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浅析科学计算可视化和信息可视化 　　摘 要可视化技术是20世纪80年代发展起来的一个新的技术领域,从最初科学计算可视化的提出到现在已经形成了若干个分支;本文就其中两个分支做了浅析,对比了科学计算可视化技术和信息可视化技术的特点、相同点、不同点;从数据来源、处理技术上进行了简单总结。 　　关键词科学计算可视化;信息可视化 　　中图分类号TP391.41 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0023-01 　　 　　可视化由英文单词“visualization”翻译而来,本意是是某物图像化、图形化,从而能够清晰地、直观地呈现。1987年2月美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)召开的图形图像专题研讨会上第一次给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域,并对可视化的需求、近期目标、远景规划和应用前景方面做了阐述。这标志着科学计算可视化作为一个全新的学科在国际范围内的确立。 　　随着社会和计算机技术的发展,到今天,可视化技术的大家庭中不仅仅有科学计算可视化,还包括了数据可视化(Data Visualization)、信息可视化(Information Visualization)、知识可视化(Knowledge Visualization)等一系列的分支。在这些具体分支中科学计算可视化和信息可视化是两个重要代表,前者是可视化技术的第一次出现,后者将可视化技术扩展到非数值、非空间和高维领域。 　　1 科学计算可视化(Visualization In Science Compute,VISC) 　　科学计算可视化是利用算机图形学和图像处理技术,将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图象,在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域。 　　早期,科学计算只能以批处理方式进行,而不能进行交互处理,对于大量的输出数据,只能用人工方式处理,或者用绘图仪输出二维图形。这种处理方式不仅效率低下,而且丢失了大量信息。随着计算机应用的普及和科学技术的迅速发展,来自超级计算机、卫星遥感、CT、天气预报以及地震勘测等领域的数据量越来越大,但由于没有有效的处理和观察理解手段,使得大量数据无法理解。另一方面,由于计算机技术的高速发展, 使得计算成本不断下降,计算精度和速度不断提高。这使得对复杂问题的数值模拟成为一种更直接、更有效的方法。而三维大规模数值模拟可产生上百兆、上千兆的大量数据,我们已无法用传统的方法来理解大量科学数据中包含的复杂现象和规律。因此, 科学计算可视化技术已经成为科学研究中的必不可少的手段。它是科学工作者以及工程技术人员洞察数据内含信息,确定内在关系与规律的有效方法,使科学家和工程师以直观形象的方式揭示理解抽象科学数据中包含的客观规律,从而摆脱直接面对大量无法理解的抽象数据的被动局面。 　　科学计算可视化的目的是理解自然的本质。要达到这个目的,科学家把科学数据,包括测量获得的数值或是计算中涉及、产生的数字信息变成直观的、以图形图像形式显示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前,使他们能够观察、模拟和计算。这个过程可进一步细化为以下四个步骤:1)过滤:对原始数据进行预处理,可以转换数据形式、滤掉噪声、抽取感兴趣的数据等;2)映射:将过滤得到的数据映射为几何元素,常见的几何元素有:点、线、面图元、三维体图元和更高维的特征图标等;3)绘制:几何元素绘制,得到结果图象;4)反馈:显示图象,并分析得到的可视结果。 　　科学计算可视化(Visualization In Science Compute,VISC)的意义重大)大大加快数据的处理速度, 使目前每日每时都在产生的庞大数据得到有效的利用;实现人与人和人与机之间的图象通讯,而不是目前的文字或数字通讯,从而使人们观察到传统方法难以观察到的现象和规律;使科学家不仅被动地得到计算结果,而且知道在计算过程中发生了什么现象,并可改变参数,观察其影响,对计算过程实现引导和控制;可提供在计算机辅助下的可视化技术手段, 从而为在网络分布环境下的计算机辅助协同设计打下了基础。 　　2 信息可视化(Information Visualization) 　　信息可视化是从科学计算可视化、数据可视化逐步发展起来的。它的定义首先出现在G.Robertson,S.Card和J.Mackinlay 1989年发表的论文《The cognitive coprocessor for interative user interface》中。该文将其定义为“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