信息可視化技術(shù)研究分析

摘 要：數(shù)據(jù)與信息可視化技術(shù)，通常被稱為依靠計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，數(shù)據(jù)信息的視覺形象和生動形象呈現(xiàn)在人們的眼前，以滿足各種新的技術(shù)要求并達(dá)到客戶的要求。就目前發(fā)展而言，信息可視化技術(shù)已在醫(yī)療、通信、網(wǎng)絡(luò)智能、金融等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。二級用戶對數(shù)據(jù)的分析和探索數(shù)據(jù)的規(guī)則起著非常重要的作用。隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，信息、數(shù)據(jù)規(guī)模呈現(xiàn)爆炸式增長，數(shù)據(jù)來源多元化，信息可視化技術(shù)發(fā)展迅速。進(jìn)一步研究信息可視化技術(shù)，不僅具有重要的理論意義，也具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。下面文章就信息可視化技術(shù)發(fā)展的背景、概念及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行簡要的分析與總結(jié)，并結(jié)合現(xiàn)狀提出合理化的解決方案，僅供其參考。

關(guān)鍵詞：信息可視化；研究技術(shù)；發(fā)展背景；概念分析；發(fā)展趨勢

信息可視化技術(shù)最早可以追溯到18世紀(jì)普萊費(fèi)爾蘭伯特的創(chuàng)建時期。信息可視化，是在1980年代科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)出現(xiàn)的同時而被提出來的，具有實(shí)質(zhì)性的重要意義；1998年，“信息可視化”第一次作為一個特殊的詞匯。在一種空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域中被充分的實(shí)現(xiàn)，信息可視化作為視覺信息轉(zhuǎn)換技術(shù)，以提高數(shù)據(jù)表現(xiàn)效果為目的，可以更直觀的讓對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽與觀察，明確數(shù)據(jù)相關(guān)性和隱藏特征。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)有交互方式更加多樣化，數(shù)據(jù)處理能力也具有一定的質(zhì)量，用戶可以依靠信息可視化技術(shù)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行更加直觀的考察分析，信息可視化技術(shù)也逐漸從傳統(tǒng)的領(lǐng)域向社會、文本、交通、生物等領(lǐng)域展開，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類的生產(chǎn)能力和數(shù)據(jù)的技術(shù)得到了較大的提高。面對大量的信息數(shù)據(jù)，通過人為對其進(jìn)行整理分析，很難在有效的時間內(nèi)完成對整個數(shù)據(jù)的掌握與認(rèn)知，故此需要各種信息技術(shù)來完成對此項(xiàng)任務(wù)的理解，并能夠利用其先進(jìn)的科技手段對大量信息進(jìn)行整合。這是基于這樣的背景下，可視化技術(shù)得到了極其快的發(fā)展與重視。它能有效的將大量的信息數(shù)據(jù)加以整合，然后通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出圖像或是動態(tài)信息供人們參考與使用。從一定意義上而言，數(shù)據(jù)中的相關(guān)信息大多數(shù)會隱藏其重要的數(shù)據(jù)，這些隱含的數(shù)據(jù)信息對人們正確利用這些數(shù)據(jù)有著極其重要的影響和作用，所以一定要形成一定的規(guī)律，利用科學(xué)有效的辦法將其可視化，充分發(fā)揮其效用。

信息可視化技術(shù)是一個相對比較廣泛的領(lǐng)域，它能運(yùn)用到醫(yī)學(xué)、氣象、地質(zhì)、航天等多項(xiàng)技術(shù)部門中，也可以運(yùn)用到商業(yè)、政府機(jī)構(gòu)中為其數(shù)據(jù)的整合提供一個可靠的信息環(huán)境。因此信息可視化是一項(xiàng)偉大的國家科學(xué)技術(shù)和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)具有重要意義，應(yīng)充分認(rèn)識到相關(guān)部門大力推動。對于衛(wèi)星監(jiān)測或是醫(yī)療設(shè)備而言，信息可視化技術(shù)起到了至關(guān)重要的關(guān)鍵作用。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展過快，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫婵梢岳脠D像或是數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以清晰直觀的對數(shù)據(jù)有所掌握，并進(jìn)行實(shí)時交互，實(shí)現(xiàn)資源共享。

1 信息可視化技術(shù)

信息可視化在本質(zhì)上是一個可視化的界面，是人機(jī)交互技術(shù)的綜合研究。通過信息可視化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的有效整合，是對抽象信息更直觀的處理，用戶可以利用人機(jī)計(jì)算機(jī)交互技術(shù)對抽象信息的準(zhǔn)確識別。信息可視化技術(shù)是數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理、人機(jī)交互和可視化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是為了讓人們使用直觀的感知和視覺觀察的方法研究信息?；趫D形設(shè)計(jì)與認(rèn)知心理學(xué)的信息可視化技術(shù)。平面設(shè)計(jì)注重視覺表現(xiàn)問題的藝術(shù)性，對實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的具體指導(dǎo)。認(rèn)知心理學(xué)是以人的知覺過程為主要研究課題，著力解決人類認(rèn)知和認(rèn)知過程的問題。信息可視化是一種數(shù)據(jù)可視化映射過程，可以通過整合、映射等形式傳遞信息特征，通過圖片、圖像、動畫等形式來表達(dá)信息、圖像、文字和聲音的內(nèi)容，可以稱之為信息可視化的信息來源，可以通過各種方式將其呈現(xiàn)在人們的面前，或是利用各種手段來完成。

各種科學(xué)技術(shù)的層出不窮，推動了信息可視化技術(shù)的廣泛發(fā)展與使用，隨著各行業(yè)的發(fā)展建設(shè)，對于信息的需求量也在逐漸增大，面對大量的信息，如何進(jìn)行有效的存數(shù)與搜集、傳輸與歸類成為了各行業(yè)發(fā)展面對海量信息解決的難題。從更高一個層次來講，所有的數(shù)據(jù)庫都可以按照一定的規(guī)律來完成其分類。就目前發(fā)展階段，數(shù)據(jù)庫雖然在一定范圍內(nèi)可以完成對數(shù)據(jù)的輸入、整合、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能，但是對于數(shù)據(jù)相互之間的某種規(guī)則或是聯(lián)系還存在著一定的盲區(qū)，不能給予很好地理解與認(rèn)識。自1956年以來，人工智能技術(shù)的誕生在一定程度上獲得了較大的發(fā)展，現(xiàn)將機(jī)械人學(xué)習(xí)階段作為重點(diǎn)科學(xué)來加以成熟，認(rèn)識。如比較成見且被認(rèn)知的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)或是遺傳算法就是利用計(jì)算機(jī)模仿人類進(jìn)行的一項(xiàng)研究。這種方法就是利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來挖掘深層次的數(shù)據(jù)結(jié)果和相關(guān)知識，兩者的有機(jī)結(jié)合被稱之為LED數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)（KDD：知識discoveryindstabases）。事實(shí)上，這屬于一門交叉性質(zhì)的學(xué)科作業(yè)活動，不僅僅涉及到機(jī)械模擬、數(shù)據(jù)識別、智能統(tǒng)計(jì)，還涉及到數(shù)據(jù)可視化的高性能分析與專家系統(tǒng)的認(rèn)知，對于數(shù)據(jù)本身也有著極其嚴(yán)格的要求。

舉例來說明它的重要性：如在礦井開采過程中，對于原始數(shù)據(jù)的掌握往往是結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知，人們只是單純的依靠原始數(shù)據(jù)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而建立完善的數(shù)據(jù)監(jiān)測機(jī)制，但是人們卻忽略其數(shù)據(jù)自身的重要意義，很多數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)完全可以利用可視化技術(shù)對文本進(jìn)行整合編輯，將所有數(shù)據(jù)以圖像的形式呈現(xiàn)出來，并依據(jù)數(shù)據(jù)分布將圖像清晰的構(gòu)建出來，這部分涉及的內(nèi)容就比較復(fù)雜，不能輕易的被理解為是對數(shù)據(jù)的演算或是概括。其技術(shù)的核心就是利用數(shù)據(jù)將各種復(fù)雜的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行模擬，在這里可以忽略所有的不可控因素。只需提醒相關(guān)負(fù)責(zé)人在可視化進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)階段將不可控因素考慮在內(nèi)即可，這樣才能將數(shù)據(jù)信息得以充分的掌握。

包括知識的一般屬性的廣義類型反映了類似事情、特點(diǎn)及各方面的特點(diǎn)，知識的類型，反映了知識的差異，反映知識和其他相關(guān)知識的關(guān)系類型，根據(jù)歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)推測，未來數(shù)據(jù)預(yù)測模型知識，將揭示偏離的常規(guī)事物的異?，F(xiàn)象的知識的類型。為了發(fā)現(xiàn)不同類型的知識。用各種手段尋找知識工具。為了使發(fā)現(xiàn)知識和結(jié)果是容易被理解的，并在人機(jī)交互過程中發(fā)現(xiàn)的知識，它的發(fā)展是可視化技術(shù)發(fā)展獲得知識的重要途徑。為了了解數(shù)據(jù)與發(fā)展趨勢的關(guān)系，人們開始將可視化技術(shù)納入其中。信息可視化不僅是利用圖像來顯示多維空間數(shù)據(jù)，用戶要加深對數(shù)據(jù)的理解，并引導(dǎo)檢索過程中與圖像直觀，加快搜索速度。因此，信息可視化的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)庫、心理學(xué)、人機(jī)交互、知識發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域。在科學(xué)計(jì)算可視化中，顯示對象涉及到不同類別的空間數(shù)據(jù)的標(biāo)量、矢量，研究主要集中在如何真實(shí)、快速顯示三維數(shù)據(jù)。在信息可視化方面，文章提出的對象是多維標(biāo)量數(shù)據(jù)，本研究的重點(diǎn)是，設(shè)計(jì)和選擇什么樣的顯示模式，可以方便用戶理解多維數(shù)據(jù)和彼此之間的關(guān)系，這是主要的問題，如心理學(xué)，人機(jī)交互。從模式形成的角度來看，它很難科學(xué)計(jì)算可視化，然而，從心理學(xué)和人機(jī)交互的角度來看，這是一個新的領(lǐng)域還沒有得到充分的研究。

信息可視化在商務(wù)、金融、通信等領(lǐng)域，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。在通信領(lǐng)域，目前正在開發(fā)一個更詳細(xì)的和先進(jìn)的復(fù)雜模型，以協(xié)助規(guī)劃過程中的復(fù)雜性。另一方面，傳輸和交換設(shè)備，為重構(gòu)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)提供了更多的自由和靈活性，導(dǎo)致一個單一的網(wǎng)絡(luò)單元上運(yùn)行的原始數(shù)據(jù)增加。全網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化，需要有效地利用一切信號源，并需要在市場、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和日常管理等傳統(tǒng)的不同領(lǐng)域之間，動態(tài)交換信息和思想。覆蓋的物理網(wǎng)絡(luò)是一個廣泛的領(lǐng)域，包括語音，數(shù)據(jù)和圖像服務(wù)，其中每個都有自己的數(shù)據(jù)和管理要求。

此外，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)不受國界限制，是許多國家和國際組織的一個載體，因此潛在的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度都在增加，數(shù)量越來越多。在英國電信（電信）網(wǎng)絡(luò)中，充分應(yīng)用了信息可視化技術(shù)。該網(wǎng)絡(luò)具有六千線以上的開關(guān)設(shè)備和幾兆每分鐘網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)。在BT網(wǎng)絡(luò)，每五分鐘有六萬連接到數(shù)字交換機(jī)的本地路徑的操作條件的中央單位報(bào)告（centraloperationsunit）操作，中央單元操作和數(shù)字實(shí)時監(jiān)測和控制網(wǎng)絡(luò)。通過測量大量的操作參數(shù)，每天產(chǎn)生超過二十億字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖形輸出來描述操作參數(shù)的選取，地理分布的時間間隔，并且對動畫感興趣。在每個區(qū)域中的最小值參數(shù)，最大和平均數(shù)據(jù)可以表示在一個顏色條圖?？梢暬目臻g數(shù)據(jù)，如在應(yīng)用金融指標(biāo)或流通統(tǒng)計(jì)，也引起了廣泛的興趣。在工程和科學(xué)應(yīng)用可視化的許多工具和技術(shù)，以金融和統(tǒng)計(jì)為主?？梢暬夹g(shù)的成功應(yīng)用，為用戶提供了一個互動的研究數(shù)據(jù)，揭示了這些方法的趨勢、周期和模型的能力。在空間數(shù)據(jù)應(yīng)用中的一個典型例子是網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括一個網(wǎng)絡(luò)單元或地理特征，開關(guān)記錄，大面積的分組，另一個城市的景觀（景觀）的可視化是該領(lǐng)域的一個潛在的有用技術(shù)。城市景觀是一個擴(kuò)展的3條帶狀圖，其中包括二維的標(biāo)量值表示為一個統(tǒng)一的網(wǎng)格塊或建筑物。一個可視化表示的一年中的每個月，分為10個地理信息維度，稱為故障率統(tǒng)計(jì)。根據(jù)每月的服務(wù)統(tǒng)計(jì)和傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行性能，英國電信已被應(yīng)用到城市現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查。這些應(yīng)用程序可以很容易地使用財(cái)務(wù)信息，如每個地區(qū)的特點(diǎn)，對股票收益率的每個時間段，或地理，根據(jù)挖掘所得的可視化（Visual MIME），通過顯示的貨幣量，各分公司的總收入，現(xiàn)金運(yùn)行能耗統(tǒng)計(jì)。由于信息可視化日益顯著的數(shù)據(jù)超載問題，可以提供接近實(shí)時的解決方案，因此，它將對業(yè)務(wù)，財(cái)務(wù)和通信等領(lǐng)域的信息管理，產(chǎn)生重大影響。

2 信息可視化的幾種類型

根據(jù)信息可視化的類型可分為七類。一是一維維數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)是以一維向量和程序?yàn)橹?，只具有單一屬性的信息。二是尺寸?shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)主要以平面設(shè)計(jì)和地理數(shù)據(jù)，圖形設(shè)計(jì)等形式呈現(xiàn)，采用橫坐標(biāo)法呈現(xiàn)其數(shù)據(jù)，可以充分將經(jīng)度和緯度的地理數(shù)據(jù)顯現(xiàn)出來。三是三維數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，醫(yī)學(xué)，地質(zhì)，氣象等都被涉及其中并得到有效的使用。通過三維信息技術(shù)，可以更直觀的反映數(shù)據(jù)狀態(tài)。四是多維數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)是以財(cái)務(wù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)包含四個或四個以上的屬性信息，是信息可視化研究的主要方向。五是分層次的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型是一個抽象數(shù)據(jù)，是一種比較常見的關(guān)系，傳統(tǒng)的圖書館資源管理和窗口系統(tǒng)資源管理模型是典型的分層數(shù)據(jù)。六是文本數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)形式多樣，如報(bào)紙，郵件，新聞等等，都可以作為一個文本消息，在新的形勢下，互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，多媒體和超文本成為文本信息的視覺信息技術(shù)的最大來源之一。七是網(wǎng)絡(luò)信息。此信息不是傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)信息，指的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，但也有很多其他之間的關(guān)系，信息之間的不可直接關(guān)系，使信息獲取比較困難，是未來信息可視化技術(shù)研究的一個課題。

3 信息可視化技術(shù)的一般應(yīng)用

3.1 信息可視化技術(shù)在生物學(xué)中的應(yīng)用

生物的發(fā)展產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)內(nèi)容，成為信息可視化技術(shù)應(yīng)用的重要驅(qū)動力，在生物學(xué)領(lǐng)域中得到較廣的應(yīng)用。依托信息可視化技術(shù)的生物數(shù)據(jù)研究一直是當(dāng)前研究領(lǐng)域的一個重點(diǎn)。特別是針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如核酸、蛋白質(zhì)和核酸等，借助于光鏡等設(shè)備和數(shù)據(jù)信息采集，實(shí)現(xiàn)對大量蛋白質(zhì)進(jìn)行定量和定性研究，獲取過多的生物數(shù)據(jù)的相關(guān)生物學(xué)知識，對加快藥物開發(fā)具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

3.2 信息可視化技術(shù)在財(cái)務(wù)信息中的應(yīng)用

依托信息可視化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的金融數(shù)據(jù)處理和分析，在基金、股票分析等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。復(fù)雜的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析，也能實(shí)現(xiàn)金融犯罪的防范和調(diào)查，通過對銀行和信用機(jī)構(gòu)的信息清理，可以使資金活動鏈和財(cái)務(wù)活動更加清晰，在檢查和防范金融犯罪上起到的效果是非常明顯的。

3.3 信息可視化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的應(yīng)用

隨著個人計(jì)算機(jī)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出雙重增長的發(fā)展態(tài)勢，依靠信息可視化技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)流量、節(jié)點(diǎn)連接特性以及區(qū)域信息得到清晰的反映，實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)通信，確定用戶的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)狀態(tài)。

3.4 信息可視化技術(shù)在商務(wù)信息中的應(yīng)用

電子商務(wù)近年來發(fā)展迅速，淘寶網(wǎng)上購物已成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的熱點(diǎn)，不僅改變了傳統(tǒng)的商業(yè)模式，而且在互聯(lián)網(wǎng)上做實(shí)現(xiàn)大量的業(yè)務(wù)交易。然與此同時也產(chǎn)生了大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，利用信息可視化技術(shù)可以有效挖掘商業(yè)信息的有效價(jià)值，使商業(yè)信息價(jià)值最大化。

4 信息可視化技術(shù)未來的發(fā)展方向

早在90年代初期，我國對信息可視化的研究就已經(jīng)有所掌握，但是出于各種因素的制約及影響，對于大量信息的可視化并不能進(jìn)行大量的圖形編輯及數(shù)據(jù)整合，這就使得計(jì)算機(jī)技術(shù)難以在其數(shù)據(jù)中發(fā)揮應(yīng)有的效用。對此，隨著對其研究的日益加深，相繼在各大院校及高等研究中心都設(shè)立了信息可視化研究發(fā)展中心及科研中心，尤其是近年來，隨著各種新技術(shù)的層出不窮，將數(shù)據(jù)信息可視化與圖像、文字處理軟件等有機(jī)的結(jié)合，并加以推廣，很大程度上推動了我國各行各業(yè)的發(fā)展。但是與發(fā)達(dá)國家相比較而言，我國信息可視化技術(shù)還存在許多方面的不足，甚至在一些領(lǐng)域中仍存有“空白”，對此，我們要結(jié)合實(shí)際，不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的信息可視化技術(shù)，從而使我國的信息可視化技術(shù)逐漸趨于成熟。

大數(shù)據(jù)定義的快速增長是企業(yè)數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定期的水平，在處理海量數(shù)據(jù)的過程中，信息的可視化速度和效率已成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。這是由于大的多維數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致視覺障礙，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和信息可視化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提升數(shù)據(jù)的可操作性是未來研究的重要課題之一。由于龐大的數(shù)據(jù)量需要團(tuán)隊(duì)完成更多的信息可視化處理，需求的合作空間和同步性較高，需要利用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更高的速度，協(xié)同研究方向在可視化領(lǐng)域有可能向平臺開發(fā)方向上發(fā)展。

隨著數(shù)據(jù)量的增加，信息可視化技術(shù)的不斷發(fā)展和挑戰(zhàn)。從硬件最明顯的制約，到現(xiàn)有屏幕顯示的海量數(shù)據(jù)成為信息可視化技術(shù)發(fā)展的問題制約，多維數(shù)據(jù)分析將作為一個具有挑戰(zhàn)性的研究內(nèi)容而被重視起來。但我們相信隨著大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，信息可視化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷地被拓展，對提高工作效率和生活質(zhì)量具有極其大的貢獻(xiàn)。

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