計算機圖形技術(shù)在數(shù)據(jù)計算方面的應用

李震

摘要：本文探討了交互式計算機圖形技術(shù)，分析了可視化技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘中的應用，研究了可視化數(shù)據(jù)挖掘模型的構(gòu)建，希望能夠為相關(guān)工作者帶來一定的參考，打造更加安全可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：計算機圖形;數(shù)據(jù)挖掘;可視化

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0069-02

0 引言

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)（Data Visualization）是指借助計算機圖形技術(shù)與圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像且直觀呈現(xiàn)在屏幕的技術(shù)，可見該技術(shù)具備一定的交互性。由此可見，該項技術(shù)融合了計算機圖形學、圖像處理、輔助設(shè)計、人機交互等眾多技術(shù)。數(shù)據(jù)可視化的概念衍生于科學計算可視化，而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電子商務(wù)的高速發(fā)展，信息可視化（Information Visualization）的誕生也逐漸成為目前數(shù)據(jù)可視化的焦點[1]。所以，數(shù)據(jù)挖掘更多時候會被視作為可視化的一種，也就是借助可視化技術(shù)去實現(xiàn)知識發(fā)現(xiàn)、信息傳輸與數(shù)據(jù)挖掘的功能，為決策制定提供支持?；谶@一觀點，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)可視化密切相關(guān)，兩者存在大范圍重疊。

1 交互式計算機圖形技術(shù)

在現(xiàn)如今的計算機圖形處理當中，交互式計算機圖形處理技術(shù)屬于常見且使用的一項技術(shù)，在整個計算機圖形技術(shù)領(lǐng)域有著不可小覷的地位。文章將主要對該項技術(shù)展開分析。

1.1 圖形技術(shù)含義

計算機圖形技術(shù)屬于計算機研究領(lǐng)域中的重點，對于圖形技術(shù)的準確定義基本上為利用計算機進行數(shù)據(jù)與圖形轉(zhuǎn)換的技術(shù)。而交互式計算機圖形技術(shù)則依托其獨有優(yōu)勢在計算機圖形處理當中使用最為頻繁，所以很多時候計算機圖形技術(shù)被稱作為交互式計算機技術(shù)。顧名思義，交互式也即是相互之間的溝通交流，而交互式的計算機圖形技術(shù)在使用中需要交互軟件的輔助才能讓用戶與計算機展開順暢的交流，同時還要用到交互式的繪圖設(shè)備去輔助完成。

1.2 交互式圖形技術(shù)的軟件支持

繪制交互式圖形一定要結(jié)合計算機的軟件與硬件去協(xié)調(diào)完成，而并不是單獨技術(shù)便能實現(xiàn)的。具體來講，要用的硬件設(shè)備為主機與輸入、輸出設(shè)備等，而軟件則包含圖形系統(tǒng)、應用模型與程序。下文將主要針對交互式圖形技術(shù)的軟件技術(shù)進行分析：

（1）圖形系統(tǒng)：作為系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，主要包含圖形子程序，能夠提供大量的圖形功能，同時對輸出設(shè)備畢竟你選哪個驅(qū)動，從而得出對應的圖形;（2）應用模型：該部分的主要作用在于為顯示的圖形帶來數(shù)據(jù)支持，并且對具體對象的詳細信息進行描述，因此該部分能夠?qū)D形當中的眾多對象展開描述，發(fā)揮著原始數(shù)據(jù)文件保存作用;（3）應用程序：該部分屬于圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，能夠基于應用模型去得到具體對象的數(shù)據(jù)信息，同時會對數(shù)據(jù)展開處理且在圖形系統(tǒng)當中產(chǎn)生對象數(shù)據(jù)信息的圖形，最終將圖形呈現(xiàn)在輸出設(shè)備上，被用戶識別與應用。上述的三個部分為交互式圖形處理技術(shù)的主要軟件支持。

1.3 計算機圖形處理語言

計算機圖形處理語言類型眾多，如DirectX、OpenGL、Java3D等等，當前大多數(shù)專業(yè)工作人員進行三維程序的編寫會用到OpenGL，原因在于能夠更好地去現(xiàn)實圖形與圖像，而對于大量非專業(yè)人員來講，該項技術(shù)的應用在許多方面都存在一定的困難[2]。

相對來講，Java3D在進行計算機圖形處理時尤其是3D圖形處理，有著強大的性能，而且Java在計算機軟件與互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計當中經(jīng)常見到，該項技術(shù)主要是基于OpenGL開發(fā)與完善的，在針對三維的圖形處理上有著一定的優(yōu)勢[3]。同時Java3D也是更高層次面向?qū)ο蠹夹g(shù)的拓展，能夠?qū)?D圖形數(shù)據(jù)進行高效處理，在進行圖形局部或是某個圖形的增減、旋轉(zhuǎn)、平移等操作當中有著更高的便捷性，而且還能夠?qū)Ω嘣?、豐富的三維圖形進行處理。當然，在圖形處理當中應用Java語言還有一個很重要的原因在于其平臺無關(guān)性，因為在不同的操作平臺當中的問題處理存在差異，因此各個平臺的JVM不同，而使用Java語言設(shè)計出來的3D圖形能夠在瀏覽器中直接顯示出來，所以Java3D能夠?qū)崿F(xiàn)隨處運行的優(yōu)勢，在各平臺中均可運行，從而更方便使用最新的立體圖形加速技術(shù)。

Java3D采用的是樹形場景圖結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢便在于能夠?qū)μ厥?D效果顯示進行實時處理，其中Java3D API的低層圖形結(jié)構(gòu)集成了許多不同類型低層API的優(yōu)勢點，而高層結(jié)構(gòu)則綜合了場景圖模型，開發(fā)人員只需要對其中的各個對象及組成元素集中精力，而不需要過多地去設(shè)計幾何形體與描繪代碼[4]。

2 數(shù)據(jù)挖掘與可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘也即是從海量數(shù)據(jù)中進行知識提取，基于廣義角度來看，數(shù)據(jù)挖掘過程屬于從數(shù)據(jù)庫中進行有意義知識的挖掘過程，該過程也被視作為數(shù)據(jù)管理與分析技術(shù)的延伸。而可視化在數(shù)據(jù)挖掘中能夠讓用戶基于視覺去直觀理解復雜數(shù)據(jù)，通過對多重維數(shù)和多重圖形窗體的存在形態(tài)進行直接觀察，能夠快速找到數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢，進而對數(shù)據(jù)挖掘模型可信度進行驗證?，F(xiàn)階段，在數(shù)據(jù)挖掘中應用可視化技術(shù)，通常會將其用作為技術(shù)手段，比如生成視圖、解析復雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及顯示數(shù)據(jù)分析結(jié)果，而其中的分析方法并不屬于可視化范疇。可視化的核心思想在于利用圖形與圖像去表達數(shù)據(jù)，從而將數(shù)據(jù)中的隱藏信息直觀地以圖形的方式進行表現(xiàn)，大大提高信息獲取速度。而可視化與圖形密切相關(guān)，計算機圖形技術(shù)同樣是數(shù)據(jù)挖掘可視化的關(guān)鍵手段。數(shù)據(jù)可視化作為數(shù)據(jù)分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的可視化，目前的研究重點將數(shù)據(jù)按照不同的抽象層次進行融合，為用戶展現(xiàn)出多樣化的表現(xiàn)形式，被稱作為“前端展示”。通過將數(shù)據(jù)的不同屬性利用多維數(shù)據(jù)的方式去表達，能夠讓用戶通過不同維度去觀察數(shù)據(jù)，更有助于決策制定。

2.1 數(shù)據(jù)挖掘中可視化技術(shù)的提出

隨著數(shù)據(jù)庫的不斷擴張以及計算機性能快速提升，用戶需要存儲與表現(xiàn)的信息也逐漸增長。但擺在現(xiàn)實前的最主要問題是不管數(shù)據(jù)庫如何擴張或是計算機處理能力多強，人腦對新信息的吸收與處理能力在速度方面存在一定瓶頸。數(shù)據(jù)的急劇增大，而人類的視覺與大腦則難以支撐以數(shù)據(jù)形式開展的工作要求，所以一定要有可視化工具予以輔助。在強大的計算機處理能力與可視化技術(shù)加持下，人腦對信息的吸收與處理難度得到簡化，而且可視化技術(shù)的應用還會找到用其他手段難以察覺的規(guī)律。

從大量數(shù)據(jù)挖掘算法生成模式來看，僅有很少一部分信息可以利用文字形態(tài)進行評斷，所以應用可視化技術(shù)能夠成為用戶與計算機之間進行交互的橋梁，能夠給用戶帶來更多與數(shù)據(jù)和知識相關(guān)的信息，并且這類信息以直觀形式呈現(xiàn)。盡管這在數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)當中并不是不可缺失的組成部分，但是能夠發(fā)揮重要作用，同時過去傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘過程無法可見且抽象，用戶也不能對挖掘過程中有干預，換句話講更像是“暗箱操作”，所以用戶會對系統(tǒng)給出的結(jié)論有所懷疑。而在可視化技術(shù)的加持下，用戶對整個數(shù)據(jù)挖掘過程進行密切觀察，有效改善了眾多數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)當中的不足。

2.2 可視化技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘中的作用體現(xiàn)

過去傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘主要核心在于機器，而加入了可視化技術(shù)的數(shù)據(jù)挖掘則將核心放在人本身。以人為主核心的數(shù)據(jù)挖掘能夠?qū)崿F(xiàn)可視化與數(shù)據(jù)挖掘的有效融合，大大提高數(shù)據(jù)挖掘過程的效率。具體來講，可視化技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘中所體現(xiàn)出的作用有幾點：

（1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識的可視化，能夠充分借鑒人類模式識別能力進行評估，也能提高數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果模式的有效性;（2）基于可視化技術(shù)構(gòu)建起的用戶與數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的交互“橋梁”更有助于雙方溝通，促使用戶可以立足自己的專業(yè)領(lǐng)域去調(diào)整數(shù)據(jù)挖掘過程，對挖掘結(jié)果進行優(yōu)化;（3）可視化聚焦在數(shù)據(jù)挖掘當中的應用不僅能夠環(huán)節(jié)計算機與用戶的壓力，也能為今后的數(shù)據(jù)庫發(fā)展打好基礎(chǔ)。

3 數(shù)據(jù)挖掘可視化模型

為了保證可視化圖形的多樣顯示與數(shù)據(jù)集的完全獨立，則需要應用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，目的在于為可視化圖形及數(shù)據(jù)集去構(gòu)建對象，并且確保兩者的差異性。其中數(shù)據(jù)集對象主要功能在于從數(shù)據(jù)源中獲得數(shù)據(jù)，再對可視化對象進行驅(qū)動，進而得到顯示;而可視化圖形對象主要功能在于向用戶帶來顯示與查詢的交互方法，用戶則能夠采取其中的方法去實現(xiàn)對可視化數(shù)據(jù)集的選擇與改變操作。如此一來，能夠形成全新的可視化圖形數(shù)據(jù)機制，按照此機制便能構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘可視化（DVM）模型[5]。

在這一模型當中，用戶能夠借助交互式的顯示與查詢手段去獲悉想要的信息，換句話說終端用戶能夠在可視化類中對查詢語句進行定義，借助查詢處理器去獲得數(shù)據(jù)且形成數(shù)據(jù)對象，然后在數(shù)據(jù)驅(qū)動以及可視化技術(shù)的支持下，查詢結(jié)構(gòu)最終會以可視化的方式呈現(xiàn)出來。同時，用戶也能夠?qū)χ苯舆M行語句查詢?nèi)カ@得想要的結(jié)果。

4 結(jié)語

綜上所述，計算機圖形技術(shù)中的核心在于可視化技術(shù)，隨著可視化技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘的融合逐漸深入，在發(fā)展中也早已形成可視化數(shù)據(jù)挖掘，而可視化分析在大量復雜數(shù)據(jù)面前能夠提供極大幫助，大大提高了決策速度與合理性。目前，交互式計算機圖形學為可視化技術(shù)發(fā)展帶來巨大提升，特別是JAVA3D所具備的可移植性，能夠在多種平臺中運用，大大改善了過去可視化程序的局限，在計算機數(shù)據(jù)處理中對該項技術(shù)的應用也愈發(fā)廣泛。

參考文獻

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[3] 褚含冰.云計算訪問控制技術(shù)研究綜述[J].赤峰學院學報（自然科學版），2019（10）：38-40.

[4] 黃今慧，石海超，林佳男.計算機圖形技術(shù)在數(shù)據(jù)計算領(lǐng)域的應用[J].電子世界，2016（22）：155-156.

[5] 唐云，羅俊松.計算機圖形技術(shù)在數(shù)據(jù)計算方面的應用[J].制造業(yè)自動化，2010（12）：198-200.