Применение визуализации.

 Применение визуализации.

Современные компьютерные технологии используют широкий спектр методов визуализации информации. Легкость построения графиков и диаграмм с помощью ЭВМ все заметнее меняет когнитивные навыки исследователя. Современные пакеты анализа социологической информации позволяют строить сотни типов различных графиков и диаграмм. Исследователь может одним взглядом обнаружить особенности, выявить закономерности и аномалии в больших объемах информации. Мощным средством анализа информации являются интерактивные средства модификации графических представлений. Особенно широко графические методы используются в разведочном анализе данных, позволяя выявлять закономерности в многомерных массивах информации.

Анализ графической информации базируется на способности индивида интуитивно находить сходство и различия в объектах, при этом особенно хорошо запоминаются и распознаются черты лица.

Самостоятельной ветвью компьютерной графики являются географические информационные системы (ГИС технологии), наглядно представляющие пространственные характеристики объектов. Особенно эффективно использование цвета для выделения на карте отдельных регионов в соответствии со значениями исследуемого показателя.

Современные методы визуализации информации широко используются для представления и анализа результатов компьютерного моделирования. Так в методологии иконологического моделирования визуализация позволяет пользователю выявлять различные формы пространственной и временной самоорганизации, анализировать поведение нелинейных систем и процессов.

Благодаря компьютеризации визуализация информации играет все большую роль в повышении эффективности коммуникаций. Использование слайд-фильмов и современных средств вывода информации на большой экран позволяет существенно повысить эффективность лекций, докладов и презентаций.

Рассмотрим более подробно некоторые приложения визуализации информации.

В точных науках средства компьютерной графики используются для визуализации векторных полей. Прежде чем говорить о графиках векторных полей, стоит немного рассказать о том, что же представляют собой вот эти сами векторные поля. Векторное поле — это закон, по которому каждой точке пространства сопоставляется некоторый вектор. Обычно эти векторы направлены не хаотически, а образуют в пространстве некоторые фигуры, которые как раз и становятся видны в результате визуализации полей. Эти фигуры обусловлены некоторыми свойствами, характерными для определенных классов векторных полей, используемых более часто, чем векторные поля совершенно произвольные. Потенциальными называются такие векторные поля, которые описываются как градиент (убывание или возрастание значений) некоторой скалярной функции. Визуализация векторного поля — это отображение закономерности распределения векторов в нем на экране.

Для построения графика векторного поля, прежде всего, нужно задать функцию, которую этот график будет в дальнейшем визуализировать, и векторный базис (структуру пространственных координат).

Визуализация данных - один из традиционных разделов машинной графики, в котором решается задача наглядного представления больших массивов числовой информации. Такая задача естественна, поскольку «перемалывать» числа компьютер умеет быстро и в больших количествах. Как анализировать результаты - вот вопрос, с которым сталкиваются многие приложения в таких областях, как моделирование, обработка результатов экспериментов и данных мониторинга среды. Примерами данных в описанном выше смысле могут быть: распределение электростатического потенциала в некотором объеме (скалярные данные), поле скоростей в потоке жидкости или газа (векторные данные).

Две составляющие «данных» предполагают, что при визуализации требуется наглядно представить два аспекта: значения и их распределение на носителе - в координатном пространстве. Хорошо известен «школьный» набор способов визуализации: графики функций, карты изолиний, сеточные поверхности, гистограммы.

Если охарактеризовать современный уровень области визуализации данных, то наиболее существенными представляются следующее тенденции:

·   произошел реальный выход в изобразительное пространство 3-х измерений

·   качество инструментальных средств, предоставляемых пользователю в системах визуализации, доведено до уровня, при котором работа прикладного специалиста становится эффективной

Задача визуализации данных состоит в том, чтобы преобразовать числовые массивы в геометрические образы или объекты. Если в двумерном изобразительном пространстве выбор форм представления сильно ограничен и они весьма абстрактны, то в пространстве 3D их можно в максимальной степени приблизить к моделируемой реальности. В этом аспекте визуализация данных развивается параллельно со смежными разделами машинной графики - геометрическим моделированием, анимацией и виртуальной реальностью. Есть несколько обстоятельств, позволяющих считать, что 3D-революция произошла на практике:

1.     трехмерную визуализацию современные системы машинной графики обеспечивают на базовом, в том числе на аппаратном, уровне, реализуя рендеринг - расчет распределения света в сценах, которые составлены из геометрических объектов. При этом учитываются оптические свойства объектов: прозрачность, отражательность, текстура, а также расположение и направленность источников света. Модели расчета освещенности позволяют реалистично передать глубину сцены и пространственные соотношения между ее элементами

2.     рендеринг объемов становится доступным не только на графических рабочих станциях, но и на персональных компьютерах. Вычислительной мощности хватает для интерактивной визуализации данных, а такие, например, операции, как панорамирование, вообще выполняются в реальном времени

По-видимому, наиболее ярким и хорошо известным примером приложения 3D-визуализации данных может служить компьютерная томография. Это один из методов объемной реконструкции внутренних органов (мозг, сосуды, кости) путем неинвазивного (не требующего хирургического вмешательства), и достаточно безвредного медицинского обследования. Сочетание специальной аппаратуры сканирования и математических методов реконструкции позволяет получить числовые данные, характеризующие физические свойства тканей на множестве точек, расположенных регулярно в некотором объеме. Средства машинной графики позволяют показать эти данные в естественном виде. Работая с системой визуализации, врач может, например, детально рассмотреть модель кости с разных позиций, построить на экране ее сечение по плоскости, проходящей в районе трещины.

Трехмерность открывает перспективы на пути интеграции визуализации данных с геометрическим моделированием и виртуальной реальностью: характеристики изучаемого процесса, т.е. значения данных, можно привязать к геометрическим объектам, составляющим модельный мир. Так, например, естественно показывать значения плотности воздушного потока, обтекающего самолет, вместе с изображением самолета.

Для систем визуализации данных большое значение имеет эффективность технологии работы пользователей. Действительно, визуализация не решает сама по себе задачу, а служит вспомогательным, эвристическим средством. В современных системах визуализации данных применяются самые передовые компьютерные технологии: визуальный интерфейс, интерактивность, объектная ориентированность. В результате, набор средств и понятий системы визуализации данных образуют свой достаточно замкнутый объектный мир, и для того чтобы визуализировать данные, вовсе не требуется программировать. Системы визуализации данных становятся таким же доступным инструментом повседневной деятельности, как привычные редакторы текстов, графические редакторы или системы CAD/CAM.