大學、中科院自動化所、計算所、軟件所、首都醫科大學等）已經利用美國的可視化人體數據集進行了前期的算法研究和軟件研制。香港中文大學已經成功的開發出一個仿真支氣管內窺鏡檢查的互動虛擬環境。通過簡易的三維界面，用戶可以控制一個三維的虛擬內窺鏡以對病人的支氣管樹狀結構進行瀏覽和檢查。這個環境除了可以提供互動的支氣管瀏覽和尋跡以外，還具有一套可以從原始的計算機X射線肺部斷層掃描數據（CT數據）中，直接抽剝分離出支氣管并且確定在其中飛行瀏覽時中心路線的自動算法。他們利用SGI工作站的三維貼圖能力開發出一個高性能的虛擬環境，這個環境可以用來實現在一個虛擬工作臺上對心臟核磁共振數據可視化。基于iso-region leaping和并行繪制技術，已經開發出一套有效的，直接的，可以實現對人體肺部CT數據實時可視和導航的體繪制技術。
作者所在的課題組從1985年開始從事人體斷面解剖學研究，1990年以后，集中于人體薄層影像斷面解剖學研究，1999年獲得國家杰出青年基金資助，開始進行中國人體結構數據集建立的研究工作。經過3年多的工作，于2002年8月完成了中國首例數字化可視人體數據集的采集，10月完成計算機三維可視化的研究工作。所選用標本為男性，35歲，身高1 700 mm，體質量65 kg，非器質性疾病死亡。連續橫斷面層厚：頭部和頸部為0.5 mm，其中顱底部為0.1 mm，其他部位為1.0 mm，全身共計2 518 個斷面。數字化攝影分辨率為6 291 456(3 072×2 048)像素，每個斷面圖像文件大小為36 MB。在獲得數據集后，即利用與清華大學聯合研制的三維重建軟件包進行了器官結構的圖像分割和立體重建，并與香港中文大學簽署了聯合研究協議，通過合作研究，實現了人體結構可視化。為了交流數字化可視人體研究方面的信息，建立了國際互聯網站，網址為：http：// chinesevisiblehuman. com/，其研究信息和圖像數據及時在該網站。隨后，于2003年2月，完成了第1例中國女性數字化可視人體數據集的采集和可視化研究。所選用標本為女性，22歲，身高1 620 mm，體質量54 kg，非器質性疾病死亡。連續橫斷面層厚：頭部為0.25 mm，其他部位為0.5 mm，全身共計3 640個斷面。數字化攝影分辨率為6 291 456(3 072×2 048)像素，每個斷面圖像文件大小為36 MB，整個數據集數據量為131.04 GB[4]。該套數據集于2003年2月23日通過了由重慶市科委組織的專家鑒定。鑒定意見認定“該套數據集(包括1例男性數據和1例女性數據)為中國數字化可視人體的首套數據集，是國際上繼美國可視化人體(VHP)之后獲得的第二套未見器質性病變的數字化可視人體數據集。與美國VHP數據集相比較，有如下特點：①該套數據集為整個人體標本的連續切片，無節段性數據缺損，而VHP則有3段數據缺損；②數碼圖像的分辨率（清晰度）比VHP高；③進行了血管灌注，使血管更加容易分辨；④由于在低溫實驗室中進行銑切，避免了牙齒、鼻甲、關節軟骨等小結構從銑切表面脫落，使圖像數據保持了更好的完整性；⑤所選用標本在年齡、身材和體形上都比較適中，具有更好的代表性”。
今年1月19-22日，在重慶召開了首屆中、美、韓數字化可視人體國際學術研討會，中（包括港、澳地區）、美、韓三國學者140余人交流了可視化人體研究的最新進展，Spitzer教授、鄭民錫博士、張紹祥教授共同簽署了國際合作研究協議。
在醫學領域的發展趨勢
數字化可視人體的研究，對于與人體形態結構有關的多個學科領域，如醫學、體育、汽車、人體器官結構代用品制造、影視與廣告制作、航空與航天、軍事等領域都具有重要意義和應用價值。下一步，在醫學領域的發展趨勢大致有以下幾個方面。
一是適應數字化時代需要的“人體數字化解剖學”即將誕生。現有的解剖學知識和數據是經過將人體剖切開以后進行觀察和測量得來的。最大的缺陷在于缺乏某個器官或結構在人體空間中的準確定位、三維測量數據和立體圖像，而這恰恰是以計算機技術為支撐的現代臨床診斷和治療手段中最需要的，它是計算機輔助醫學（CAM）的基礎，是計算醫學研究的首要工作。因此，建立一部新的人體數字化解剖學是數字化時代到來的迫切要求，將為古老的人體解剖學科帶來一次劃時代性的革命。進一步要做的工作是要獲取更多例數的人體結構數據集，進行觀測和統計；對重要的器官，獲取更為細致的數據資料；完成人體結構的細致分割、重建和顯示；建立計算機解剖學教學和實習操作系統等。
二是為現代臨床影像診斷提供正常參照系統。臨床斷層影像診斷(B超、CT、MRI、PET等)均需要正常人體斷面解剖學圖像和數據資料作為診斷的形態學基礎。目前，新一代CT和MRI已能將斷層的厚度減小到1～2 mm甚至更薄，從而使得微小病灶的檢出率大大提高，這對于占位性病變尤其是腫瘤的早期發現和早期治療具有重要意義。數字化可視人體數據集，就是由幾千個連續斷面圖像數據組成的，可視化以后可從任意方位剖切。建立與臨床影像檢查匹配的適時顯示系統是數字化可視人體研究的重要任務之一。
三是建立中國數字化標準人腦。由于我國尚無數字化標準人腦，目前在臨床上使用的功能磁共振（fMRI）、PET等，所使用的標準腦是一位56歲的法國婦女的數字腦，與東方人腦匹配不好，導致定位診斷的準確性降低。我國目前已大量引進了fMRI、PET等應用于臨床，因此，建立中國數字化人腦已迫在眉睫。
四是實形放療模擬定位系統研究。γ刀，X刀等放療手段的有效實施，有賴于對病灶在三維空間的準確定位，以便于對病灶部位的準確切除和對周圍正常組織的有效保護。提供一套全方位的正常人體解剖結構的圖像與數據資料，對于放療方案的準確制定和有效實施具有較大幫助。
關鍵詞： 體育賽事圖表設計 信息可視化 形象化呈現 動態展示
當下，科技正以前所未有的速度迅猛發展，信息、知識充溢于社會，生活節奏越來越快，我們已進入“讀圖時代”。數據可視化已發展成為研究教學與發展的熱門領域，是結合了科學與信息形象化的綜合領域。對信息進行更為有效的梳理和表達成為當今社會信息傳達的一個迫切需要，也成為今天的信息課題。在這種背景下，圖表設計在視覺傳達設計中扮演了越來越重要的角色，它是在社會信息大量沖擊下產生的視覺傳達的新形式，無論是在自然科學、社會科學領域，還是在傳播、商業領域，圖表都發揮著重要的作用。圖表設計也以更加新鮮、活潑的形式出現在人們的視野中，并日漸成為一種流行的信息表達方式。
體育賽事圖表設計是體育運動會形象開發的重要組成部分，是為了實施各種管理、配合生產經營的需要而進行的，其功能超越了一般語言文字，尤其是在信息化社會迅速發展的今天，圖表這種準確、形象、快捷的傳達方式已經顯示出它獨特的優勢。它清晰地表現運動會各個比賽項目的內容、特點，不僅具有很強的功能性，而且是傳達體育運動會舉辦理念、國家文化和綜合國力的主要載體。可視化理論的介入，為實現體育賽事圖表設計的價值提供新的路線圖，通過圖示、表格表示某種抽象的信息，塑造出簡潔、直觀、形象、有趣、易于理解的視覺方式，讓受眾快速地獲取真實而豐富的信息，以滿足需求，優化信息的傳遞。
一、信息可視化
信息可視化（Information Visualization）是一個跨學科領域，是計算機圖形學應用領域的一個重要成果，是指運用計算機圖形學和圖像處理技術，將信息轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術。它通過形象化的手段傳達知識、信息，充分利用人們對可視模式快速識別的自然能力，將人腦與計算機這兩個最強大的信息處理系統聯系在一起，通過平面設計與信息設計的相互融合闡釋概念、功能，使受眾快速地感知、識別，并提供一種歸納整合信息的方法，兼具藝術性與實用性，旨在研究大規模非數值型信息資源的視覺呈現，如軟件系統之中眾多的文件或者一行行的程序代碼，以及利用圖形圖像方面的技術與方法，幫助人們理解和分析數據。與科學可視化相比，信息可視化側重于抽象數據集，如非結構化文本或者高維空間當中的點。
可視化提供了一種新的信息展示方法，豐富了科學發現的過程，開闊了視野。它涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機輔助設計、計算機視覺及人機交互技術等多個領域。信息可視化技術不僅在醫藥學、生物學、工業、農業、軍事等領域被廣泛應用，近年來還進入金融、通信領域。信息設計的過程是將信息轉化為“形”，即將信息可視化。當下，信息可視化備受關注。Otto.Neurath提出：記住簡明的圖形要比忘記精確煩瑣的數字好得多。國際地圖學會（ICA）于1995年成立了一個可視化委員會（Comm ission on V isualization），開始了一個名為“Carto 2 Project”的研究項目，其目的是探索計算機圖形學的技術與方法如何更有效地應用在地圖學與空間數據分析方面，促進科學計算可視化與地圖可視化的連接與交流。
我國古代的制圖思想大部分是對空間的歸納，西晉地圖學家裴秀總結了6條原則，分別是分率、準望、道里、高下、方邪、迂直，稱之為“制圖六體”，都是關于面積比例、起伏高低和相對距離的總結。有時間線索的圖表很少，即使有，時間表現也不明顯，自然缺乏相應的論述。即使是手藝流程圖，也是按照閱讀順序布置關鍵的操作動作，“圖”的意義遠超過“表”。古人早就有對時間的表現，沙漏、日晷、鐘表等都是將抽象的時間形象化的過程，沙漏是通過容量的變化來顯示的，日晷、鐘表則利用了角度的變化。圖表對時間的表現則略有不同，它不需要及時記錄時間的動態，其目的是將有長度、有密度的時間在有限的二維空間中展現出來。在時間軸上還要有條件、事件或是數據的表現，它往往是串起整個圖表的視覺線索，是圖表中的結構性要素，非常關鍵。
二、信息的形象化呈現
形象化表達是一種直觀的表現形式，是一種開門見山的手法，它借助生動的圖形、圖像直接表達信息，使人一目了然，并給受眾一種真實的感受。這不僅可以增強文本信息的可讀性，而且可以超越語言文字壁壘，實現更深刻意義和更廣范圍的信息交流。在形象化表達作品中，人們對所表達的內容更容易理解和接受。所選取的視覺形象應具有一定的代表性和可視性。一般認為，形象化表達多選取具有代表性的具象圖形，將抽象的文本信息引人入勝地呈現出來，給受眾以直觀的現實感，使文本信息的含義更明確，使視覺傳達更快捷。形象化表達由于將文本信息通過形象化的表達方式呈現給受眾，能選用恰當的表達方式有效地表達文本信息。所以要十分注意畫面上圖表的視覺設計，應著力突出信息的內容展示，運用圖形、色彩和背景進行烘托，使抽象的信息置身于一個具有感染力的空間，這樣才能增強圖表的視覺感染力。
體育賽事圖表設計的重要特征是直觀、形象，運用形象化表達方式可以通過簡明直觀、形象生動、概括性強的圖形，把各種信息展示給受眾。在體育賽事圖表設計時，要善于在襯托、對比和夸張等多種表現形式上尋求變化，標新立異，創造出獨特的視覺效果。以2010年南非世界杯賽程圖表為例，該信息圖表生動展現了2010年南非世界杯的比賽時間、分組、流程等信息。整個表格是一個圓形的構圖，圖形中間醒目地呈現出一個形象的圓形“足球”，圓形足球明確了圖表的表達內容，同時，圓形的使用也具有很深刻的含義。圓在圖表設計中一般以直接圓、間接圓、復合圓等幾類形式出現，具有信息的高承載性、視覺認知的直觀性和良好的信息連續流等優勢。整個圖表設計成多個可視化同心圓，采用可視化的同心圓一般不會有過多冗余的復述，信息面也較為適中，因此大部分閱讀者不會對此類的圖表有過大的解讀壓力。在圖表設計中還使用了不同的色彩層級強化信息，將參賽的國家隊等分為A、B、C、D、E、F、G、H八個區顯示不同的賽區，線條粗細的層次用鮮艷的色彩傳達，易讀性很好。圖表中間是用鮮艷的粗彩條穿插在相鄰的兩個區域，用這種方式表明相鄰兩個區之間的賽事。由此可見，這個圖表設計對于信息處理來說確實具有很強的探索性，并充分考慮了信息傳遞的效能，通過視覺元素組構的秩序化、簡約化，使造型語言具有鮮明的指向性；通過圖示所具有的直觀性、形象性和易讀性，消除文字符號中晦解和枯燥的成分，強化圖表信息的認讀優勢，以便將清晰的思想可視化。
三、信息的動態展示
圖表是通過視覺的傳遞完成信息的傳遞，圖表按其呈現形態分為靜態圖表和動態圖表兩大類，一般認為，靜態的圖表不及動態的圖表容易引起受眾的注意，好的動態圖表能像動態畫面一樣吸引觀眾注意，它可為指定的報告提供針對所有指標的多維度分析。因此，為了更加有效地傳遞信息，必須考慮到受眾的欣賞和審美情趣，提高信息傳達的感染力、豐富性及交流的效率。
動態圖表是圖表分析的較高級形式，一旦從靜態圖表跨入動態圖表，則分析的效率和效果都會進入另一個境界，可以讓用戶進行交互式的比較分析。比如2009年歐洲杯信息結構設計得非常有特點，圖表設計以表盤為基本形態，圖表中間背景為世界地圖，整個圖表設計成動態賽程圖表信息結構，在圖表中整合了多個維度的信息。12點方向是比賽的具體時間，在特定日期舉辦的比賽，對應的其他3個方向的列表中的焦點都會發生相應的變化。3點方向是比賽的球場，按球場查看特定球場舉辦的比賽，對應的其他3個方向的列表中的焦點都會發生相應的變化。6點方向是比賽的階段，分為小組賽、半決賽、決賽等，對應的其他3個方向的列表中的焦點都會發生相應的變化。9點方向是參加比賽的隊伍，在任何一個坐標上做出選擇，對應的其他3個方向的列表中的焦點都會發生相應的變化。觀眾可以隨意地按隊伍、場地、時間、賽事階段查知所要的信息。這樣的圖表營造了動態的可視化感官體驗，幫助受眾快速瀏覽，數倍地提高信息的使用效率。這樣的圖表很適于表現體育賽事的賽程，充分體現了信息圖表設計的可視化的表達。
由此可見，這份圖表充分發揮了圖表動態表現的優點，讓數字和圖像交織在一起。搭建邏輯結構需要對信息層次進行劃分，并營造一種動態的可視化感官體驗。這種可視化以圖形形式記憶復雜計算的結果，幫助受眾快速瀏覽并達到目的，數倍提高信息的使用效率，使這個可視化作品達到一定高度。
四、結語
信息圖表的可視化是當前一直在討論的問題，但可視化并不意味著信息的裝飾，過多地強調圖形的趣味性，不尊重信息自身的邏輯和講述的邏輯，圖表的作用也就喪失了。張衡的“心之謀，書之謀”對當前的圖表設計來說是很有意義的總結。信息圖表是人們應對信息社會的一種手段，可以讓世界秩序化、條理化、可視化。圖表成為體育賽事傳播信息不可或缺的方式，它在體育賽事的各類圖形、文字及其數據結構中尋求突破點，把人們熟知又多見的種種視覺元素進行重新組合，取得形象化、個性化、趣味性強的可視化的視覺效果。它在高效、快速傳播信息的同時還能給受眾帶來視覺和心理上的愉悅，清晰的圖表設計強化了受眾的感知，滿足了受眾的閱讀需求。21世紀是信息的時代，信息可視化為信息時代的人們開辟了廣闊的道路，在人們直接、快速、高效地獲取信息的同時也為人類走向非物質社會奠定了堅實的基礎。信息可視化的目標是幫助人們增強認知能力，這也是信息可視化的意義所在。
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關鍵詞：倉儲可視化 分布式渲染 三維建模
一、虛擬現實技術的應用前景
倉儲管理主要針對倉庫或庫房的布置、物料運輸和搬運以及存儲自動化等的管理。管理的對象是庫存項目，即企業中的所有物料，包括原材料、零部件、在制品、半成品、產品以及輔助物料。主要功能是在供、需之間建立緩沖區，達到緩和用戶需求與企業生產能力之間、最終裝配需求與零配件之間、零件加工工序之間、生產廠家需求與原材料供應商之間的矛盾。管理的質量不但關系企業的經濟效益，而且直接影響企業的長遠利益。
當前大部分軟件用戶界面不直觀，有用信息的提取需二次加工（即比較、排列等），難以真實地反映其動態狀況。有鑒于此，虛擬現實技術在倉儲管理中有著廣泛的應用前景，一方面它可以用于確定訂貨策略、訂貨點和訂貨批量，為訂貨決策提供一個有效、合理的依據，另一方面它還可以確定倉庫的分布與庫存物資的合理規劃，最后可以通過系統模型來對庫房的安全庫存水平進行有效、直觀的評估。
二、基于WEB的倉儲可視化系統的設計與實現
1.分布式渲染系統后臺設計
隨著AJAX異步技術、ActiveX技術與Web Services技術的日趨成熟，渲染任務可拆分到多個渲染節點的技術產生。系統的通信后臺設計就成為核心模塊，必須考慮接入用戶的并發數目和分布式渲染處理方案。隨著在實時漫游的應用中場景模型精細化和逐步完善，計算機渲染硬件系統所必需處理的幾何、紋理、光照等數據呈幾何級增加，超過了其發展速度，特別是大規模場景模型更是孤立的圖形處理系統難以應付的。分布式渲染將一組計算機通過網絡通信協議連接起來，求解過程主要分為任務分解、任務調度、并行計算、解的合成。分布式渲染系統采用集中式架構，任務分派時參考MAPREDUCE模型，其各個節點的具體功能如下：
（1）接入節點。接入節點主要負責接入用戶的任務請求入隊處理，并協調用戶的相關管理信息。
（2）調度節點。主要功能如下：提供交互、管理操作、渲染管理、計算節點的監控和調整等。
（3）計算節點。計算節點核心功能是執行計算。計算節點從調度節點接受任務，讀取任務腳本，并與渲染引擎配合工作完成渲染任務。
（4）匯總節點。匯總節點在執行并行計算讀取大量的頂點、貼圖等數據，并且異步生成大量的圖片序列，當渲染完成時匯總存儲渲染結果。
2.可視化系統前臺設計
前臺展示層包括：用戶基本信息維護、商品倉儲信息維護、查詢管理、定位管理、信息備份、容錯恢復模塊。
3.采用的技術路線與方案
（1）IOCP模型。它既減少了線程資源，又提高了線程的利用率。
（2）場景分割。按分配時機分為動態分割和靜態分割。
（3）任務調度。分析分布式渲染環境的構架,采用基于sort- first并行渲染的動態任務拆分算法。
（4）WEB展示。使用AJAX異步調用HTTP（IOCP模型）服務器和后臺配置管理數據庫，網頁上實現倉庫可視化管理，實現倉儲信息動態查詢，利用三維信息互動可視化查詢基本商品的相關數據。
三、結束語
以往的國內外倉儲可視化渲染系統中，都存在著一些不足。如交互采用C/S方式、應用范圍單一、管理不完善、集群負載均衡能力不強、作業糾錯性不夠等特征。本文正好從這些不足出發，實現一個基于WEB方式的倉儲可視化系統，具有界面友好、查詢管理功能完善、快速的渲染文件訪問支持、渲染系統的快速響應等特點。
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【關鍵詞】計算機技術；現代化；建筑工程；應用研究
引言
如今是海量的網絡信息時代，在計算機技術的應用中包含了網絡技術和信息傳遞技術。計算機的應用程度和社會經濟的發展有著直接聯系，也對人們的生產生活方式帶來了極大的便利，隨著我國建筑行業的發展，已經成為建筑施工過程中的核心方式。計算機技術在建筑施工的整個過程中都有著的重要的作用，尤其是在施工的管理和監督上，和傳統方式相比更加快捷。
1.計算機技術應用的必要性
1.1必要性
計算機和互聯網是當前時代下最為熱門的技術，在我國的各個領域都有廣泛的應用。通過計算機技術，能夠加強不同建設單位之間的協調。由于建筑工程通常需要多個部門之間的合作，而每個部門的標準也不盡相同，在實踐中會有面臨著各類問題。通過計算機技術，能夠將建筑工程中的各項數據資料進行整合。統一的數據接口能夠保證各個單位在交流時，不會因數據標準的不同產生分歧，提高了交流的效率。將信息統一存儲在信息平臺中，可以方便各個部門之間的查詢使用，可以根據相關部門的不同要求，加強建筑工程的效率，加強在市場中的核心競爭力。
1.2降低投入成本
在建筑的施工過程中，經常是通過報表的形式對工程統計進行描述。傳統的管理方式中，大多數是通過人工的方式輸入，不僅要消耗大量的時間，而且也難以保證數據的準確性；通過計算機的方式，可以建立相應的工程信息數據庫，通過科學可視化技術對大量的工程信息進行分析，保證信息傳遞時的準確性和時效性。除此之外，計算機技術還能分析市場中的信息，總結市場規律，讓使用者可以查詢到所要的數據，建立相應的工程實施計劃。通過計算機系統的分析，制定工程施工方案，建立良好的管理模式，降低企業所要投入的成本。
1.3協調施工管理部門
在現代化建筑工程中，一些較大的工程都會涉及到多個建設單位，例如工程技術部、實驗室、建立單位等等。這些單位大多都是單獨工作的，在統一管理上面臨著較大的困難。通過計算機技術的應用，可以將工程中的各個單位進行聯合，突破傳統管理上的時間和空間限制，各個部門可以通過網絡明確自身的責任，并互相傳遞工程信息，通過遠程連線、視頻通話等方式，加強各部門之間的協調合作，提高我國現代化建筑工程的施工效率[1]。
2.計算機技術在現代建筑工程中的應用
2.1虛擬現實技術的應用
虛擬現實技術指的是通過計算機技術，模擬出一個三維空間，讓使用者可以在三維空間中測試現實中的計算機技術，將現實世界中的各種信息融合進虛擬空間中。通過這種方式，在建筑工程中有著廣闊的應用前景，這種技術可以對整個建筑的施工過程進行預演，提前發現施工過程中可能存在的問題，并制定針對性的解決策略，確保建筑工程的質量。
以某棟商住樓為例，根據建筑工程施工前的設計，通過相應的軟件對施工的多種工藝情況進行模擬，包括土方開挖、扎基礎鋼筋、混凝土墊層等基礎工程，以及砌墻、屋面等工程。在通過相應的圖像軟件，展現出當建筑全部完工后的圖像。首先，要通過相應的設計軟件，如CAD等，根據施工的進度表建立相應的三維模型，并將三維模型導入到三維動畫渲染和制作的軟件中，例如3Dmax，按照相關的施工工藝進行材質貼圖。再通過燈光模擬制作出從人的角度觀察到的建筑模型，建立虛擬的環境，將文件到處；接著再通過三維互動軟件對到處的文件進行操作，例如推拉、升降、縮放等，從不同的角度導出相應的建筑圖片，并將多張建筑圖片制作成視頻文件，通過PS以及一些其他的視頻處理軟件對視頻和圖片進行處理，得出最后的施工模擬圖。通過一系列的操作，可以讓管理人員直觀的了解施工過程，并針對施工中可能出現的問題予以優化。
2.2科學可視化技術的應用
科學可視化技術所指的主要是對三維空間的可視化，將現實中的問題通過相應的算法顯示在計算機上，目前在我國的建筑學、醫學以及氣象學中應用較為成熟。在現代化建筑施工過程中，有著大量的信息數據，需要對這些數據進行整理歸類。通過科學可視化技術，能夠有效的將大量、繁雜數據整理成較為直觀的圖像，可以根據圖像對整個施工過程進行分析。例如，在進行建筑工程質量控制時，可以通過科學可視化技術為建筑工程的原材料以及相關設備進行臺賬監督，將數據錄入到計算機中，通過計算結果做好相應的準備。
2.3信息自動化的應用
在當前形勢下，信息自動化技術在現代化建筑工程的應用主要是日常管理方面。通過在施工現場安裝監控設備，例如攝像頭等，將施工現場的實時情況上傳到管理處，管理人員可以通過管理處的監控掌握施工現場的多數情況，一旦發現施工中存在缺陷，可以及時采取相應的措施，確保施工現場的安全；另一方面，可以對施工人員進行監督，督促其按照相關規范施工，杜絕施工中存在的偷工減料行為，提高建筑的質量，保證施工人員的人身安全[2]。
結語
通過計算機技術，能夠有效提高現代化建筑工程的質量，提高數據的處理效率，加強各個部門之間的交流合作。通過這種方式，不僅縮短了工期，提高了工程的施工效率，還減少了工程的企業投入。計算機技術可以規范工程的管理，提高工程的管理水平，增強企業的核心競爭力。在未來的發展中，計算機技術應用必然會更加廣泛。因此，要加強對計算機技術的研究，融入到現代化建筑工程中，促進我國現代化建筑工程的發展。
參考文獻
近年?磽?絡技術的提升和進步對數字內容的存儲和運算提供了重要的技術保障，人們獲取信息和閱讀的方式也向多元化拓展。龐大的信息數據來源也為大眾從中獲取精準有效的信息帶來了困擾，面對無處不在的信息洪流，要讓大型數據集變得親切和易于理解，可視化無疑是最有效的途徑。信息可視化作為一門涉及多個領域的綜合性學科，是對海量信息或數據中知識的高度壓縮，依托計算機技術借助人腦的視覺思維能力，幫助人們從大量的數據信息中發現數據隱藏的規律，從而提高數據的使用效率。
可視化強調生動性與準確性兼得，目的在于對信息或數據的深度挖掘與利用。在數字圖書館領域，海量數據與資源之間以不同維度形成縱橫交錯的網狀集合，利用信息可視化做好數據與資源的揭示工作，不僅能夠發揮現有資源的服務價值，也能在挖掘、分析和展現數據的關聯關系時，為用戶提供更有用、有效的信息渠道，更加精準地滿足用戶信息需求。
1信息可視化概念及范圍
11 信息可視化概念
信息可視化來源于早期的數據圖形學，即人們希望通過抽象信息的視覺表達來揭示數據及其他隱藏關系的一門科學。20世紀90年代開始普及計算機以及互聯網帶來的爆炸式信息流，使人們直接使用可視化信息的愿望變得迫切，從而造就和帶動了信息可視化研究。關于信息可視化的概念界定，在不同的文獻中有不同的說法。1999年卡德等人在早期將信息可視化引入視線的著作中，對其給出的定義是：“使用計算機支撐的、交互性的、對抽象數據的可視表示法，以增強人們對抽象信息的認知。”著名的信息可視化實踐者Manuel Lima提到，信息可視化主要用于解釋數據，“換句話說，就是歸納數據內在的模式、關聯和結構”，“它既涉及科學也有關設計：信息可視化設計師和平面設計師一樣，不僅要能夠迅速、準確地呈現信息，而且需要掌握準確表達數據的技巧和視覺表達能力，呈現數據背后的觀點，喚起讀者的內心情感”[1]。
可視化技術是將數據庫中的數據集構成數據圖像，然后以數據的各個屬性為展示維度進行表示，從而獲得不同的維度的觀察結果，實現對數據深入的觀察和分析。
12 信息可視化范圍
信息可視化包括數據可視化、信息圖形、知識可視化、科學可視化以及視覺設計等多方面。廣義的信息可視化，囊括了以信息可視化和科學可視化為基礎衍生出的數據可視化以及知識可視化。
科學可視化比信息可視化的概念出現得更早[2]。1987年美國國家科學基金會報告《Visualization in Scientific Computing》“科學計算之中的可視化”就是后來“Scientific Visualization”
即科學可視化的始源，主要指科學實踐中對計算機建模和模擬的運用。隨著來自商業、數字媒體、信息管理等行業大型異質數據集的密集出現，數據可視化成為涵蓋科學可視化與信息可視化的新生術語。
知識可視化又是從信息可視化的領域中分支出來的又一獨立概念。知識可視化指的是用來解構復雜知識的圖形化展現手段。其目標更側重于傳達主觀性的見解、觀點和預測等，并以這種方式幫助他人正確地重構、記憶和應用這些知識。
在我們討論的信息可視化領域，涉及數據、信息與知識三者的關系。三者關聯性十分密切，數據是信息的載體，信息是數據的含義，知識是由信息加工和提煉而成的結晶。而可視化，就是把三者轉化為可視的表示形式的過程[3]。實際上，我們所談及的信息可視化，就包含了數據可視化和知識的可視化。
從狹義上來說，信息可視化適用于大規模非數字型信息資源的可視化表達，這里的信息范圍主要包括各類抽象的數據集，大致可以概括為異構的文本信息及數據、計算機程序中的運行數據，以及萬維網站內容和數據庫檢索內容等，最后一項集中的應用領域就是在數字圖書館當中。當然除此之外，信息可視化與科學可視化在眾多技術和方法上的融合發展，使可視化的范圍深入到眾多相關領域。
2信息可視化在數字圖書館的應用領域
數字圖書館的出現開始就與數據信息息息相關，如何以嶄新的數字信息服務為讀者提供友好的知識學習環境，是數字圖書館的核心目標。相對于傳統圖書館的資源構成，數字圖書館環境下的數字資源類型變得復雜而多樣，既有系統技術資源，也有占據核心作用的數字信息資源，有實體文獻數字化資源也有虛擬電子資源，這又包括了館藏書目數據庫，館藏實體文獻數字化后的自建數字資源數據庫，由外購或其他渠道獲得的商用文獻資源數據庫，以及解決版權問題的網絡資源庫等。另外圖書館積累的讀者數據，也隱藏著大量有價值的信息，對這些信息的挖掘和利用十分重要。
可視化技術在數字圖書館環境中主要應用于兩個領域：一是對數字圖書館服務場景的優化升級，能夠為用戶提供超越傳統的空間認知工具，如最早用于揭示館藏資源分布的電子地圖，隨著科技的發展現在又增添了虛擬現實（Virtual Reality）、增強現實（Augmented Reality）等；二是通過強化數據的直接應用改變服務方式、提升用戶體驗，包括可視化信息資源描述、可視化信息導航、可視化信息檢索，以及可視化知識發現和數據挖掘等。具體可以歸結為以下5個熱點主題：
1）館藏資源分布的可視化，以直觀的圖形或圖像方式為用戶展示出資源分布的情況，可以說是可視化服務于數字圖書館領域的基礎性應用；2）信息描述的可視化，信息描述可以以聚類的方式將信息進行可視化，主要通過聚類方法創造主題，同時以圖形化方式進行揭示；3）信息檢索的可視化，可視化在信息檢索中的應用包括檢索過程的可視化和檢索結果的可視化兩方面，當前在圖情領域成為重視程度最高的研究主題；4）知識可視化，更注重知識的圖解表示以及傳播利用，在研究知識可視化的一些學者關于理論基礎、知識表征、研究框架的成果基礎上，數字圖書館領域關于信息檢索可視化的方向已經向知識檢索可視化發展；5）用戶界面的可視化，用戶界面的設計與研究是人機交互領域重要的一部分。現階段多數是以二維圖形為主的用戶界面（GUI）和多媒體用戶界面，未來的發展則是更廣泛的多媒體交互集成，通過人工語音、多維圖形、人的動作指令等人工智能技術實現更人性化的人機交互效果。可視化界面設計通常會采取各種界面比擬來表現，如時間軸、拓撲圖、熱力圖等。
3可視化在數字圖書館資源揭示中的應用實踐
目前，國內外將可視化技術投入到優化數字圖書館館藏資源揭示并進行知識服務提供的實踐已越來越多。多數集中在特定數據集或數據庫的信息檢索過程、信息檢索結果的揭示效果上，局部試驗轉換為整體性布局還尚待成熟完善。數字圖書館在資源整合方面發展的理論成果和計算機與信息科技發展帶來的技術支撐，為可視化作為一種建設理念深入數字圖書館資源揭示中帶來了可能性與實施基礎。
31 世界?底滯際楣蕕氖奔渲帷⒌賾蛑嵴故?
世界數字圖書館在網站資源展示的可視化效果上已經形成了一定的影響力。
它在館藏揭示方式上，直觀地提供給讀者“時間線”和“互動式”地圖兩種較為通用的可視化選擇。圍繞“世界歷史”“中國書籍、手稿、地圖和印刷品”“歐洲的泥金裝飾手抄本”以及“美國歷史”四個分類文獻，網站分別給出時間軸和地域軸兩種展示方式。以“時間線”為例，當選擇“中國書籍、手稿、地圖和印刷品”時，可以看到下方的時間標尺，在時間標尺上對文獻類型又進行了細分，分為“地圖”“手稿”“圖書”“印刷品”，如圖1所示：
以帶有互操作性的時間標尺加上圖文最大限度地簡化了文獻資源的檢索過程，同時為用戶提供了文獻資源的整體景觀，使用戶對此類文獻收藏布局一目了然，也對歷史發展進程有直觀了解。
同樣以“中國書籍、手稿、地圖和印刷品”為例，網站為我們提供了“互動式地圖”的區域性資源揭示方式。互動式地圖是由美國“Leaflet”基于Javascript的開源交互地圖數據庫，這種基于GIS（地理信息系統）的可視化應用是由Natural Earth提供了開放的地理數據，該網站提供了全球1∶10 000 000、1∶50 000 000、1∶110 000 000比例尺的矢量和柵格數據下載。這種帶有交互性的地域展示方式使世界范圍內的文獻資源典藏分布更加清晰明了，間接地也對跨區域、跨國家的資源共建共享、資源服務范圍擴大帶來方便（詳見圖2）。
值得一提的是，世界數字圖書館網站把時間軸和地圖的概念貫徹在了網站各個維度的資源展示中。不論在“專題”“條目類型”還是“典藏單位”分類中，都將地圖嵌入其中，充分體現了“世界”區域性的特點。
32 國際虛擬規則文檔項目（VIAF）可視化
由OCLC牽頭負責的虛擬國際規范文檔（Virtual International Authority File，VIAF）項目，建設目的是要為用戶提供全球范圍內主要名稱規范文檔的便捷獲取服務，從個人名稱虛擬規范文檔逐步擴展到團體名稱和地名規范[4]。每一條規范記錄都有分配的唯一標識符，且均可以鏈接到由合作機構維護的文檔。目前VIAF數據已成為關聯數據云圖中最大的規范名稱數據集，也是互聯網中各類開放數據項目利用圖書館規范數據的途徑和方式，在與各種社會開放性項目的互通共享中自身也得到豐富、增強。VIAF與維基百科、ISNI、SNAC等項目都建立了合作，成為構建關聯數據環境的重要內容。VIAF的用戶檢索界面也是采用了可視化的交互操作形式（見圖3），以檢索“魯迅”為例[5]，索引選擇為所有VIAF，在檢索頁面上方顯示的是標題詞、作者姓名在不同規范文檔中的形式、VIAF ID（唯一標識符）、永久鏈接以及ISNI號；檢索結果頁面下方中包括了其他作者頁面信息項，如優選形式、4XX字段中備用名稱形式、5XX字段中相關名稱、作品、出版國家和地區等。在優選形式中，用戶可以看到不同圖書館所貢獻的相關記錄，并以超鏈接形式直接鏈接到相應的記錄內容。右下方的拓撲圖是通過一定的匹配方式，將不同國家的規范文檔進行匹配連接，并顯示相應的匹配方式及標識號，如，某相連節點顯示“（Match：title）RERO-vtls000107707”，則表示當前節點與標識號為RERO-vtls000107707的節點“名稱”匹配，使用戶對規范文檔有了整體性的感官認知，起到了在用戶進行數據選擇時的輔助作用。
33 挪威FRBR概念模型可視化
隨著RDA（資源描述與檢索）規則逐漸在圖書館編目領域的普及和應用，FRBR（書目記錄的功能需求）所構建的“實體―關系”模型也逐漸成為書目數據編目中的研究重點。要想把基于FRBR模型的所有潛在的數據關系與實體完整地揭示出來，傳統的線性表單式的書目記錄組織與展示方式已經無法做到。由斯洛尼亞盧布爾雅那大學的Tanja Mercun、Maja Zumer以及挪威科技大學的Trond Aalberg為主要成員組成的FRBRVIS項目組，將研究焦點落在了旨在更好地在用戶界面展現FRBR作品家族的信息可視化上。項目組從廣泛的書目數據中選取了不同復雜程度的作品家族樣例，每個作品家族中又通過人工選取40―100條記錄以囊括實體、關系以及屬性中盡可能出現的復雜情況和變化。與大部分FRBR實踐探索保持記錄樣本原樣的做法不同的是，項目實驗數據按照最新的RDA規則手動改造了原書目記錄中不規范的著錄項與缺少的關系，以及不支持計算機自動處理的數據。利用FRBR工具，項目建立了XML格式的基于FRBR的實驗數據，并確保了其實體準確建立、關系完整。在三種主要關系的基礎上，作品記錄被分為三層標簽：“版本”層用來展示作品的內容表達以及載體表現；“相關作品”層用來展示其他與該作品相關的作品；“作者其他或作者相關作品”層用來展示同作者的其他作品或與該作者相關的作品。
在展示具體標簽層時，左側標簽圖用來使用戶了解文獻整體情況，用戶可以下拉點擊了解更深層的編目內容，并從右側了解到詳細內容（如圖4）：
34 上海圖書館家譜本體可視化
上海圖書館基于22 000余種的家譜影像資源庫建立起的CNMARC格式元數據，在當前互聯網環境下文獻揭示與使用中面臨無法滿足需求的現實。家譜中所包含的豐富的人、地、時、事等關系，被認為用MARC這樣限定性、專業性較強的格式系統已無法充分描述和揭示，更加靈活的、多維度展示和操控工具成為家譜文獻服務的需要[6]。在這種背景下，上海圖書館采用目標為取代并兼容Marc的書目框架模型（BIBFRAME）建立家譜信息本體。根據書目框架的核心模型，家譜被分為作品和實例兩部分，依據元數據不同的著錄項分別歸為作品和實例中，而規范和注釋都通過作品和實例各自的屬性所定義的關聯關系與作品和實例相關聯。
上海圖書館家譜知識庫在揭示資源的文獻特征及內容特征、在各數據實體之間建立起易被理解的關聯關系并實現機器處理方面進行了突破性的探索和嘗試。目前該系統可視化效果可以在其試驗網站設計中看到基于時間軸和地域軸的展示（如圖6）：[FL）]
圖8是以動態熱力圖的方式，根據宗族遷徙時間、地點，計算出家族的遷徙路線及后代散居地，將家族遷徙的過程演示了出來，對宗族歷史深入發掘，跳出了對文獻載體本身進行收藏和管理的資源服務范圍，講活了“故事”。
4總結與展望
信息可視化進入圖書館視野已經逐步深入，應用于文獻資源揭示與知識組織服務的研究主題也漸漸得到細分。然而囿于針對包括書目數據在內的各類資源數據在聚合、挖掘以及高效管理利用方面的探索尚未定型，
