时间：2023-09-19 16:25:51
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机可视化技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
微机已经广泛应用于各种控制系统、智能仪器仪表、智能家电等领域。单片机性价比的提高，使单片机成为嵌入式系统的主流芯片。
目前，控制系统开发的常用方法是在PC机上编写和调试单片机系统程序。虽然，国内外有不少单片机开发系统，但由于单片机与PC机体系结构不同，用单片机指令编写的程序无法直接在PC机上运行，因此，系统开发时要有仿真器、编程器等专用设备，程序运行不能脱离单片机开发装置。因此，基于单片机的系统开发，源程序调试工作非常复杂，操作繁琐，调试结果的显示不够直观。针对上述情况，研究异构计算机软件移植可视化仿真技术，设计独立于单片机开发装置的可视化仿真系统，应用于控制系统和嵌入式系统的开发和实验具有重要的意义。本文在研究异构计算机软件移植可视化仿真技术的基础上，实现了在IBM-PC机上运行51系列单片机指令的可视化仿真系统，该仿真系统完全独立于单片机开发装置。
1 软件移植概述
1.1 软件移植方法
计算机系统层次模型[1]说明了各层次之间的关系及程序的执行情况。指令在计算机中执行的过程，实际上是指令由系统的高层逐级向低层转换的过程，从应用语言级直到微程序语言级，最后产生各种控制命令，驱动计算机的硬件完成指令功能。高层语言转换为低层语言的实现方法有翻译法和解释法：翻译法是将高层程序变换成低一层等效程序，其处理流程可描述为
while(excutingFlag)
{ 取指令；
分析指令；
转换成本层指令并保存；
}
执行转换后的指令；
上述流程中变量excutingFlag为执行程序是否结束标志，其值为0表示程序结束。翻译法又分为动态翻译和静态翻译。动态翻译在程序运行过程中，将被仿真的指令逐条转换成仿真程序代码；静态翻译是代一次将所有被仿真的程序转换为仿真代码后执行。解释法是低层机器仿真高层机器级语句或指令，即对高层机器级语言进行解释并执行。其处理流程可描述为
while(excutingFlag)
{取读指令；
分析指令；
解释执行；
}
翻译法速度快，但编程和调试困难；解释法易实现和调试，但速度慢。异构机之间的软件移植实际上也可以看成是将一台机器上所描述的语言在另一台机器上从高层向低层转换的过程。要实现异构机之间的软件移植，可以采用模拟和仿真两种方法[1]。模拟就是用一台机器（宿主机）的机器语言解释另一台机器（虚拟机）的指令系统来实现软件移植方法。但是这种方法运行速度显著降低、实时性差、编写程序困难。仿真是用微程序（宿主机）直接解释另一种机器（目标机）指令系统的方法。这种方法速度快，但微程序机器结构依赖于传统机器级结构，开发人员需要了解微程序机器的逻辑结构，当两种机器结构差别较大时很难仿真。
1.2 软件移植步骤
在实际应用中，为了解决异构计算机之间软件移植问题，可以根据设计人员的需要开发指令仿真系统。指令仿真系统开发的一般步骤为
(1) 分析仿真计算机和被仿真计算机的系统结构、指令系统、指令功能和指令结构；
(2) 需求分析，编写程序模块和各模块流程图；
(3) 选择合适的编程语言并编写程序；
(4) 程序调试和优化；
2 数据结构描述
数据结构描述关系到程序运行效率。在实际应用中，我们设计的仿真系统主要解决在IBM-PC机上执行由MCS51系列单片机指令系统所编写的汇编源程序，在分析MCS51单片机内部结构[2]的基础上，根据C语言的特点，同时兼顾程序运行的效率，合理地描述了系统设计所需的数据结构。
2.1 程序存储器结构
MCS51内部虽然只有4kB的程序存储器，但在实际应用中可以在外部扩展至64kB，其内部有一个16位的程序计数器PC可寻址64kB以访问程序存储器。根据单片机指令结构[2]及C语言的数据类型关系，并考虑到程序仿真时并不会用到所有的存储单元，因此采用链式存储结构。程序存储器的数据结构描述如下：
typedef struct progMEM
{ char opCode;
unsigned label;
//该条指令如果有标号，则存放其地址
char opNum1;
char opNum2;
char opNum3;
pMEM recAddr;
//存放当前指令的地址
pMEM nextIs;
//指向下一条指令的地址
}MemData， *pMEM;
pMEM PC;
在结构体中，几个字符型变量分别用于存放指令的操作码和操作数，并用结构体指针变量存放当前指令及下一条指令的地址。仿真系统将单片机源程序翻译成目标代码放在程序存储器（结构体）中，通过结构体类型的指针变量可以访问程序存储器中的指令。
2.2 数据存储器结构
MCS51将工作寄存器、端口和数据存储器统一编址，存储空间为256B。堆栈区设在30H~7FH，由堆栈指针SP指向栈顶。内部RAM，除了工作寄存器、位标志、堆栈以外的单元，其余都可以当一般数据寄存器使用。如果内部数据存储器不够用，可以外接数据存储器，扩展至64kB。内部数据存储器在程序调试时需经常查看单元内容，且数量不大，因此将内部数据存储器定义为数组，堆栈指针定义为整型，并初始化为30H。
char dataRAM[256];
int ramSP=0x30;
数据存储器单元的地址和数组的下标对应，这样在程序调试时，如果要查看内部数据存储器的内容，只要查看数据相应元素的值即可。另外定义一个结构体类型，模拟外部扩展的数据存储器，结构体定义如下：
typedef exDataRAM
{ char data;
unsigned addrRAM;
//存放存储单元的地址，用于查询
exRAMpt exDataP;
}RAMdata， *exRAMpt;
如果用到外部数据存储器，则将数据存在动态链式存储结构中，由于仿真程序运行时使用本机的存储器，因此其地址与仿真的单片机的地址不同，用一个变量addrRAM存放数据存储器的地址，以便于地址单元内的数据查询。
3 软件移植的可视化仿真
软件移植可视化仿真系统，不仅要完成汇编指令的功能，而且应该根据要求查询程序执行后各寄存器的内容、端口的状态和运行结果。在系统开发过程中，我们详细分析了单片机指令格式[2]和计算机执行指令的过程[3]，并根据仿真的速度要求，通过比较各语言的特点，选用Visual C++语言和80x86汇编语言，采用C语言环境下的在线汇编技术，用解释法实现可视化指令仿真系统。
3.1 软件移植过程
解释法完成异构机指令仿真，需要对源程序中的每一条指令执行如下操作：
step1 对指令从右向左扫描，如果有注释，则去掉注释；
setp2 对指令从左向右扫描，如果有标号，则去掉标号，并记录标号所在位置；
step3 将无标号和注释的指令从左向右逐步分离出操作码和操作数；
step4 保存操作码和操作数；
step5 分析操作码的功能并执行该指令。重复执行以上步骤直到程序结束，对分离出的操作码和操作数存入结构体progMEM定义的变量中。实现这一过程的函数结构如下：
pMEM StringSplit(char *IstructionString)
{ IsCode_Num=new MemData;
⋯
if(scan_char==’;’)
{ 去除分号后的内容; }
if(scan_char==’:’)
{ 保存该指令所在单元地址; }
if(scan_char==’ ’)
{ 保存空格前的字符串; }
//得到的第一个字符串为操作码
⋯
return(IsCode)
}
该函数入口参数为指令字符串，返回指向保存该指令的结构体变量的指针。生成目标代码和执行指令的过程可以用switch语句或事先设计函数跳转表实现[4]，本文采用switch语句实现，实现函数结构如下：
void GetCode(pMEM inCode)
{ ⋯
switch(opCode)
{ case code1: excuCode1()；break;
case code2: excuCode2(); break;
⋯
case codeN: excuCodeN();break;
}
⋯
}
以上代码中excuCodeN的入口参数为指令的操作码和相应的操作数。
3.2 可视化仿真的实现
可视化仿真系统应该提供一个集成开发环境，在此环境下可以编辑新的汇编程序和打开已经存在的源程序，并能将用被仿真计算机语言所编写的源程序汇编（编译或解释）成IBM-PC所能识别的代码及执行所需的操作，根据需要查询相应存储器单元的内容和端口的状态并显示查询结果。本系统在实现集成开发环境时，设计一个文本窗口，在窗口内输入的每条指令占用一行，程序输入后，选择工具菜单中的“执行”命令，则对窗口内的指令逐行扫描，完成对程序的解释执行。程序执行分单步执行和连续执行，如果是单步执行，则执行一条指令后显示相应存储单元或寄存器的内容。连续执行，则在执行完所有的指令后，弹出一个对话窗口，根据实际，可以查看所有数据存储器和特殊功能寄存器的内容，或者输入要查看的寄存器或内存单元的地址，显示相应单元内容，结果显示采用十进制或二进制。对于端口状态，显示数据为二进制形式。结果的可视化查询对于存储器和寄存器采用不同的技术，为每一个寄存器设置一个文本框，用以显示对应寄存器的内容，而所有程序中涉及到的存储单元的内容显示在同一个文本窗口中。
4 结束语
本文介绍的可视化仿真系统的开发技术，使用图形用户界面（GUI），实验结果表明，该方法显示直观、结果查询方便，而且应用VC环境下在线汇编技术，编写的程序代码占用系统资源少，又能保证系统运行效率。虽然本文以IBM-PC和单片机作为应用实例，但是详细分析其它异构计算机的体系结构和指令功能，使用本文提出的软件移植的可视化仿真技术，不仅可以解决各种系统开发中的难题，而且可以解决各种异构计算机之间的软件兼容性和移植性问题。
参考文献
1 张吉锋， 徐炜民， 严允中. 计算机系统结构.北京：电子工业出版社，1997
2 徐君毅，张友德，余宝洪等.单片微型计算机原理与应用.上海：上海科学技术出版社，1990
[关键词] 信息可视化； 网格； 可视化系统
[中图分类号] TP311.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）20- 0071- 03
1 信息可视化与网格概述
1.1 信息可视化概述
所谓可视化，就是把数据信息和知识转化为图形、图像等比较直观的视觉形式的过程，它充分利用人们对这些可视模式能够快速识别的自然能力，以良好的可视界面满足人们观察、浏览、操纵、过滤、研究、探索、理解、发现大规模数据的需求，并方便人们与之交流，从而可以有效地发现隐藏在信息内部的特征和规律，并加以总结和推广。进一步，对繁杂的抽象信息之间的复杂关系进行探索的努力，促使了信息可视化这一崭新科学领域的出现。它是一门将信息和数据转换为人们可以直观、形象理解的图形或图像表达方式的技术，从而通过对信息的感知将其内在化成知识。它结合了科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学、认知科学等诸多学科的理论和方法，而逐步发展起来。作为人和信息之间的一种可视化界面，交互技术显得尤为重要，传统的人机交互技术几乎都可以得到应用。人机交互是研究人、计算机以及它们相互影响的技术，而信息可视化则是研究人、计算机表示的信息以及它们相互影响的技术。除了如何绘制关心的对象的可视化属性的问题以外，更重要的是如何把非空间抽象信息映射为有效的可视化形式。
可视化技术最初应用于科学计算，随着社会信息化的推进和网络应用的日益广泛，信息源越来越庞大，也越来越复杂，可视化技术已不仅用于科学数据，而且要作为一个基本工具，应用于抽象信息，揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。目前，信息可视化的研究热点之一是网络信息可视化。网络信息分布在遍及世界各地的数以万计的网站上，网站通过文档之间的超链接交织在一起。不论网络现在的规模有多大，可以预见的是，它还将继续膨胀。如何方便地利用Web上的信息，成了一个迫切需要解决的问题。然而，目前的信息访问方式却远远不能让人满意。网络信息可视化在帮助人们理解信息空间的结构，快速发现所需信息，有效防止信息迷航等方面将会扮演越来越重要的角色。
1.2 网格的概念与应用
网格是一种正在发展的新兴技术， 人们对它还没有一个统一的认识。有人将其看作是未来的互联网， 也有称“ 网格”代表“ 国际互联网2”和“ 下一代互联网”等。此类说法虽不严谨， 但也说明了“ 网格”是继互联网之后出现的一种新型网络技术平台。通俗地说， 它是把地理位置上分散的资源集成起来的一种基础设施， 通过这种基础设施， 用户不需要了解这个基础设施上资源的具体细节就可以使用自己所需要的资源。作为构筑在互联网上的一组新兴技术， 它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器和远程设备等融为一体， 为科技人员和民众提供更多的资源、功能和服务。不难预测，与万维网一样，原来为科研服务的网格也会很快用于传媒、传统产业、电子商务、娱乐等各个领域。网格通过任何一台计算机都可以提供无限的计算能力，可以接入浩如烟海的信息。这种环境将能够使各企业解决以前难以处理的问题，最有效地使用他们的系统，满足客户需求并降低他们的计算机资源总成本。它所要达到的目的有三个，其一是资源的集中，使用户能够将企业整个IT基础设施看作是一台计算机，能够根据需要找到尚未被利用的资源。其二是数据共享，使企业接入远程数据。其三是通过网格来加强合作，使广泛分散在各地的组织能够在一定的项目上进行合作，整合业务流程，共享从工程蓝图到软件应用程序等所有信息。
2 面向网格的可视化研究
2.1 信息可视化与网格计算的融合
作为一种发展中的技术，广义上可以认为网格是一种面向互联网的分布式计算技术和中间件。可视化与网格具有紧密的联系：一方面可视化通常是科学计算结果的后续处理步骤，另一方面可视化本身也是一种数据与计算密集型应用。可视化和科学计算一样是促进网格发展的动力。网格支持互联网范围的可视化应用，它对于可视化应用的意义有以下几个方面：
（1） 随着科学计算和医学等应用的发展，可视化数据集的存储量和计算量不断增大。一些数据集的存储量已达到太（T）字节，网格技术能够通过动态的资源组织满足数据存储和计算的要求，它能提供自治和动态的资源管理，实现数据采集、存储和计算的分布，增强科学家理解和使用科学数据的认知能力，延伸人类科学活动的范围。
（2）可视化应用具有较高的数据要求和计算要求，一般只能在较高端的平台上运行，往往需要远程使用。随着互联网的普及，远程可视化的空间进一步扩大了， 与基于Web 的远程可视化相比，网格提供了一个更为统一的资源共享和使用的平台，在这个平台上协调各种资源、提供远程可视化服务存在很多新的挑战，因为需要处理数据、计算和显示等多种类型的分布。
（3） 面向网格的可视化应用不仅应该支持用户的远程访问，而且应该支持用户间的协同。人们已经对协同可视化进行了大量研究。协同也是网格的一项重要特征。如网格可以提供虚拟组织支持，这种虚拟组织的概念除表现为资源的虚拟化外，更突出表现为多个用户之间的协作。
（4） 科学计算和可视化都是网格的主要应用对象。可视化通常是科学计算的后续处理步骤，为了更好地对科学计算结果进行可视化和驾驭，需要在可视化流程和科学计算过程之间进行协调和集成，通过这种集成可以更好地获得反馈并进行控制，提高资源的利用效率，方便问题求解环境的构建。所以面向网格的可视化和面向网格的科学计算的集成也是一个重要的研究领域。
2.2 面向网格的可视化的研究内容
20 世纪90 年代中后期以来，计算机迅速普及，网络技术飞速发展，计算机集群和联网计算机逐步取代了传统的高端并行机而成为并行可视化应用的理想平台。而Internet 的兴起使得可视化应用利用Internet 范围的存储、计算和绘制资源，并在Internet范围内提供服务成为一种可能和现实的需求。传统的网络可视化研究没有考虑面向INTERNET 的异构性、互操作性、动态性和可扩展性，而从集中到分散、从紧耦合到松耦合、从小范围到大范围是并行计算机和网络技术的发展趋势。网格技术正是在这种条件下产生的一种前瞻性的面向互联网的分布式计算方式，它是传统的并行计算和分布式计算在深度和广度上的拓展。虽然网格技术仍在发展之中，但是它所提供的资源汇聚、自治协调等功能将使得可视化应用在更广的范围内进行数据存储和计算，更好地与科学计算程序集成，并让更广范围的用户通过网络以远程或协作方式使用可视化应用。面向网格的可视化已经成为可视化领域的一个新的研究。国内外都在面向网格的可视领域内进行了较多研究，早期的研究主要是利用计算分布和数据分布完成可视化任务，后来的研究向纵深发展，其侧重点也有所不同。一些研究不仅利用网格资源进行并行绘制，而且可以提供远程绘制服务；一些研究项目致力于功能更为全面的面向网格的可视化软件和中间件；另一些研究则侧重于现有可视化软件的“网格化”；还有一些研究特别将重点放在了网络可视化中海量数据的传输中。以上这些研究虽不成熟，但都是在面向网格的可视化领域内的有益探索。
3 构建面向网格的可视化系统
随着网格环境的建设的逐步完善和科学计算的需求日益增长，如何构建一种适用性好、交互性强、易于扩展的网格环境下的可视化系统，成为目前面向网格的可视化应用研究的重点问题。基于网格计算环境的特征，并参考国内外已有的远程可视化系统，可以从以下几个方面来考虑：
3.1 关于系统的设计目标
（1） 高效地提供优质的可视化结果。由于涉及到大规模的数据，一般的可视化软件均需要较高配置的运行环境。只有在基于高性能计算网格的环境中，利用高性能的CPU、计算和可视化硬件环境，才能高效地可视化大规模甚至超大规模科学计算所得数据，得出高质量的可视化结果，从而方便对数据进行进一步分析。
（2） 简化用户操作。若使用一般的可视化软件，在直接对数据进行可视化前，有可能需要对计算所得到的大规模数据进行筛选、转换存储方式等操作。高性能计算网格环境下的可视化系统应有机地与整个网格环境结合起来，在得到计算结果时，自动进行某些用户自定义操作，从而简化用户操作。
（3） 提高可视化过程的交互性。可视化服务器屏蔽在网格中间件之下，在对数据进行可视化的过程中，用户可以进行交互，满足特定需求。
（4） 有效利用已有可视化软件。网格计算环境中已经集成的大量优秀可视化软件中，有的应用范围涵盖了相关学科的多个应用领域，有的成为了相关学科数据分析的常用工具。充分利用这些软件，将这些软件以系统组件的方式融入到系统中来，将极大提高系统的可用性，降低其开发周期，充分利用网格环境资源共享的特征。
（5） 很好的可扩展性。一个可视化中心，不同领域不同部门用户的可视化要求各不相同，而且随时可能有变化或有新的可视化要求。系统要能够方便地修改已有的服务和添加新的可视化服务。
3.2 面向网格的可视化系统的工作模式
可视化应用一般需要较大的计算量，可以利用网格上的高性能可视化资源完成可视化任务，然后将结果图像传送到用户的客户端显示。这样，客户端只完成结果图像的显示，无需专用的软、硬件资源，对客户端的软硬件要求将大大降低，易于实现异地多用户的协同设计和分析。可视化资源共享的工作模式如图1所示。
（1） 用户通过Web 浏览器访问可视化应用服务门户，设置可视化应用参数。以虚拟环境为例，主要是三维场景运行信息，包括地形文件、运动实体几何模型文件，模型驱动方式、海洋参数、三维路径参数等。
（2） 可视化应用门户服务器基于JSP 等动态网页技术响应客户端的请求，用户的操作结果在门户服务器上存储为XML 格式的可视化应用配置文件，并将该配置文件传送到可视化应用服务器。
（3） 可视化应用服务根据配置文件，利用网格中间件查找相应的模型资源，完成相应的可视化任务，并绘制到图形加速卡的帧缓存中。
（4） 可视化应用服务捕捉帧缓存中的三维场景图像，并保存为图像文件，传送回可视化应用门户服务器，门户服务器将场景图像传送到客户端显示。
3.3 面向网格的可视化系统的体系结构
面向网格的可视化系统分为4 层结构，即可视化资源层、网格中间件层、可视化应用服务层和可视化应用网格门户层，如图2所示。
（1） 可视化资源层。提供网格调度使用的各种可视化资源，包括科学计算可视化工具、视景仿真驱动软件和图形绘制硬件等。
（2） 网格中间件层。完成可视化服务的部署、注册、调度、服务发现等网格资源管理功能。
（3） 可视化服务层。响应可视化应用门户的任务请求，利用可视化网格资源完成具体的可视化任务。其中，可视化任务解析服务负责解析XML 格式的可视化任务描述文件，并调用其他可视化服务完成可视化任务。
（4） 应用门户层。接收用户的交互信息，生成可视化任务描述文件，向用户显示可视化任务执行结果。
4 总结和展望
面向网格的信息可视化技术拓展了并行可视化和分布式可视化的研究范围，使可视化可以在更广的范围内进行数据存储和计算，更好地与科学计算连接，并让更广范围内的用户通过网络以远程或者协作方式进行可视化。随着研究的不断深入，面向网格的可视化应用研究可以从两个方面来努力，一方面是进一步完善系统服务管理、检测和监控，增强系统的安全，提高系统的健壮性和适用性，另一方面是从应用出发，结合高速互联网的普及与发展，根据用户不断变化的需求，增加更多的可视化服务。
主要参考文献
[1] 王晓华，张田文，柴旭东. 可视化资源网格化方法[J]. 计算机工程， 2008（5）.
[2] 陈静姝，王庆官，张凡，等. 基于网格计算环境的可视化系统设计与实现[J]. 计算机应用研究，2007（8）.
[3] 韩伟杰，张文，李晓梅. 基于网格的Web可视化系统设计与实现[J]. 计算机工程，2006（12）.
[4] 高曙，Nick J Avis. 网格环境下分布式可视化研究[J]. 武汉理工大学学报，2009（2）.
[5] 孙梅玉，吕新军. 基于网格服务的可视化应用模型研究[J]. 山东师范大学学报，2008（3）.
[6] Haoxiang Wang，K Brodlie，J Wood. Service-oriented Approach to Collaborative Visualization [J]. Proceedings of the U K e-Science All Hands Meeting， NeSC，2006，7 （17）.
[7] Shu Gao， Ding-Fang Chen. Applying Web Service Technology in Distributed Visualization [J]. Proceedings of the ICMLC，2007，5 （2）.
[8] Shu Gao，Dingfang Chen. Semantic Approach to Visualization Service Discovery [J] . Proceedings of the SPND，2007，10 （2）.
【关键词】科学计算可视化 电力系统 培训应用
科学计算可视化是运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来[1]。科学计算可视化涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计级图形用户界面等多个研究领域，已成为当前计算机图形学研究的重要方向。
一、可视化技术在电力系统仿真培训中的应用
电力系统的可视化包括电网信息可视化以及分析决策过程的可视化[2]。电网系统中电气信息量各自有各自不同的特点，可视化技术的应用能够起到数据挖掘的作用，如可以用饼状图表示的百分数来代表输电线路的负载率。因电力系统输电线路上的潮流等不是静态过程，用动画技术可以明确表示出输电线路上的潮流动态过程，这样不仅可以使观察者详细观察各参数的动态变化过程，而且能够增强可视画面的显示效果。研究电力系统可视化的过程中，还要注意电力系统中相关的多维信息，如线路负载、发电机有无无功设备、变压器档位等。另外还要注意事故分析、线路传输量等变量因素，研究这些电力系统中的数据，需引入三维可视化技术进行分析。三维可视化视图技术能更立体、更形象的展示出相关的参数变化。在电力系统中，潮流计算是应用最为广泛、最重要的一项计算[3]。潮流计算是电力系统静态和暂态计算的基础，也是分析电力系统规划设计和运行方式、可靠性及经济性定量分析的基础。电力系统分析过程中的可视化可以从电网大量越限信息中抽取重要事件，从电网动态平衡中获取有效信息，电力系统中如能将潮流计算、短路计量以及静态安全分析等与可视化技术联系起来，可以使运行人员方便地切除或增加新设备，实现网架结构操作等。在完成操作的同时，可以借助相关的可视化手段对系统的运行状况、变化情况以及电气量之间的相关关系进行分析评价，减轻运行人员的压力。
二、科学计算可视化在教学培训中的应用
科学计算可视化具有直观、交互性强等特点。科学计算可视化的电力系统能够将潮流、功率等较为抽象的电气量以及动态过程以图形这种简单直观的图像展现出来。在各大高校以及相关科研院校中，科学计算可视化能更好的提高学生对电力系统相关概念的理解，很好的辅助教师的教学活动，同时也是研究人员深入发掘数据的有效手段。
电力系统的运行必须确保安全可靠，在提高高安全、高质量供电基础上，电力系统的操作人员也应该实现高水平操作。电力系统操作人员在遇到操作事故时必须做出正确快速的操作，可视化技术的出现可以让学员对电网做身临其境的模拟分析[4]，可以更清楚的看清问题解决的过程，还可以更好的利用计算机仿真来解决出现的问题。
三、科学可视化技术在电力系统中的应用前景
电力系统科学可视化技术的提出还处在起步阶段，科学可视化利用图形展现相关的电力系统信息，能够充分利用人的图形感知能力，提高运行人员对电力系统运行状态的认识。科学可视化技术手段利用图形进行静态安全评估：利用单线图表示电力系统中的运行故障、故障严重程度以及元件的脆弱性，更直观的展现系统的整体安全运行情况，提高学生对电力运行安全性、重要性的认识，实现教学目的。科学计算可视化侧重于解决数据密集型和人参与的信息处理循环事件，相对于实时应用来讲，电力系统中数据密集程度越高，人参与的程度越深，科学计算可视化的应用也就越有意义。因此科学计算可视化应不仅仅局限于实时应用，更应将研究设计和实时应用结合起来。
科学计算可视化对电力系统的规划设计具有辅助作用。在规划过程中，可能产生多套实施方案，需要从中选出最优方案，这也就需要对多种方案进行数据以及安全性的分析。数据分析不仅需要一个包含电网参数与设计信息的数据库，也需要一个能直观表达信息的形式[5]。在分析过程中采用可视化技术，设计者能够根据可视化表现出来的数据及相关信息进行计算控制，计算控制不单是指随时中断计算过程，也包括能够动态的修正相关数据及算法。如能将可视化技术应用到电力系统教学中，可以充分提高研究人员的研究成果，提高教师教学的准确性。可视化的技术应用还可以协助调度人员迅速掌握系统运行的相关情况，帮助调度人员及时了解故障出现的可能性以及安全性，使调度人员能更安全、更经济的处理故障和调整系统的运行。与当前所使用的人机界面不同，科学可视化技术主要利用图形展现信息的大量运算以及安全评价信息，而不是利用符号与数字来呈现。图形能更好的表达数量大、复杂且精度要求不高的信息[6]。在电力系统教学中实施科学计算可视化，有助于学生更好的了解教师所讲知识，提高教师的教学质量，促进学生全面素质的提升。
参考文献
[1]韩振祥，吕捷，邱家驹. 科学计算可视化及其在电力系统中的应用前景[J]. 学前教育研电网技术 2011 （20）
[2]谭慧玲，张菁，王庆红. 科学计算可视化技术在电力系统教学和培训的应用[J]. 中华高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集 2012 （11）.
[3]郭崇军，洪峰，陈金富，李勇，徐友平，汪建波. 可视化技术在电力系统中的应用探讨[J].水电能源科学 2011（02）
[4]Overbye T J，Weber J D. New Methods for the Visualization of Electric Power System Information[A] Info Vis Proceedings of the IEEE Symposium on Information Visualization. 2000（09）
如上期《思维可视化研究之目的与技术支撑》一文所述，对教学而言，“思维可视化”是指将原本不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，以期实现增强记忆及加深理解的效果。其本质也就是隐性思维显性化的过程。为了进行思维可视化的教学研究，必须对可视化本身的类型、进展，以及可视化教学研究方面进行考量。
可视化的类型
从基本原理上讲，可视化（Visualization）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。“可视化”一词来源于英文的visualization，原意是“可使看得见的，清楚地呈现”，也可译为形象化、成就展现等。事实上，将任何抽象的事物、过程变成图形图像等形象化的表示都可以称为可视化。[1]从另一个角度说，可视化是一个过程——它将数据、信息和知识转化为一种形象化的视觉表达形式。充分利用了人们对可视模式快速识别的自然能力，以形象化的姿态接受大众的解读。[2]“可视化”作为专业术语最早出现在1987年2月，当时美国国家自然科学基金会（National Science Foundation，简称NSF）召开的一个专题研讨会，给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域以及近期、长期发展的方向。这标志着科学计算可视化作为一个学科在国际范围内已经成熟。[3]作为一个新的学科，目前可视化研究的类型主要是以下三个方面。
1.数据可视化
数据可视化（Data Visualization）是关于数据之视觉表现形式的研究；其中，这种数据的视觉表现形式被定义为一种以某种概要形式抽提出来的信息，包括相应信息单位的各种属性和变量。数据可视化技术的基本思想是将数据库中每一个数据项作为单个图元元素表示，大量的数据集构成数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析。数据可视化主要旨在借助于图形化手段，清晰有效地传达与沟通信息。
2.信息可视化
信息可视化（Information visualization）是一个跨学科领域，旨在研究大规模非数值型信息资源的视觉呈现，信息可视化侧重于抽象数据集，在科学技术研究领域，信息可视化这条术语则一般适用于大规模非数字型信息资源的可视化表达。信息可视化致力于创建那些以直观方式传达抽象信息的手段和方法。利用人类对视觉对象的快速辨别能力，使人们在这种新型高效的视觉化界面的帮助下，快速识别出数据背后事物之间的关系及其发展趋势。信息可视化的英文术语“Information Visualization”是由斯图尔特·卡德、约克·麦金利和乔治·罗伯逊于1989年创造出来的。斯图尔特·卡德1999年的报告将其定义为：“借助于计算机支持的，交互性的视觉表示法来表现抽象数据和增强认知”。[4]
3.知识可视化
知识可视化是可视化在教育应用领域研究的一个新分支，是在科学计算可视化 （Scientific Computing Visualization）、数据可视化（Data Visualization）和信息可视化（Information visualization）基础上发展起来的。[5]2004年，Eppler&Burkard将知识可视化定义为：“知识可视化是运用视觉表达手段来研究在两个以上人之间知识创造的提高和传播的作用，知识可视化也可被认为所有用来构成和传输复杂意识的图解手段。”[6]一般来讲，知识可视化领域研究的是视觉表征在提高两个或两个以上人之间的知识传播和创新中的作用。这样一来，知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。
可视化研究的进展
可视化的研究是伴随着科学技术的发展，经历了数据─信息─知识可视化的研究历程。但是，随着基于计算机的工业设计的兴起和脑科学的发展，可视化研究开始向思维研究的领域发展。可视化图形图像以及背后的数据来源和创造历程更是让人们为之诧异不止。它涉足制图学、图形绘制设计、计算机视觉、数据采集、统计学、图解技术、数型结合以及动画、立体渲染、用户交互等。相关领域有影像学、视知觉、空间分析、科学建模等。随着可视化技术的应用和发展，可视化研究也从计算机科学领域向与其他学科的交叉领域渗透，包括心理学、教育学、神经科学、管理学等学科。
从可视化研究方面讲，在计算机出现之前，可视化主要通过手工绘制。最具代表性的例子是英国麻醉学家、流行病学家JohnSnow绘制的关于1854年伦敦霍乱流行情况分析图，他用地理坐标方格图标绘了霍乱爆发后，死亡病例的位置以及每个病例使用水泵的情况，发现了水泵是这次霍乱爆发的来源，从而成功地验证了他的理论/假设：受污染的水是导致霍乱爆发的原因。[7]然而，直到计算机发明以后，可视化才真正成为人们分析数据，获取有用信息的手段。[8]数据可视化的概念起源于1960年的计算机图形学，人们使用计算机创建图形图表，可视化提取出来的数据，将数据的各种属性和变量呈现出来。随着计算机硬件的发展，人们创建更复杂规模更大的数字模型，发展了数据采集设备和数据保存设备。同理，也需要更高级的计算机图形学技术及方法来创建这些规模庞大的数据集。对于真正的可视化研究主要从关注科学计算和数据的可视化研究开始，1987年，由布鲁斯·麦考梅克（Bruce H. McCormick）、托马斯·德房蒂（Thomas A. DeFanti）和玛克辛·布朗（Maxine D. Brown）所编写的美国国家科学基金会报告《Visualization in Scientific Computing》，拉开了科学可视化研究的序幕。[9]
几十年来，可视化一直是研究的热点，众多的大学、跨国公司以及著名的实验室均投入了大量的人力、物力开展对可视化的研究。随着数据可视化平台的拓展，应用领域的增加，表现形式的不断变化，以及增加了诸如实时动态效果、用户交互使用等，数据可视化像所有新兴概念一样边界不断扩大。数据可视化在发展过程中，经历了科学可视化“利用计算机图形学来创建视觉图像，帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式”。例如，利用经验数据，科学可视化在天体物理学（模拟宇宙爆炸等）、地理学（模拟温室效应）、气象学（龙卷风或大气平流）模拟人类肉眼无法观察或记录的自然现象；利用医学数据（核磁共振或CT）研究和诊断人体；在建筑领域、城市规划领域或高端工业产品的研发过程中发挥重大作用。又如，在汽车的研发过程中，需要输入大量结构和材料数据，模拟汽车在受到撞击时如何变形。在城市道路规划的设计过程中，需要模拟交通流量。虽然科学可视化的表现形式对于普通人比较陌生，像粒子系统、散点图、热力图等图表不接受专业训练很难看懂。但实际上科学可视化的成果已经渗透到我们生活的每个角落。数据的可视化在计算机科学的图形学领域成为研究重点，如浙江大学CAD国家实验室所关注的三维建模和虚拟现实。以微软为代表的应用软件开发商，开发了大量对数据进行可视化的软件如GRAPH图表等，应用于各个领域。随着可视化技术的发展，可视化工具包即具有可视化功能的软件包越来越丰富，它采用菜单驱动，支持有限的数据类型和可视化算法，用户通过程序调用实现数据的可视化，但不需要编程，可视化形态也从2D向3D发展。典型的可视化工具包有Ensight，MayaVi，ParaView，pV3，PV-WAVE，Vis5D等。[10]
90年代初，信息可视化进入人们的视野。用于解决对异质性数据中“抽象”部分的分析。帮助人们理解和观察抽象概念，放大了人类的认知能力。也就是信息可视化开始关注普通用户的知识表达和知识传递，使可视化技术向非专业用户和其他学科领域延伸。例如，商业及管理图形决策系统、图形化数据显示、演示图形系统、可视化信息系统、C3I（指挥、控制、通信和信息系统），金融的图形系统及商业和科学图表与图形。在电子教室的认知研究结果的基础上发展的开发视觉思维能力和创新能力的儿童和成人教育与学习的可视化工具与技巧。各种信息图形软件中的视觉呈现研究发展，在屏幕布局、窗口、图标、字体设计和动画，改善彩色图形显示和图形用户界面（GUI）的开发工具及可见语言编程工具的改进。视觉艺术和设计的计算机图形应用程序，涉及平面设计、工业设计、广告及室内设计，包括设计原则、色彩、比例及地方与视觉元素方向的有关标准等研究。
知识可视化是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来的新兴研究方向，它应用视觉表征手段促进群体知识的传播和创新。其定义可概述为：“知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上人之间复杂知识创造与传递的学科。”而美国的斯马尔蒂诺（Smaldino）在《教学技术与媒体》一书中揭示了图片、插图和文字从具体到抽象地表现了不同种类符号的真实程度，可视化内容以图片呈现已经成为体现可视化优势的重要手段。[11]如何把知识以图形图像的方式可视化呈现已经成为可视化应用领域研究的热点。由于很多学者通常将知识体系分为四个等级：数据、信息、知识和智慧。Gene、Durval和Anthony认为理解（Understanding）支撑着数据到信息和知识的转换，理解并不是一个独立的层次。[12]赵国庆等曾从可视化对象、可视化目的、可视化方式和交互类型四个方面对数据可视化等信息可视化与知识可视化进行了比较。[13]针对智慧（思维）可视化的方法、技术的相关研究也颇多，主要集中在用何种结构的图形图像显示知识更符合人们的思维方式，如启发式草图（Heuristic Sketches）、视觉隐喻（Visual Metaphors）、因果图、想法鱼池（Idea Quarium）、思维导图（Mind Map）、思维地图（Thinking Maps）等就是相关的尝试。受化学中元素周期表的使用、外观和逻辑的启发，Ralph和Martin在2005年整合了形式多样的视觉表征，依据各类视觉表征的相关性和不同点对技术进行编号、上架，从管理学的角度形成“可视化周期表方法”，[14]形象直观地揭示了不同形式的视觉表征在管理学相关领域知识的联系和区别。这些可视化方法是一种系统的、有一定规则的、外部的、持久的用来传达某种信息的图形图像表征，他们有益于人们获得知识、阐述观点或交流经验。可视化元素周期表方法提供了管理学应用领域知识可视化具可操作性的策略。
思维可视化的教学研究
数据、信息、知识的表现形式可以是美丽、优雅、生动、形象或描述性的。有多种传统的数据、信息、知识表现形式在不同的项目及可能的场合被频繁地使用，如表格、饼图、柱状图等。但为了更有效地向人们传达知识信息，有时你需要的绝不仅仅是一张饼图或直方图。还应该有更好的、深刻的、富于创造性及趣味性的方法来表达可视化数据、信息或知识。这是创造性设计美学和严谨的工程科学的卓越产物。用极美丽或形象的形式呈现可能非常沉闷繁冗的数据，其表现和创作过程完全可以称之为艺术，而教学从另一个角度说也是一种艺术，这也正是人们所期待的。这些需求和期待也正蕴含着思维可视化将成为更为丰富的教学研究对象。就目前而言，思维可视化在教学方面的研究可以归结如下。
1.教学对象的研究
在思维可视化的课堂教学中，学生被海量的视觉和图形信息轰炸，直接影响着学习者的思维变化。大量包含功能强大的图像和符号的电子媒体出现在学习和生活中，学习者需要什么样的技能和素养才能满足思维可视化学习的需求。我们的教育系统是否能够帮助学生不仅理解图形和图像，而且还使用图形和图像进行有效沟通，开展正确思维。[15]这也常被人们称之为视觉素养能力的培养。作为可视化教学的教师应该具备更全方位的视觉素养能力，这也是重要的研究。
2.教学环境的研究
为了满足思维可视化教学过程的需要，可视化的教学环境如何去构建，已经成为教育技术领域的研究热点之一，如诺丁汉大学的视觉学习实验室、北卡罗莱纳州立大学的SCALE─UP教室、华东师范大学的未来课堂以及众多的智慧教室的提出都具备多屏显示的特征，为可视化教学的实施提供尝试。可视化教学环境的研究牵扯到多个学科领域，包括技术层面和教学层面。
3.教学策略的研究
早前的可视化策略，主要集中在通过对文本链接的可视化效果，来增加对文字作品或文学作品的理解。[16]但是，新的思维可视化教学过程描述的是一个完整的把可视化融入教学的各个环节，包括教学内容的细节，能激发学习者学习兴趣的节点。在教学的每个阶段都可以使用可视化手段和可视化内容，所以会使可视化教学策略的研究内容更为丰富。技术工具的使用策略，可视化内容的设计策略，可视化教学活动设计策略等都需要研究。具体包括多学科方法和技术为基础的教学，思维导图、图形组织者、阅读障碍等。
4.教学评价的研究
杰森·理查德森，直言不讳地批评标准化测试，因为目前的评估措施主要是针对学习者对事实记忆的评价，而不是学生的技能或能力。新的可视化教学可能因为媒体技术和学习理念的变化发生改变，那么如果我们的评价方式没有改变，这些教学上的改变将无法进行，应该说可视化教学的评价是促进可视化教学发展的关键，必须得到研究者们的关注。
小结
从早期媒体的发展到新媒体技术的出现，可视化一直伴随着教学的发展，人们不需要再去质疑可视化所能带来的好处，而需要做的是如何紧跟可视化教学发展的基本脉络。按照新媒体技术发展的新趋势，融合新的学习理论研究成果，去探索如何提供更好的教学环境和教学设计使思维可视化的巨大作用能够充分地发挥出来。技术环境提供了可视化教学应用的可能，但真正的可视化教学应用还需要除硬件环境以外的教师和学生的改变，我们教育研究者所要做的是拓展研究的思路，如何提供更好的教学环境和教学设计使可视化的巨大作用能够发挥出来。随着技术的发展，信息技术和智能识别技术可以记录各种交互信息，分析技术如视频行为分析、社会网络分析法给可视化教学活动的量化评价提供了便利的方法和理念。未来科技或许将为我们的课堂带来巨大的变革，而教学研究思路的转变就是迎接课堂变革的重要部分，其中思维可视化将会成为教学理念改变的一个重要途径。
参考文献：
[1]莫永华，魏文晨，吕永峰.分层可视化方法原理与实践[M].湖南：中南大学出版社，2011（10）：44.
[2]周宁.知识可视化与信息可视化比较研究[J].情报理论与实践，2007（2）：178-180.
[3]潘云鹤.计算机图形学——原理、方法及应用[M].北京：高等教育出版社，2001：12.
[4]Card，S.，Mackinlay，J. and Shneiderman，B..Readings in Information Visualization； Using Vision to think [M]. Morgan Kaufmann，Los Altos，CA.1999：254.
[5]JianPing Zhang，Da Zhong & Jiahua Zhang. Knowledge Visualization： A An Effective Way of Improving Learning [C].ETCS2010， IEEE Computer Society，Wuhan，China，2010：589-589.
[6]Eppler，M.，& Burkard，R.，Knowledge Visualization ： Towards a New Discipline and its Fields of Application [M].ICA Working PaPer#2/2004， University of Lugano，2004：3.
[7]E.Thfte.The Visual DisPlay of Quantitative Information.Graphicspress[M].Jan.1983：45-48.
[8]Colin W. Information Visualization： PereePtion for Design. Morgan Kaufmann[M].2000：198-210.
[9]Card，S.，Mackinlay， J. and Shneiderman，B..Readings in Information Visualization： Using Vision to Think[M].1999.
[10]赵国庆.知识可视化2004定义的分析与修订[J].电化教育研究，2009（3）：15-18.
[11]（美）斯马尔蒂诺，等.教学技术与媒体 （第8版/郭译） [M].北京：高等教育出版社，2008.
[12]Gene B.，Durval C.，Anthony Mills. Data，Information，Knowledge and Wisdom[DB/OL]. http：///dikw/dikw.htm，2010-8-1.
[13]赵国庆，黄荣怀，陆志坚.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究，2005（1）：23-27.
[14]Ralph L.，Martin J. Eppler. Towards A Periodic Table of Visualization Methods for Management[DB/OL]. http：///periodic_table/periodic_table.pdf，2010-8-1.
【关键词】可视化 数据挖掘 技术分析
传统的数据挖掘技术在应用过程中，应用者是无法观察到数据挖掘的过程，只能够获得结果，在数据分析与挖掘的过程中使用者并不能直观的观察过程，其往往会导致使用者更与单一性的分析数据挖掘结果，失去数据挖掘的意义。可视化数据挖掘技术结合了计算机与用户的视觉感受，是一种能够直观观察的数据挖掘方式，在数据挖掘过程为用户提供直观性的信息数据，便于用户交互流量数据，从而极大程度提升数据挖掘的效率、准确性、有效性，获得更有使用价值意义的数据结果。
1 可视化及数据挖掘的含义
所谓的可视化，也就是指人借助视觉观察并在思维中形成客观事物影像的过程，这是一种心智处理的过程。可视化能够提升人们对事物的观察准确性并形成一个完整的整体概念。可视化结果能够便于人们理解和记忆，并且对于信息的表达方式、处理方式是其他方式无法替代的。可视化技术普遍是以人所习惯的图形、图像为工具融入到信息处理技术当中，主要是将信息化数据以更加直观的方式让人所接受和理解。通过仿真化、形象化、模拟化等全新技术方式重现出来。可视化不仅可以以客观的现实展现数据内容，还可以为使用者提供富有规律、客观、真实的数据信息。数据挖掘主要是指借助检测和分析数据，获得更多潜在的有使用价值的信息。数据挖掘的定义主要分为狭x与广义。狭义的数据挖掘主要是按照已经处理过或分析过的数据，从当中提炼出有使用意义的信息数据，从广义上分析，主要是在数据库当中分析出富有应用价值的数据信息。可视化数据挖掘对于当前许多企业而言均有着显著的应用意义，尤其是在大数据时代下，数据局逐渐成为现代化企业分析市场需求、掌握企业客户群体的主要手段。
2 可视化数据挖掘的提出
由上述分析可以发现，可视化技术与数据挖掘技术本质上是两个不同的领域，但是都与计算机技术有一定程度的关联性。数据挖掘的过程需要可视化技术的支持，可视化分析本身也是数据挖掘的一个过程。其中，可视化主要是指将某一些无法看见的或抽象的事物通过能够看见的图像或图形可视化出来；可视化主要是采用计算机创建相应的图形，从而理解哪些大量、复杂、无需的数据信息。可视化数据挖掘主要有三个阶段，数据准备、模型生成、知识使用以及流程可视化。
数据准备：数据的准备阶段主要是借助可视化数据挖掘技术将数据预处理的过程展现出来，简单而言，就是将复杂、大量的原始数据通过某种规律进行展现和规划，这里所致的可视化技术主要是包括数据的转换、丢失值得处理、数据的裁剪以及数据的采样等；生成模型：生成模型这一过程中主要是将目标数据库通过数据挖掘操作技术细化数据挖掘每一个细节、过程，并将其展现出来。其中主要包括模型的选择、参数的设计、数据的训练集、数据的挖掘细节以及结果的储存等过程；数据使用。在数据使用这一阶段中，可视化数据挖掘技术的操作目的主要是把数据挖掘的结果通过某种可视化方式展现出来，例如将结果通过树形图形展现出来，从而为数据使用者提供更加真实、可靠、完整的数据分析结果。普遍状况下，数据挖掘的结果抓哟分为分类与关联两种，其都是以人类视觉能容易接受的方式展现；流程的可视化。数据挖掘的流程可视化最终目的是将数据挖掘的整个过程以某种可视化方式显示出来，让用户看懂，这也是为知识分析师、企业管理者提供更多依据进行决策和分析。
3 可视化数据挖掘的主要技术分析
可视化数据挖掘的主要技术主要是以下四种：1、标准2D与3D技术。这一技术主要是用于统计应用，但是不是能应用于多维数据。主要是借助条形图、柱形图和饼图等常用的标准2D、3D技术，这也是可视化的主要方式和结果；2、分层技术。分层技术的基本意义就是按照层次的特征，将多维数据空间划分为多个子空间，并按照各个层之间的关联性，将子空间以层次的结构形式重新进行组建，并以图形的形式显示。分层技术主要依据层次轴、双曲线、锥形图等时机方式进行描述；3、几何变换技术。几何变换技术主要是对数据集进行降维处理。其基本意思就是借助投影、映射将多维数据转变为3D、2D的形式，准便成为人视觉所能够理解的投影。几何变换技术适用于多维数、低数据量的数据库。其实施方式主要有平行坐标法与投影追踪等；4、面向像素技术。面向像素技术主要是分析像素点在屏幕当中的分布状况，其能对于一些数据量庞大的数据库进行细致的分析，进而获得数据的整体结构和分布状况。因为面向像素技术分析的是像素点，所以其能够按照分析目标的不同，选择不同的排列方式，其应用方式主要是递归技术与数据管道技术。
例如，在信贷方面的应用中，信贷数据的挖掘和普通数据挖掘不相同，主要是统计和挖掘一些信用度较高的用户。金融行业的信贷欺骗行为不断增多，这也为可视化数据挖掘技术的应用提供了更多的空间，借助挖掘技术防止信贷欺骗的发生，从而提高信贷企业的经济利益。借助可视化数据挖掘技术，应用异常检测与人工神经网络的方式检测信贷申请的过程，并借助Clementine软件对所获得的数据库进行统一性分析和记录，对具备信贷欠款和拖欠的信贷人统计到一起，并在信用贷款的申请中计算其可能存在的信用欺骗度，首先，是多次申请信贷的记录；其次，个人或企业的经济状况以及信贷类型是否符合企业的记录。对于一些偏离长条的行为进行记录并标记，借助可视化的数据挖掘过程，决策者能够更加准确的掌握是否能够放贷于该个人或企业。
4 总结
综上所述，在大数据时代环境下，做好数据挖掘工作有着非常明显的作用和意义，假设如果无法完成良好的数据挖掘技术工作，便无法展现大数据的优势，导致缺乏针对性的数据信息，从而逐渐降低企业的竞争力。此外，伴随着信息技术与计算机技术的不断发展，数据挖掘技术必然会随之创新，对此，就必须相关工作者及时掌握社会上全新的数据挖掘技术，并将其合理应用。
参考文献
[1]耿学华，傅德胜.可视化数据挖掘技术研究[J].计算机应用与软件，2006（02）：85-87.
[2]段晓君，杜小勇，易东云.可视化数据挖掘技术及其应用[J].计算机应用，2000（01）：54-56.
[3]张俊.可视化数据挖掘技术的研究与实现[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2013（03）：58-61+92.
关键词：计算机图形学；可视化教学系统
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7750-03
计算机图形学主要研究用计算机进行图形生成、处理、输出与显示的基本原理和算法的学科；是计算机应用中的重要分支之一。此教学系统设计使学习者掌握了解计算机图形学中图形的基本算法及其实现，提高学习者算法设计能力和编程实践能力。
1 系统设计
由于图形学算法具有一定的抽象性、难于理解并且枯燥，学习者难于从通过执行的静态代码来想象图形数据结构的动态变化，从而丧失了学习该课程的主动性和积极性。为了让学习者对图形学算法原理有清晰的认识和直观的印象，提高学习兴趣，目前出现了一大批借助多媒体技术手段的图形学教学辅助软件，但这些软件普遍都存在以下这些问题：1）教学软件只是课本的电子版本，课本上的文字和图片被一层不变的搬到教学软件上，基本算法的讲解部分，也只是把算法原理和算法实现以字符的形式表现出来。2）算法采用FLASH动画演示，但只是按预先设定好的某种情况来描述算法，学习者不能输入不同条件来改变输出结果，也无法控制动画演示的速度，缺乏交互性和智能型，无法满足学习者个性化学习。3）采用可视化编辑工具C++或JAVA实现部分算法的动态演示，存在一定的交互性，满足自主探究学习，但这些软件没有涵盖所有基本算法的动态演示过程，缺乏在线协作学习等功能。
针对以上一些不足，本系统建立虚拟栅格和以可见点模拟人眼不可见的像素点，利用可视化技术以动画形式模拟该课程基本算法的实现过程、难理解的知识点和抽象概念，注重运用交互控制技术，学习者可以针对不同的算法进行参数修改和演示速度的调整，开发了题目实时更新的课后练习系统，还利用SOCKET技术开发了群聊工具，满足学习者自主学习、探究式学习、协作学习。该系统建立了授课、测试以及师生互动等体系，为教学建立一个完善的有好的教学平台。
1）技术路线
可视化编程工具C++ Buidler6.0将课程涉及到一些算法可视化实现，包括直线、曲线生成、圆、椭圆生成、直线段裁剪、多边形填充、分形模拟的动态演示。满足个性化学习，提高教学效率和教学效果。提高教学质量教学演示和模拟，对一些抽象概念、理论等实现模拟对计算机图形点、线、面的生成的原理介绍，多种直线、椭圆、圆、曲线、曲面的生成算法介绍以及生动的算法演示，以帮助学生在课后复习巩固课堂学习重点、理解图形在计算机中的生成原理、掌握计算机中的图形生成的算法。可视化教学软件可以展示出算法执行的过程，可以帮助学习者更好地理解算法内容，掌握其实质。模拟人眼看不见的屏幕像素，并且以动画的形式完成个性算法动画演示过程。
GDI图形处理技术，采用C++面向对象语言来完成课件的制作，达到优秀的运行效率。在系统中，制作了图象放大演示可以让学习者了解到在计算机中图形的真实一面；学生可以在二维图形的几何变换中自己画图，自由变换，使学生从最基本的图形变换了解计算机中的动画原理；在三维立方体的空间运动演示中和贝塞尔曲面的透视演示，学生可以感受到三维的震撼效果并且理解在计算机中3D建模的原理。
2）设计理论依据
计算机程序、数据结构向学习者传受时存在着说明表现、演示过程等方面的不足，设计此系统将程序执行过程以及数据演变过程形象地在计算机屏幕上以动态图形方式表现出来。比如，当运行一个可视化的算法程序时，数据结构和程序功能就可以将程序中不易理解的算法特征用图形方式动态地显示在屏幕上，因此加深了用户对程序行为的理解和认识，也准确地让学习者了解和分析程序执行过程所反映的逻辑含义和功能。
算法可视化教学能展现运动过程，能弥补课本中只能以插图和文字说明的局限性，同时培养学生的观察力、想象力和逻辑思维能力。算法过程可视化强调提供解决实际问题的原型，它必须满足两个要求：①提供真实性任务，这样能充分了解自己所要解决的问题，②目标具有复杂性，能引起学生进行深层次考虑，激发学生的内部动机。比如在实现图形学课程中圆的扫描转换算法时，在标记出生成哪些像素的同时，给出相应程序的执行过程中变量的实时变化，它让学生在短时间内充分认识并体会扫描转换过程的每一状态及变化。这类可视化目标的设计也强调交互式控制，用户可以悬着不同算法，对半径进行修改，调整演示速度等，这样教学者便可以依据讲解内容和学生的反应来随时调整教学过程。
该程序具有动态交互的优势，通过改变参数，学习者很容易能发现图形随参数的变化而改变的规律，从而从真正意义上实现交互性。除此之外，界面友好、显示清晰、逻辑性强、使用方便、科学性强都是它的优秀之处。
3）完善的辅助教学平台
利用SOCKET技术开发了群聊工具，建立起完成的授课、测试以及实验教学、信息、师生互动等体系，为计算机图形学教学实验建立以个完善的教学辅助平台。整合留言系统、电子白板等多种交互系统，为教师与学生提供了方便、适合的交流工具，达到教室、实验室在网络上的延伸，突破了空间的概念，并且把教师和学生紧密联结在一起。
本系统中包含一些使用计算机图形学知识完成的优秀作品。这些作品穿插在知识体系中使学生感受到学好这门课的重要性。同时提供丰富的课后习题供学生训练。如果觉得做的题目都是以前做过的，还可以通过SOCKET技术完成的在线讨论区以及留言板功能老师提出更新的题库的请求。若是碰到难题还可登录该讨论区，与同学、与老师一起讨论。在这里老师和学生无身份区别，完全可以自由讨论。而老师可以在合适的时候为原先的题库添加一些新的题目供学生训练。
计算机图形学是研究计算机生成、处理、显示和输出图形的学科。而图形学的教学关键是如何将图形的生成以更加生动和直观的方法展示给学习者，使学习者更能深入的理解计算机图形学的理论和算法原理。
2 结论与展望
计算机图形学是计算机学科的一个重要发展方向，学习计算机图形学课程之后，有利于读者向科学计算、计算机辅助设计、计算机仿真、信息数据的可视化、虚拟显示、动画与游戏、数字娱乐、数字设计等计算机应用行业方向发展。人们会对计算机图形学的研究对象、研究方法、编程实现、等问题认识不足而产生局限性，向学习计算机知识的者普及计算机图形学的教学，可以为解决计算机基础教育不能直接解决用户面临的实际应用问题的尴尬、弥补现教学中计算机仿真等环节的缺失、使计算机应用程序设计从“经验教学培养模式”到“科学理念式教学培养模式”转变，以及计算机类教学中起来一个良好的示范作用。
参考文献：
[1] Peter Shirley.计算机图形学[M].高春晓，译.北京：人民邮电出版社，2007.
[2] 魏俊鹏，于秋生.C++ Builder 6实用编程100例[M].北京：中国铁道出版社，2004.
[3] Erich Gamma.设计模式[M].李英军，等，译.北京：机械工业出版社，2007.
关键词：计算机动画；计算机图形学；计算机辅助设计；可视化
中图分类号：TP391.41
计算机图形学经过三十多年的发展，在各个领域都得到了较为广泛的应用，已经成为一项计算机科学中非常活跃的分支，其主要是利用计算机对图形的生成、显示、表示、处理进行研究的一门学科。本文主要对计算机图形学的定义、应用范围以及发展前景进行了简要介绍。
1计算机图形学的定义
将三维图形或者是二维图形使用数学算法转换为用计算机显示器的栅格形式的一种科学，这就是计算机图形学。计算机图形学主要研究的内容是，利用计算机如何进行图形的处理、图形的计算、图形的显示以及图形计算的相关算法和原理在计算机中如何进行等。图形都构成通常是由，面、线宽、线、灰度、体等几何元素、点、线型、色彩等非几何属性组成。如果从处理技术上来分析，图形可以分为两类：一类是明暗图，就是我们所说的真实感图形；另一类是如等高线地图、工程图、曲面的线框图等基于线条信息表示的。而计算机图形学的一个主要目的就是利用计算机生成让人赏心悦目的真实感图形。所以，图形所描述场景的几何表示必须要建立，然后在利用每一种光照模型，计算在假象下的光照明效果。此外，真实感图形的计算结果是以数字图像的方式来提供的，因此，可以说计算机图形学和图形处理之间有着极为密切的关系。计算机图形学有着非常广泛的研究内容，如：实体造型、非真实感绘制、图形标准、光栅图形生成算法、真实感图形显示算法、图形硬件、计算机动画、虚拟现实、自然景物仿真、图形交互技术、曲线曲面造型、真实感图形计算、科学计算可视化等等。
2计算机图形学的主要应用范围
2.1科学计算可视化。目前在流体力学、气象分析、医学、有限元分析当中科学计算可视化得到了广泛的应用。可视化特别是在医学领域有着极为广阔的发展前景。当前医学上比较热门的一个课题就是依靠精密机械做脑部手术，而要想实现这些技术就必须要以可视化为基础。可视化技术在我们进行脑部手术时，能够帮助医生对患者体内的患处准确并清晰的进行判断，可以将医用CT所扫描的数据转化为图像，手术效果的反馈则可以通过碰撞检测等相关技术手段来实现，能够帮助医生顺利完成手术，在医学各个领域的未来发展中都离不开可视化技术。
2.2计算机动画。计算机动画随着计算机硬件以及计算机图形的不断发展应运而生。动画实际上也只不过是生成多个静态的图像，不过每一幅图像都有一定程度的修改，而计算机动画所研究的内容便是如何修改这一部分内容，而整个场景将这些做过修改的图形进行连续播放就会动起来形成动画效果。传统的卡通片是早期计算机动画的灵感来源，在生成几个关键帧之后，在进行连续播放时，对两个关键帧进行了有机的结合。计算机动画有多种多样生成动画的方法，内容也是丰富多彩的，比如说，三维自由行体变形，二维轴变形方法，形状混合等基于特征的图像变形。最近几年人们普遍将注意力转向一种崭新的方法上，就是基于物理模型的计算机动画生成方法，该方法力求动画的过程能够呈现出最为适合真实世界的运动规律，运用大量的流体力学与弹性力学的方程进行计算。不过，是很难达到真实的运动效果的，比如说行走的效果，要想实现非常自然的行走画面，所需要的计算量非常大，所用的计算机方程也非常复杂，目前以物理模型为基础的计算机动画还有很多内容需要不断深入研究，还存在很多不足。
2.3计算机辅助制造及设计。CAU和CAD是在工业界计算机图形学的应用中，最广泛也是最活跃的。无论在机械结构、土建工程，还是产品设计等领域计算机图形学都得到了广泛应用。生产工程的精确图形以及产品的相应结构，虽然有时候着重于这些方面，但是更为常用的还是进行人机修改及交互设计对所涉及产品、系统、工程的相关图形，我们可以通过不断选代设计，利用数据结构输出零件表、材料单、工艺卡、加工数据代码、加工流程等指令。在电子工业中计算机图形学主要在印刷电路板、网络分析、集成电路、电子线路等领域得到了广泛运用。
以工程图纸为基础的三维形体重建是在CAD领域的另一个非常重要的研究领域。在二维信息中将三维信息提取，对这些信息同时进行分类、综合等处理，在三维空间内重现构建三维信息相对应的三维形体，对形体的线、拓扑因素、点、面等进行恢复，最终实现形体的重建，这就是我们通常所说的三维形体重建。
2.4计算机艺术。除了在艺术品制造方面的广泛应用外（花纹、中国国画、图案以及传统油画等）计算机图形学在制造动画片、广告、电影等方法获得了成功，其中不乏一些获得奖项的作品，可以说这些奖项对计算机从事艺术创作是一个非常大的鼓励。当前不少国内人外相关人士正在对人体模拟系统进行研究，这就让我们有理由相信，在不久的将来将去世已久的著名人物搬上荧幕也是可能的，这对于传统的艺术家来说，是不可想象的更是无法实现的。
2.5自然景物方针及图形实时绘制。对真实无体的物理属性进行模拟就是真实感绘制的主要目的，也就是对光学性质、物体间的相对位置、物体的形状、粗糙程度、遮挡关系以及表面的纹理等进行模拟。重现真实世界的场景就是我们所说的真实感绘制。在自然景物仿真技术中我们需要将辐射度、线与面、明暗效应、、光线跟踪、颜色模型、纹理等消除或者隐藏，其中最难进行模拟的就是表面属性与光照属性。此外，为了便于用不同的色彩灰度来进一步增加图形的真实感，还必须对物体表面的明暗效应进行处理。在广告影视、科学计算、几何图形、指挥控制等方面，自然景物仿真技术得到了广泛的应用。
3计算机图形学的发展前景
计算机图形学我们可以发现不仅发展极为迅速，同时也已经逐步成为了独立的一门学科，处于科学的发展前沿位置。在自然景物仿真、计算机辅助制造和设计、计算机动画等多个领域，计算机图形学已经得到的广泛应用，在我们的日常生活中随处都可以见到计算机图形学的影子，计算机图形学的广泛应用让我们的生活变得越来越丰富多彩。此外，在地质勘探方面运用可视化，可以帮助地质学家发展新的资源，运用于预报天气，可以让气象预报更加准确，用于医学手术方面，可以进一步提高手术的成功率，减少手术风险。
从计算机图形学学科发展来看，有以下几个发展趋势：（1）与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点。图形渲染是整个图形学发展的核心。在计算机辅助设计，影视动漫以及各类可视化应用中都对图形渲染结果的高真实感提出了很高的要求。构造低功耗的渲染服务是图形学的未来发展趋势之一；（2）研究和谐自然的三维模型建模方法。三维模型建模方法是计算机图形学的重要基础，是生成精美的三维场景和逼真动态效果的前提。研究和谐自然的三维建模方法是发展的一个重要趋势；（3）利用日益增长的计算性能，实现具有高度物理真实的动态仿真。高度物理真实感的动态模拟，包括对各种形变、水、气、云、烟雾、燃烧、爆炸、撕裂、老化等物理现象的真实模拟，是计算机图形学一直试图达到的目标；（4）研究多种高精度数据获取与处理技术，增强图形技术的表现。真实感的画面与逼真动态效果，一种有效的解决途径是采用各种高精度手段获取所需的几何、纹理以及动态信息；（5）计算机图形学与图像视频处理技术的结合。家用数字相机和摄像机的日益普及，对于数字图像与视频数据处理成为了计算机研究中的热点问题；（6）从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。人们创造和生成图片的终极目的不仅仅是展现真实的世界，更重要的是表达所需要传达的信息。
4总结
计算机图形学，给人类社会带来了诸多益处，可以说促进了人们物质水平的提高，也带来了精神上的享受。
参考文献：
国外研究概况
美国国家医学图书馆（NLM）抓住先机，于1989提出了“可视化人体计划（Visible Human Project,VHP）”。1991年8月，美国NLM与Colorado大学健康科学中心(Health sciences center)签署协议，由Colorado大学进行人体结构数据的采集，10月完成三维重构。Colorado大学采用的方法是将人体标本低温冰冻后，用工业铣床逐层铣切、逐层照相，输入计算机获取人体连续横断面图像，然后进行人体结构的三维重建。该研究小组获得了世界上第一套人体结构数据集。该研究小组于1994年11月完成并向世界公布了男性数据集。该套数据为中年男性，共有1 878 个横断面图像，相邻断面之间间隔1.0 mm。每幅断面图像数字化扫描分辨率约为250万（2 048×1 216）像素，总的数据量为13 GB[1]。1995年11月，该研究组又完成了1例女性标本的断面制作和图像数据采集，断面总数为5 189幅，断面间距为0.33 mm，总数据量达到43 GB[2]。美国可视人计划的实施在全世界引起了巨大反响。由NLM主持，于1996、1998、2000和2002年举行了4次VHP国际学术会议。美国国家医学图书馆已经和43个国家的1400多个用户签订了数据集的使用协议。不少研究机构或大学利用VHP的连续断面图像数据，已经或正在开发新的计算机人体模拟系统和实用产品。如华盛顿大学开发的数字解剖学家系统、哈佛大学开发的全脑图谱及外科手术规划系统、斯坦福大学开发的虚拟内窥镜系统、汉堡大学的开发的Voxel-Man系统、美国伦斯利尔理工学院开发的核医学虚拟仿真系统，等等。目前，韩国、日本、德国、澳大利亚纷纷启动了可视人体计划。其中，韩国可视人体计划的正式实施和取得的阶段性研究结果令人注目。韩国Ajou大学医学院和韩国科技信息研究所获得国家科学基金资助，实施了韩国可视人五年计划（Visible Korean Human,VKH，2000-03-2005-02）。在2001年3月，获得了第1例韩国65岁的老年脑瘤患者的数据，连续横断面厚度为0.2 mm，断面数字摄影为610万（3 040×2 008）像素。韩国可视人体的后续研究工作正在按照五年计划抓紧进行。
国内研究进展
由于可视人体研究是一项人类借助计算机技术进一步认识自身，同时在医学、仿生学等多个领域具有广阔应用前景的重大课题，经解剖学界和计算机学界专家提议，经国家科技部和中国科学院有关部门批准，于2001年11月5-7日，在北京香山召开了主题为“中国数字化虚拟人体的科技问题”的第174次香山科学会议。与会的42位专家一致认为，虽然美国已有了世界上第一套人体结构数据，但具有明显的缺点：一是数据来源于白种人，不完全适合于中国人的结构特点；二是VHP将尸体截为3段，造成了交接处的数据缺损；三是断面间距为1 mm和0.33 mm，仍然不够细致；四是无法保存断面标本，在光学照片和数码图像上都无法对较小的血管尤其是神经进行辨认。会议认为，中国作为一个具有13亿人口的大国，不能没有自己的可视化人体，而且，以我们现有的技术，有可能克服上述四个缺点。这一研究项目，需要人体解剖学、计算机图形图像学和医学专家协作研究，在获得完整的人体薄层连续断面图像数据集的基础上进行综合研究，建成可视化人体和各种面向应用的虚拟人体模型，为与人体结构有关的领域如现代临床医学、体育、航空航天、汽车撞击、核武器防护、战创伤研究、仿生学、人体器官代用品的研制等提供基础。
国内多家单位（如香港中文大学、清华大学、中科院自动化所、计算所、软件所、首都医科大学等）已经利用美国的可视化人体数据集进行了前期的算法研究和软件研制。香港中文大学已经成功的开发出一个仿真支气管内窥镜检查的互动虚拟环境。通过简易的三维界面，用户可以控制一个三维的虚拟内窥镜以对病人的支气管树状结构进行浏览和检查。这个环境除了可以提供互动的支气管浏览和寻迹以外，还具有一套可以从原始的计算机X射线肺部断层扫描数据（CT数据）中，直接抽剥分离出支气管并且确定在其中飞行浏览时中心路线的自动算法。他们利用SGI工作站的三维贴图能力开发出一个高性能的虚拟环境，这个环境可以用来实现在一个虚拟工作台上对心脏核磁共振数据可视化。基于iso-region leaping和并行绘制技术，已经开发出一套有效的，直接的，可以实现对人体肺部CT数据实时可视和导航的体绘制技术。
作者所在的课题组从1985年开始从事人体断面解剖学研究，1990年以后，集中于人体薄层影像断面解剖学研究，1999年获得国家杰出青年基金资助，开始进行中国人体结构数据集建立的研究工作。经过3年多的工作，于2002年8月完成了中国首例数字化可视人体数据集的采集，10月完成计算机三维可视化的研究工作。所选用标本为男性，35岁，身高1 700 mm，体质量65 kg，非器质性疾病死亡。连续横断面层厚：头部和颈部为0.5 mm，其中颅底部为0.1 mm，其他部位为1.0 mm，全身共计2 518 个断面。数字化摄影分辨率为6 291 456(3 072×2 048)像素，每个断面图像文件大小为36 MB。在获得数据集后，即利用与清华大学联合研制的三维重建软件包进行了器官结构的图像分割和立体重建，并与香港中文大学签署了联合研究协议，通过合作研究，实现了人体结构可视化。为了交流数字化可视人体研究方面的信息，建立了国际互联网站，网址为：http：// chinesevisiblehuman. com/，其研究信息和图像数据及时在该网站。随后，于2003年2月，完成了第1例中国女性数字化可视人体数据集的采集和可视化研究。所选用标本为女性，22岁，身高1 620 mm，体质量54 kg，非器质性疾病死亡。连续横断面层厚：头部为0.25 mm，其他部位为0.5 mm，全身共计3 640个断面。数字化摄影分辨率为6 291 456(3 072×2 048)像素，每个断面图像文件大小为36 MB，整个数据集数据量为131.04 GB[4]。该套数据集于2003年2月23日通过了由重庆市科委组织的专家鉴定。鉴定意见认定“该套数据集(包括1例男性数据和1例女性数据)为中国数字化可视人体的首套数据集，是国际上继美国可视化人体(VHP)之后获得的第二套未见器质性病变的数字化可视人体数据集。与美国VHP数据集相比较，有如下特点：①该套数据集为整个人体标本的连续切片，无节段性数据缺损，而VHP则有3段数据缺损；②数码图像的分辨率（清晰度）比VHP高；③进行了血管灌注，使血管更加容易分辨；④由于在低温实验室中进行铣切，避免了牙齿、鼻甲、关节软骨等小结构从铣切表面脱落，使图像数据保持了更好的完整性；⑤所选用标本在年龄、身材和体形上都比较适中，具有更好的代表性”。
今年1月19-22日，在重庆召开了首届中、美、韩数字化可视人体国际学术研讨会，中（包括港、澳地区）、美、韩三国学者140余人交流了可视化人体研究的最新进展，Spitzer教授、郑民锡博士、张绍祥教授共同签署了国际合作研究协议。
在医学领域的发展趋势
数字化可视人体的研究，对于与人体形态结构有关的多个学科领域，如医学、体育、汽车、人体器官结构代用品制造、影视与广告制作、航空与航天、军事等领域都具有重要意义和应用价值。下一步，在医学领域的发展趋势大致有以下几个方面。
一是适应数字化时代需要的“人体数字化解剖学”即将诞生。现有的解剖学知识和数据是经过将人体剖切开以后进行观察和测量得来的。最大的缺陷在于缺乏某个器官或结构在人体空间中的准确定位、三维测量数据和立体图像，而这恰恰是以计算机技术为支撑的现代临床诊断和治疗手段中最需要的，它是计算机辅助医学（CAM）的基础，是计算医学研究的首要工作。因此，建立一部新的人体数字化解剖学是数字化时代到来的迫切要求，将为古老的人体解剖学科带来一次划时代性的革命。进一步要做的工作是要获取更多例数的人体结构数据集，进行观测和统计；对重要的器官，获取更为细致的数据资料；完成人体结构的细致分割、重建和显示；建立计算机解剖学教学和实习操作系统等。
二是为现代临床影像诊断提供正常参照系统。临床断层影像诊断(B超、CT、MRI、PET等)均需要正常人体断面解剖学图像和数据资料作为诊断的形态学基础。目前，新一代CT和MRI已能将断层的厚度减小到1～2 mm甚至更薄，从而使得微小病灶的检出率大大提高，这对于占位性病变尤其是肿瘤的早期发现和早期治疗具有重要意义。数字化可视人体数据集，就是由几千个连续断面图像数据组成的，可视化以后可从任意方位剖切。建立与临床影像检查匹配的适时显示系统是数字化可视人体研究的重要任务之一。
三是建立中国数字化标准人脑。由于我国尚无数字化标准人脑，目前在临床上使用的功能磁共振（fMRI）、PET等，所使用的标准脑是一位56岁的法国妇女的数字脑，与东方人脑匹配不好，导致定位诊断的准确性降低。我国目前已大量引进了fMRI、PET等应用于临床，因此，建立中国数字化人脑已迫在眉睫。
四是实形放疗模拟定位系统研究。γ刀，X刀等放疗手段的有效实施，有赖于对病灶在三维空间的准确定位，以便于对病灶部位的准确切除和对周围正常组织的有效保护。提供一套全方位的正常人体解剖结构的图像与数据资料，对于放疗方案的准确制定和有效实施具有较大帮助。
关键词： 体育赛事图表设计 信息可视化 形象化呈现 动态展示
当下，科技正以前所未有的速度迅猛发展，信息、知识充溢于社会，生活节奏越来越快，我们已进入“读图时代”。数据可视化已发展成为研究教学与发展的热门领域，是结合了科学与信息形象化的综合领域。对信息进行更为有效的梳理和表达成为当今社会信息传达的一个迫切需要，也成为今天的信息课题。在这种背景下，图表设计在视觉传达设计中扮演了越来越重要的角色，它是在社会信息大量冲击下产生的视觉传达的新形式，无论是在自然科学、社会科学领域，还是在传播、商业领域，图表都发挥着重要的作用。图表设计也以更加新鲜、活泼的形式出现在人们的视野中，并日渐成为一种流行的信息表达方式。
体育赛事图表设计是体育运动会形象开发的重要组成部分，是为了实施各种管理、配合生产经营的需要而进行的，其功能超越了一般语言文字，尤其是在信息化社会迅速发展的今天，图表这种准确、形象、快捷的传达方式已经显示出它独特的优势。它清晰地表现运动会各个比赛项目的内容、特点，不仅具有很强的功能性，而且是传达体育运动会举办理念、国家文化和综合国力的主要载体。可视化理论的介入，为实现体育赛事图表设计的价值提供新的路线图，通过图示、表格表示某种抽象的信息，塑造出简洁、直观、形象、有趣、易于理解的视觉方式，让受众快速地获取真实而丰富的信息，以满足需求，优化信息的传递。
一、信息可视化
信息可视化（Information Visualization）是一个跨学科领域，是计算机图形学应用领域的一个重要成果，是指运用计算机图形学和图像处理技术，将信息转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它通过形象化的手段传达知识、信息，充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力，将人脑与计算机这两个最强大的信息处理系统联系在一起，通过平面设计与信息设计的相互融合阐释概念、功能，使受众快速地感知、识别，并提供一种归纳整合信息的方法，兼具艺术性与实用性，旨在研究大规模非数值型信息资源的视觉呈现，如软件系统之中众多的文件或者一行行的程序代码，以及利用图形图像方面的技术与方法，帮助人们理解和分析数据。与科学可视化相比，信息可视化侧重于抽象数据集，如非结构化文本或者高维空间当中的点。
可视化提供了一种新的信息展示方法，丰富了科学发现的过程，开阔了视野。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。信息可视化技术不仅在医药学、生物学、工业、农业、军事等领域被广泛应用，近年来还进入金融、通信领域。信息设计的过程是将信息转化为“形”，即将信息可视化。当下，信息可视化备受关注。Otto.Neurath提出：记住简明的图形要比忘记精确烦琐的数字好得多。国际地图学会（ICA）于1995年成立了一个可视化委员会（Comm ission on V isualization），开始了一个名为“Carto 2 Project”的研究项目，其目的是探索计算机图形学的技术与方法如何更有效地应用在地图学与空间数据分析方面，促进科学计算可视化与地图可视化的连接与交流。
我国古代的制图思想大部分是对空间的归纳，西晋地图学家裴秀总结了6条原则，分别是分率、准望、道里、高下、方邪、迂直，称之为“制图六体”，都是关于面积比例、起伏高低和相对距离的总结。有时间线索的图表很少，即使有，时间表现也不明显，自然缺乏相应的论述。即使是手艺流程图，也是按照阅读顺序布置关键的操作动作，“图”的意义远超过“表”。古人早就有对时间的表现，沙漏、日晷、钟表等都是将抽象的时间形象化的过程，沙漏是通过容量的变化来显示的，日晷、钟表则利用了角度的变化。图表对时间的表现则略有不同，它不需要及时记录时间的动态，其目的是将有长度、有密度的时间在有限的二维空间中展现出来。在时间轴上还要有条件、事件或是数据的表现，它往往是串起整个图表的视觉线索，是图表中的结构性要素，非常关键。
二、信息的形象化呈现
形象化表达是一种直观的表现形式，是一种开门见山的手法，它借助生动的图形、图像直接表达信息，使人一目了然，并给受众一种真实的感受。这不仅可以增强文本信息的可读性，而且可以超越语言文字壁垒，实现更深刻意义和更广范围的信息交流。在形象化表达作品中，人们对所表达的内容更容易理解和接受。所选取的视觉形象应具有一定的代表性和可视性。一般认为，形象化表达多选取具有代表性的具象图形，将抽象的文本信息引人入胜地呈现出来，给受众以直观的现实感，使文本信息的含义更明确，使视觉传达更快捷。形象化表达由于将文本信息通过形象化的表达方式呈现给受众，能选用恰当的表达方式有效地表达文本信息。所以要十分注意画面上图表的视觉设计，应着力突出信息的内容展示，运用图形、色彩和背景进行烘托，使抽象的信息置身于一个具有感染力的空间，这样才能增强图表的视觉感染力。
体育赛事图表设计的重要特征是直观、形象，运用形象化表达方式可以通过简明直观、形象生动、概括性强的图形，把各种信息展示给受众。在体育赛事图表设计时，要善于在衬托、对比和夸张等多种表现形式上寻求变化，标新立异，创造出独特的视觉效果。以2010年南非世界杯赛程图表为例，该信息图表生动展现了2010年南非世界杯的比赛时间、分组、流程等信息。整个表格是一个圆形的构图，图形中间醒目地呈现出一个形象的圆形“足球”，圆形足球明确了图表的表达内容，同时，圆形的使用也具有很深刻的含义。圆在图表设计中一般以直接圆、间接圆、复合圆等几类形式出现，具有信息的高承载性、视觉认知的直观性和良好的信息连续流等优势。整个图表设计成多个可视化同心圆，采用可视化的同心圆一般不会有过多冗余的复述，信息面也较为适中，因此大部分阅读者不会对此类的图表有过大的解读压力。在图表设计中还使用了不同的色彩层级强化信息，将参赛的国家队等分为A、B、C、D、E、F、G、H八个区显示不同的赛区，线条粗细的层次用鲜艳的色彩传达，易读性很好。图表中间是用鲜艳的粗彩条穿插在相邻的两个区域，用这种方式表明相邻两个区之间的赛事。由此可见，这个图表设计对于信息处理来说确实具有很强的探索性，并充分考虑了信息传递的效能，通过视觉元素组构的秩序化、简约化，使造型语言具有鲜明的指向性；通过图示所具有的直观性、形象性和易读性，消除文字符号中晦解和枯燥的成分，强化图表信息的认读优势，以便将清晰的思想可视化。
三、信息的动态展示
图表是通过视觉的传递完成信息的传递，图表按其呈现形态分为静态图表和动态图表两大类，一般认为，静态的图表不及动态的图表容易引起受众的注意，好的动态图表能像动态画面一样吸引观众注意，它可为指定的报告提供针对所有指标的多维度分析。因此，为了更加有效地传递信息，必须考虑到受众的欣赏和审美情趣，提高信息传达的感染力、丰富性及交流的效率。
动态图表是图表分析的较高级形式，一旦从静态图表跨入动态图表，则分析的效率和效果都会进入另一个境界，可以让用户进行交互式的比较分析。比如2009年欧洲杯信息结构设计得非常有特点，图表设计以表盘为基本形态，图表中间背景为世界地图，整个图表设计成动态赛程图表信息结构，在图表中整合了多个维度的信息。12点方向是比赛的具体时间，在特定日期举办的比赛，对应的其他3个方向的列表中的焦点都会发生相应的变化。3点方向是比赛的球场，按球场查看特定球场举办的比赛，对应的其他3个方向的列表中的焦点都会发生相应的变化。6点方向是比赛的阶段，分为小组赛、半决赛、决赛等，对应的其他3个方向的列表中的焦点都会发生相应的变化。9点方向是参加比赛的队伍，在任何一个坐标上做出选择，对应的其他3个方向的列表中的焦点都会发生相应的变化。观众可以随意地按队伍、场地、时间、赛事阶段查知所要的信息。这样的图表营造了动态的可视化感官体验，帮助受众快速浏览，数倍地提高信息的使用效率。这样的图表很适于表现体育赛事的赛程，充分体现了信息图表设计的可视化的表达。
由此可见，这份图表充分发挥了图表动态表现的优点，让数字和图像交织在一起。搭建逻辑结构需要对信息层次进行划分，并营造一种动态的可视化感官体验。这种可视化以图形形式记忆复杂计算的结果，帮助受众快速浏览并达到目的，数倍提高信息的使用效率，使这个可视化作品达到一定高度。
四、结语
信息图表的可视化是当前一直在讨论的问题，但可视化并不意味着信息的装饰，过多地强调图形的趣味性，不尊重信息自身的逻辑和讲述的逻辑，图表的作用也就丧失了。张衡的“心之谋，书之谋”对当前的图表设计来说是很有意义的总结。信息图表是人们应对信息社会的一种手段，可以让世界秩序化、条理化、可视化。图表成为体育赛事传播信息不可或缺的方式，它在体育赛事的各类图形、文字及其数据结构中寻求突破点，把人们熟知又多见的种种视觉元素进行重新组合，取得形象化、个性化、趣味性强的可视化的视觉效果。它在高效、快速传播信息的同时还能给受众带来视觉和心理上的愉悦，清晰的图表设计强化了受众的感知，满足了受众的阅读需求。21世纪是信息的时代，信息可视化为信息时代的人们开辟了广阔的道路，在人们直接、快速、高效地获取信息的同时也为人类走向非物质社会奠定了坚实的基础。信息可视化的目标是帮助人们增强认知能力，这也是信息可视化的意义所在。
参考文献：
［1］席涛.信息视觉设计［M］.上海交通大学出版社，2011.5.
［2］［英］卡罗琳·奈特，杰西卡·格拉泽.新图表设计［M］.上海人民美术出版社，2011.1.
［3］肖勇，张尤亮，图雅.信息设计［M］.湖北出版集团、湖北美术出版社，2010.3.
［4］［美］尤尼·利普顿.信息设计实用指南［M］.上海人民美术出版社，2008.1.
［5］赵燕伟.机械产品可拓概念设计研究［J］.中国工程科学，2001，VOL3，（5）：67-71.
［6］叶苹，段佳.图表设计［M］.江西美术出版社，2006.6.
［7］覃京燕，朱向未，李丹碧林.信息可视化中交互设计方法探议［J］.装饰，2007，（3）.
关键词：仓储可视化 分布式渲染 三维建模
一、虚拟现实技术的应用前景
仓储管理主要针对仓库或库房的布置、物料运输和搬运以及存储自动化等的管理。管理的对象是库存项目，即企业中的所有物料，包括原材料、零部件、在制品、半成品、产品以及辅助物料。主要功能是在供、需之间建立缓冲区，达到缓和用户需求与企业生产能力之间、最终装配需求与零配件之间、零件加工工序之间、生产厂家需求与原材料供应商之间的矛盾。管理的质量不但关系企业的经济效益，而且直接影响企业的长远利益。
当前大部分软件用户界面不直观，有用信息的提取需二次加工（即比较、排列等），难以真实地反映其动态状况。有鉴于此，虚拟现实技术在仓储管理中有着广泛的应用前景，一方面它可以用于确定订货策略、订货点和订货批量，为订货决策提供一个有效、合理的依据，另一方面它还可以确定仓库的分布与库存物资的合理规划，最后可以通过系统模型来对库房的安全库存水平进行有效、直观的评估。
二、基于WEB的仓储可视化系统的设计与实现
1.分布式渲染系统后台设计
随着AJAX异步技术、ActiveX技术与Web Services技术的日趋成熟，渲染任务可拆分到多个渲染节点的技术产生。系统的通信后台设计就成为核心模块，必须考虑接入用户的并发数目和分布式渲染处理方案。随着在实时漫游的应用中场景模型精细化和逐步完善，计算机渲染硬件系统所必需处理的几何、纹理、光照等数据呈几何级增加，超过了其发展速度，特别是大规模场景模型更是孤立的图形处理系统难以应付的。分布式渲染将一组计算机通过网络通信协议连接起来，求解过程主要分为任务分解、任务调度、并行计算、解的合成。分布式渲染系统采用集中式架构，任务分派时参考MAPREDUCE模型，其各个节点的具体功能如下：
（1）接入节点。接入节点主要负责接入用户的任务请求入队处理，并协调用户的相关管理信息。
（2）调度节点。主要功能如下：提供交互、管理操作、渲染管理、计算节点的监控和调整等。
（3）计算节点。计算节点核心功能是执行计算。计算节点从调度节点接受任务，读取任务脚本，并与渲染引擎配合工作完成渲染任务。
（4）汇总节点。汇总节点在执行并行计算读取大量的顶点、贴图等数据，并且异步生成大量的图片序列，当渲染完成时汇总存储渲染结果。
2.可视化系统前台设计
前台展示层包括：用户基本信息维护、商品仓储信息维护、查询管理、定位管理、信息备份、容错恢复模块。
3.采用的技术路线与方案
（1）IOCP模型。它既减少了线程资源，又提高了线程的利用率。
（2）场景分割。按分配时机分为动态分割和静态分割。
（3）任务调度。分析分布式渲染环境的构架,采用基于sort- first并行渲染的动态任务拆分算法。
（4）WEB展示。使用AJAX异步调用HTTP（IOCP模型）服务器和后台配置管理数据库，网页上实现仓库可视化管理，实现仓储信息动态查询，利用三维信息互动可视化查询基本商品的相关数据。
三、结束语
以往的国内外仓储可视化渲染系统中，都存在着一些不足。如交互采用C/S方式、应用范围单一、管理不完善、集群负载均衡能力不强、作业纠错性不够等特征。本文正好从这些不足出发，实现一个基于WEB方式的仓储可视化系统，具有界面友好、查询管理功能完善、快速的渲染文件访问支持、渲染系统的快速响应等特点。
参考文献:
［1]戈瑞录，胡飞.基于LSF集群系统的分布式并行计算.测控技术，2006（7）.
［2]季华，陈福民.带负载平衡策略的PC sort-first 并行渲染系统.计算机仿真，2005（11）.
［3]钟卫华，陈毛毛，曹双喜.基于无缝拼接的分布式多屏渲染系统.计算机应用，2004,24 (6)．
［4]戴敏利，陆峰，王敏.集群渲染系统及其应用现状研究[J].软件导刊，2009，8(04):67-68．
［5]罗秋明，孙宏元.集群渲染管理软件的构件技术与框架设计[J].计算机工程，2008，34(11):249-251．
［6]邵维忠，杨芙清.面向对象的系统分析.北京：清华大学出版社，2003．
【关键词】计算机技术；现代化；建筑工程；应用研究
引言
如今是海量的网络信息时代，在计算机技术的应用中包含了网络技术和信息传递技术。计算机的应用程度和社会经济的发展有着直接联系，也对人们的生产生活方式带来了极大的便利，随着我国建筑行业的发展，已经成为建筑施工过程中的核心方式。计算机技术在建筑施工的整个过程中都有着的重要的作用，尤其是在施工的管理和监督上，和传统方式相比更加快捷。
1.计算机技术应用的必要性
1.1必要性
计算机和互联网是当前时代下最为热门的技术，在我国的各个领域都有广泛的应用。通过计算机技术，能够加强不同建设单位之间的协调。由于建筑工程通常需要多个部门之间的合作，而每个部门的标准也不尽相同，在实践中会有面临着各类问题。通过计算机技术，能够将建筑工程中的各项数据资料进行整合。统一的数据接口能够保证各个单位在交流时，不会因数据标准的不同产生分歧，提高了交流的效率。将信息统一存储在信息平台中，可以方便各个部门之间的查询使用，可以根据相关部门的不同要求，加强建筑工程的效率，加强在市场中的核心竞争力。
1.2降低投入成本
在建筑的施工过程中，经常是通过报表的形式对工程统计进行描述。传统的管理方式中，大多数是通过人工的方式输入，不仅要消耗大量的时间，而且也难以保证数据的准确性；通过计算机的方式，可以建立相应的工程信息数据库，通过科学可视化技术对大量的工程信息进行分析，保证信息传递时的准确性和时效性。除此之外，计算机技术还能分析市场中的信息，总结市场规律，让使用者可以查询到所要的数据，建立相应的工程实施计划。通过计算机系统的分析，制定工程施工方案，建立良好的管理模式，降低企业所要投入的成本。
1.3协调施工管理部门
在现代化建筑工程中，一些较大的工程都会涉及到多个建设单位，例如工程技术部、实验室、建立单位等等。这些单位大多都是单独工作的，在统一管理上面临着较大的困难。通过计算机技术的应用，可以将工程中的各个单位进行联合，突破传统管理上的时间和空间限制，各个部门可以通过网络明确自身的责任，并互相传递工程信息，通过远程连线、视频通话等方式，加强各部门之间的协调合作，提高我国现代化建筑工程的施工效率[1]。
2.计算机技术在现代建筑工程中的应用
2.1虚拟现实技术的应用
虚拟现实技术指的是通过计算机技术，模拟出一个三维空间，让使用者可以在三维空间中测试现实中的计算机技术，将现实世界中的各种信息融合进虚拟空间中。通过这种方式，在建筑工程中有着广阔的应用前景，这种技术可以对整个建筑的施工过程进行预演，提前发现施工过程中可能存在的问题，并制定针对性的解决策略，确保建筑工程的质量。
以某栋商住楼为例，根据建筑工程施工前的设计，通过相应的软件对施工的多种工艺情况进行模拟，包括土方开挖、扎基础钢筋、混凝土垫层等基础工程，以及砌墙、屋面等工程。在通过相应的图像软件，展现出当建筑全部完工后的图像。首先，要通过相应的设计软件，如CAD等，根据施工的进度表建立相应的三维模型，并将三维模型导入到三维动画渲染和制作的软件中，例如3Dmax，按照相关的施工工艺进行材质贴图。再通过灯光模拟制作出从人的角度观察到的建筑模型，建立虚拟的环境，将文件到处；接着再通过三维互动软件对到处的文件进行操作，例如推拉、升降、缩放等，从不同的角度导出相应的建筑图片，并将多张建筑图片制作成视频文件，通过PS以及一些其他的视频处理软件对视频和图片进行处理，得出最后的施工模拟图。通过一系列的操作，可以让管理人员直观的了解施工过程，并针对施工中可能出现的问题予以优化。
2.2科学可视化技术的应用
科学可视化技术所指的主要是对三维空间的可视化，将现实中的问题通过相应的算法显示在计算机上，目前在我国的建筑学、医学以及气象学中应用较为成熟。在现代化建筑施工过程中，有着大量的信息数据，需要对这些数据进行整理归类。通过科学可视化技术，能够有效的将大量、繁杂数据整理成较为直观的图像，可以根据图像对整个施工过程进行分析。例如，在进行建筑工程质量控制时，可以通过科学可视化技术为建筑工程的原材料以及相关设备进行台账监督，将数据录入到计算机中，通过计算结果做好相应的准备。
2.3信息自动化的应用
在当前形势下，信息自动化技术在现代化建筑工程的应用主要是日常管理方面。通过在施工现场安装监控设备，例如摄像头等，将施工现场的实时情况上传到管理处，管理人员可以通过管理处的监控掌握施工现场的多数情况，一旦发现施工中存在缺陷，可以及时采取相应的措施，确保施工现场的安全；另一方面，可以对施工人员进行监督，督促其按照相关规范施工，杜绝施工中存在的偷工减料行为，提高建筑的质量，保证施工人员的人身安全[2]。
结语
通过计算机技术，能够有效提高现代化建筑工程的质量，提高数据的处理效率，加强各个部门之间的交流合作。通过这种方式，不仅缩短了工期，提高了工程的施工效率，还减少了工程的企业投入。计算机技术可以规范工程的管理，提高工程的管理水平，增强企业的核心竞争力。在未来的发展中，计算机技术应用必然会更加广泛。因此，要加强对计算机技术的研究，融入到现代化建筑工程中，促进我国现代化建筑工程的发展。
参考文献
近年?硗?络技术的提升和进步对数字内容的存储和运算提供了重要的技术保障，人们获取信息和阅读的方式也向多元化拓展。庞大的信息数据来源也为大众从中获取精准有效的信息带来了困扰，面对无处不在的信息洪流，要让大型数据集变得亲切和易于理解，可视化无疑是最有效的途径。信息可视化作为一门涉及多个领域的综合性学科，是对海量信息或数据中知识的高度压缩，依托计算机技术借助人脑的视觉思维能力，帮助人们从大量的数据信息中发现数据隐藏的规律，从而提高数据的使用效率。
可视化强调生动性与准确性兼得，目的在于对信息或数据的深度挖掘与利用。在数字图书馆领域，海量数据与资源之间以不同维度形成纵横交错的网状集合，利用信息可视化做好数据与资源的揭示工作，不仅能够发挥现有资源的服务价值，也能在挖掘、分析和展现数据的关联关系时，为用户提供更有用、有效的信息渠道，更加精准地满足用户信息需求。
1信息可视化概念及范围
11 信息可视化概念
信息可视化来源于早期的数据图形学，即人们希望通过抽象信息的视觉表达来揭示数据及其他隐藏关系的一门科学。20世纪90年代开始普及计算机以及互联网带来的爆炸式信息流，使人们直接使用可视化信息的愿望变得迫切，从而造就和带动了信息可视化研究。关于信息可视化的概念界定，在不同的文献中有不同的说法。1999年卡德等人在早期将信息可视化引入视线的著作中，对其给出的定义是：“使用计算机支撑的、交互性的、对抽象数据的可视表示法，以增强人们对抽象信息的认知。”著名的信息可视化实践者Manuel Lima提到，信息可视化主要用于解释数据，“换句话说，就是归纳数据内在的模式、关联和结构”，“它既涉及科学也有关设计：信息可视化设计师和平面设计师一样，不仅要能够迅速、准确地呈现信息，而且需要掌握准确表达数据的技巧和视觉表达能力，呈现数据背后的观点，唤起读者的内心情感”[1]。
可视化技术是将数据库中的数据集构成数据图像，然后以数据的各个属性为展示维度进行表示，从而获得不同的维度的观察结果，实现对数据深入的观察和分析。
12 信息可视化范围
信息可视化包括数据可视化、信息图形、知识可视化、科学可视化以及视觉设计等多方面。广义的信息可视化，囊括了以信息可视化和科学可视化为基础衍生出的数据可视化以及知识可视化。
科学可视化比信息可视化的概念出现得更早[2]。1987年美国国家科学基金会报告《Visualization in Scientific Computing》“科学计算之中的可视化”就是后来“Scientific Visualization”
即科学可视化的始源，主要指科学实践中对计算机建模和模拟的运用。随着来自商业、数字媒体、信息管理等行业大型异质数据集的密集出现，数据可视化成为涵盖科学可视化与信息可视化的新生术语。
知识可视化又是从信息可视化的领域中分支出来的又一独立概念。知识可视化指的是用来解构复杂知识的图形化展现手段。其目标更侧重于传达主观性的见解、观点和预测等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。
在我们讨论的信息可视化领域，涉及数据、信息与知识三者的关系。三者关联性十分密切，数据是信息的载体，信息是数据的含义，知识是由信息加工和提炼而成的结晶。而可视化，就是把三者转化为可视的表示形式的过程[3]。实际上，我们所谈及的信息可视化，就包含了数据可视化和知识的可视化。
从狭义上来说，信息可视化适用于大规模非数字型信息资源的可视化表达，这里的信息范围主要包括各类抽象的数据集，大致可以概括为异构的文本信息及数据、计算机程序中的运行数据，以及万维网站内容和数据库检索内容等，最后一项集中的应用领域就是在数字图书馆当中。当然除此之外，信息可视化与科学可视化在众多技术和方法上的融合发展，使可视化的范围深入到众多相关领域。
2信息可视化在数字图书馆的应用领域
数字图书馆的出现开始就与数据信息息息相关，如何以崭新的数字信息服务为读者提供友好的知识学习环境，是数字图书馆的核心目标。相对于传统图书馆的资源构成，数字图书馆环境下的数字资源类型变得复杂而多样，既有系统技术资源，也有占据核心作用的数字信息资源，有实体文献数字化资源也有虚拟电子资源，这又包括了馆藏书目数据库，馆藏实体文献数字化后的自建数字资源数据库，由外购或其他渠道获得的商用文献资源数据库，以及解决版权问题的网络资源库等。另外图书馆积累的读者数据，也隐藏着大量有价值的信息，对这些信息的挖掘和利用十分重要。
可视化技术在数字图书馆环境中主要应用于两个领域：一是对数字图书馆服务场景的优化升级，能够为用户提供超越传统的空间认知工具，如最早用于揭示馆藏资源分布的电子地图，随着科技的发展现在又增添了虚拟现实（Virtual Reality）、增强现实（Augmented Reality）等；二是通过强化数据的直接应用改变服务方式、提升用户体验，包括可视化信息资源描述、可视化信息导航、可视化信息检索，以及可视化知识发现和数据挖掘等。具体可以归结为以下5个热点主题：
1）馆藏资源分布的可视化，以直观的图形或图像方式为用户展示出资源分布的情况，可以说是可视化服务于数字图书馆领域的基础性应用；2）信息描述的可视化，信息描述可以以聚类的方式将信息进行可视化，主要通过聚类方法创造主题，同时以图形化方式进行揭示；3）信息检索的可视化，可视化在信息检索中的应用包括检索过程的可视化和检索结果的可视化两方面，当前在图情领域成为重视程度最高的研究主题；4）知识可视化，更注重知识的图解表示以及传播利用，在研究知识可视化的一些学者关于理论基础、知识表征、研究框架的成果基础上，数字图书馆领域关于信息检索可视化的方向已经向知识检索可视化发展；5）用户界面的可视化，用户界面的设计与研究是人机交互领域重要的一部分。现阶段多数是以二维图形为主的用户界面（GUI）和多媒体用户界面，未来的发展则是更广泛的多媒体交互集成，通过人工语音、多维图形、人的动作指令等人工智能技术实现更人性化的人机交互效果。可视化界面设计通常会采取各种界面比拟来表现，如时间轴、拓扑图、热力图等。
3可视化在数字图书馆资源揭示中的应用实践
目前，国内外将可视化技术投入到优化数字图书馆馆藏资源揭示并进行知识服务提供的实践已越来越多。多数集中在特定数据集或数据库的信息检索过程、信息检索结果的揭示效果上，局部试验转换为整体性布局还尚待成熟完善。数字图书馆在资源整合方面发展的理论成果和计算机与信息科技发展带来的技术支撑，为可视化作为一种建设理念深入数字图书馆资源揭示中带来了可能性与实施基础。
31 世界?底滞际楣莸氖奔渲帷⒌赜蛑嵴故?
世界数字图书馆在网站资源展示的可视化效果上已经形成了一定的影响力。
它在馆藏揭示方式上，直观地提供给读者“时间线”和“互动式”地图两种较为通用的可视化选择。围绕“世界历史”“中国书籍、手稿、地图和印刷品”“欧洲的泥金装饰手抄本”以及“美国历史”四个分类文献，网站分别给出时间轴和地域轴两种展示方式。以“时间线”为例，当选择“中国书籍、手稿、地图和印刷品”时，可以看到下方的时间标尺，在时间标尺上对文献类型又进行了细分，分为“地图”“手稿”“图书”“印刷品”，如图1所示：
以带有互操作性的时间标尺加上图文最大限度地简化了文献资源的检索过程，同时为用户提供了文献资源的整体景观，使用户对此类文献收藏布局一目了然，也对历史发展进程有直观了解。
同样以“中国书籍、手稿、地图和印刷品”为例，网站为我们提供了“互动式地图”的区域性资源揭示方式。互动式地图是由美国“Leaflet”基于Javascript的开源交互地图数据库，这种基于GIS（地理信息系统）的可视化应用是由Natural Earth提供了开放的地理数据，该网站提供了全球1∶10 000 000、1∶50 000 000、1∶110 000 000比例尺的矢量和栅格数据下载。这种带有交互性的地域展示方式使世界范围内的文献资源典藏分布更加清晰明了，间接地也对跨区域、跨国家的资源共建共享、资源服务范围扩大带来方便（详见图2）。
值得一提的是，世界数字图书馆网站把时间轴和地图的概念贯彻在了网站各个维度的资源展示中。不论在“专题”“条目类型”还是“典藏单位”分类中，都将地图嵌入其中，充分体现了“世界”区域性的特点。
32 国际虚拟规则文档项目（VIAF）可视化
由OCLC牵头负责的虚拟国际规范文档（Virtual International Authority File，VIAF）项目，建设目的是要为用户提供全球范围内主要名称规范文档的便捷获取服务，从个人名称虚拟规范文档逐步扩展到团体名称和地名规范[4]。每一条规范记录都有分配的唯一标识符，且均可以链接到由合作机构维护的文档。目前VIAF数据已成为关联数据云图中最大的规范名称数据集，也是互联网中各类开放数据项目利用图书馆规范数据的途径和方式，在与各种社会开放性项目的互通共享中自身也得到丰富、增强。VIAF与维基百科、ISNI、SNAC等项目都建立了合作，成为构建关联数据环境的重要内容。VIAF的用户检索界面也是采用了可视化的交互操作形式（见图3），以检索“鲁迅”为例[5]，索引选择为所有VIAF，在检索页面上方显示的是标题词、作者姓名在不同规范文档中的形式、VIAF ID（唯一标识符）、永久链接以及ISNI号；检索结果页面下方中包括了其他作者页面信息项，如优选形式、4XX字段中备用名称形式、5XX字段中相关名称、作品、出版国家和地区等。在优选形式中，用户可以看到不同图书馆所贡献的相关记录，并以超链接形式直接链接到相应的记录内容。右下方的拓扑图是通过一定的匹配方式，将不同国家的规范文档进行匹配连接，并显示相应的匹配方式及标识号，如，某相连节点显示“（Match：title）RERO-vtls000107707”，则表示当前节点与标识号为RERO-vtls000107707的节点“名称”匹配，使用户对规范文档有了整体性的感官认知，起到了在用户进行数据选择时的辅助作用。
33 挪威FRBR概念模型可视化
随着RDA（资源描述与检索）规则逐渐在图书馆编目领域的普及和应用，FRBR（书目记录的功能需求）所构建的“实体―关系”模型也逐渐成为书目数据编目中的研究重点。要想把基于FRBR模型的所有潜在的数据关系与实体完整地揭示出来，传统的线性表单式的书目记录组织与展示方式已经无法做到。由斯洛尼亚卢布尔雅那大学的Tanja Mercun、Maja Zumer以及挪威科技大学的Trond Aalberg为主要成员组成的FRBRVIS项目组，将研究焦点落在了旨在更好地在用户界面展现FRBR作品家族的信息可视化上。项目组从广泛的书目数据中选取了不同复杂程度的作品家族样例，每个作品家族中又通过人工选取40―100条记录以囊括实体、关系以及属性中尽可能出现的复杂情况和变化。与大部分FRBR实践探索保持记录样本原样的做法不同的是，项目实验数据按照最新的RDA规则手动改造了原书目记录中不规范的著录项与缺少的关系，以及不支持计算机自动处理的数据。利用FRBR工具，项目建立了XML格式的基于FRBR的实验数据，并确保了其实体准确建立、关系完整。在三种主要关系的基础上，作品记录被分为三层标签：“版本”层用来展示作品的内容表达以及载体表现；“相关作品”层用来展示其他与该作品相关的作品；“作者其他或作者相关作品”层用来展示同作者的其他作品或与该作者相关的作品。
在展示具体标签层时，左侧标签图用来使用户了解文献整体情况，用户可以下拉点击了解更深层的编目内容，并从右侧了解到详细内容（如图4）：
34 上海图书馆家谱本体可视化
上海图书馆基于22 000余种的家谱影像资源库建立起的CNMARC格式元数据，在当前互联网环境下文献揭示与使用中面临无法满足需求的现实。家谱中所包含的丰富的人、地、时、事等关系，被认为用MARC这样限定性、专业性较强的格式系统已无法充分描述和揭示，更加灵活的、多维度展示和操控工具成为家谱文献服务的需要[6]。在这种背景下，上海图书馆采用目标为取代并兼容Marc的书目框架模型（BIBFRAME）建立家谱信息本体。根据书目框架的核心模型，家谱被分为作品和实例两部分，依据元数据不同的著录项分别归为作品和实例中，而规范和注释都通过作品和实例各自的属性所定义的关联关系与作品和实例相关联。
上海图书馆家谱知识库在揭示资源的文献特征及内容特征、在各数据实体之间建立起易被理解的关联关系并实现机器处理方面进行了突破性的探索和尝试。目前该系统可视化效果可以在其试验网站设计中看到基于时间轴和地域轴的展示（如图6）：[FL）]
图8是以动态热力图的方式，根据宗族迁徙时间、地点，计算出家族的迁徙路线及后代散居地，将家族迁徙的过程演示了出来，对宗族历史深入发掘，跳出了对文献载体本身进行收藏和管理的资源服务范围，讲活了“故事”。
4总结与展望
信息可视化进入图书馆视野已经逐步深入，应用于文献资源揭示与知识组织服务的研究主题也渐渐得到细分。然而囿于针对包括书目数据在内的各类资源数据在聚合、挖掘以及高效管理利用方面的探索尚未定型，
