信息可視化技術(shù)及應(yīng)用研究

劉鴻宇

摘? 要： 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，在人民群眾日常生產(chǎn)生活中，也應(yīng)用了越來(lái)越多的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，其中信息可視化技術(shù)就給人民群眾帶來(lái)了較大的便利。通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行可視化的處理，能夠?qū)π畔?shù)據(jù)進(jìn)行更為直觀的分析，使得對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱也相對(duì)輕松。本文就對(duì)信息可視化技術(shù)的概念及運(yùn)作過(guò)程進(jìn)行闡釋?zhuān)\談其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞： 信息可視化;技術(shù);應(yīng)用研究

【Abstract】： With the continuous improvement of China's economic level， more and more advanced science and technology have been applied in the daily production and life of the people， among which information visualization technology has brought greater convenience to the people. Through the visualization of information processing， the information data can be more intuitive analysis， making it relatively easy to access the data. This paper explains the concept and operation process of information visualization technology， and discusses its application in production and life for reference.

【Key words】： Information visualization; Technology; Application research

0? 引言

信息可視化技術(shù)其精髓在于將數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X(jué)模式，能夠更為直觀地對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱，大大地提升了工作效率。一般來(lái)說(shuō)，信息可視化技術(shù)分為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、圖形設(shè)計(jì)與繪制以及交互顯示三個(gè)階段，隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，信息可視化技術(shù)主要被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化、文本可視化、交通可視化、生物醫(yī)藥可視化及大數(shù)據(jù)挖掘可視化等方面。

1? 信息可視化技術(shù)概述

1.1? 信息可視化技術(shù)含義

信息可視化，英文名稱(chēng)是Information visuali zation，屬于一種跨學(xué)科領(lǐng)域，其目的是對(duì)大規(guī)模非數(shù)值型信息數(shù)據(jù)資源進(jìn)行視覺(jué)方面的呈現(xiàn)，比如在軟件系統(tǒng)中的大部分文件及行數(shù)較多的程序代碼。信息可視化技術(shù)主要用于對(duì)圖像圖形進(jìn)行處理，以達(dá)到讓使用者能夠更好地對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行理解與分析的目的[1]。與科學(xué)可視化技術(shù)相比，信息可視化技術(shù)主要側(cè)重于對(duì)抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整理，比如非結(jié)構(gòu)化文本等，一般來(lái)說(shuō)并無(wú)具備固定的二維或三維幾何結(jié)構(gòu)。

1.2? 信息可視化過(guò)程

在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化處理中，一般分為三個(gè)具體的階段，第一個(gè)階段是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)表，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理[2]。簡(jiǎn)而言之，就是提前處理獲取到的信息，以便于人們對(duì)其進(jìn)行理解分析，有利于將其錄入到模塊之中。預(yù)處理的內(nèi)容主要包括對(duì)數(shù)據(jù)信息的格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行變換及對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮與解壓等。在處理一些較為特殊的數(shù)據(jù)時(shí)，還要采用特殊的方法進(jìn)行處理，比如對(duì)單幅圖像就要進(jìn)行相應(yīng)的降維處理。第二個(gè)階段是將數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換為可視化結(jié)構(gòu)，即圖形的設(shè)計(jì)與繪制。在這個(gè)階段，主要是將信息數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容通過(guò)設(shè)計(jì)與繪制，轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為具象的圖? 形[3]。在設(shè)計(jì)與繪制過(guò)程中，要對(duì)使用人的需求進(jìn)行合理分析，并在圖形中充分展示該意圖。第三個(gè)階段是將可視化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為視圖，即交互顯示。在這個(gè)階段，主要是將所設(shè)計(jì)與繪制的圖形按照一定的規(guī)章制度進(jìn)行合理的傳輸，讓使用人得反饋內(nèi)容能夠及時(shí)傳輸?shù)杰浖幚碇行?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的交互顯示。

2? 信息可視化技術(shù)分類(lèi)

2.1? 多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

在對(duì)多維數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，如若沿用了傳統(tǒng)的二維圖像，存在著較大的弊端，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前時(shí)代需求，不能夠?qū)π畔⒘窟M(jìn)行有效地保證，不能夠滿(mǎn)足復(fù)雜性等要求。通過(guò)采用多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，就能夠?qū)ι鲜龅谋锥诉M(jìn)行有效的解決[4]。多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)種類(lèi)較多，接下來(lái)分別就在日常生活生產(chǎn)中應(yīng)用較多的方法進(jìn)行探討。

（1）基于幾何機(jī)構(gòu)的可視化方式

在這種類(lèi)型中，應(yīng)用較多的油平行坐標(biāo)系及散點(diǎn)圖矩陣。前者主要是通過(guò)軸線的平行性來(lái)展示出相應(yīng)的維度，將數(shù)據(jù)刻畫(huà)與軸線之中，并將軸線上某一數(shù)據(jù)項(xiàng)的坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)折線進(jìn)行連接，在二維模式就能夠明顯觀察到多維數(shù)據(jù)[5]。這類(lèi)方式具有一定的不足，如若所處理的信息數(shù)據(jù)規(guī)模較大，所呈現(xiàn)的視圖就會(huì)顯得較為混亂，將會(huì)對(duì)人們進(jìn)行查閱時(shí)的可視化內(nèi)容造成干擾。后者主要是通過(guò)二維坐標(biāo)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)展示出變量之間的聯(lián)系。在日常生產(chǎn)生活中，這類(lèi)方式往往是與其余方式進(jìn)行組合使用，能夠有效地提升信息數(shù)據(jù)的顯示效果，體現(xiàn)出規(guī)模較大的數(shù)據(jù)。這類(lèi)方式能夠以較快的速度獲取成對(duì)變量之間的聯(lián)系，但如若維度較大，加之屏幕寬度有限，不能夠全面地展示出矩陣數(shù)據(jù)的總量[6]。

（2）基于圖標(biāo)的可視化方式

這類(lèi)方式主要是將具備可視化特點(diǎn)的幾何形狀作為圖標(biāo)，并對(duì)多維數(shù)據(jù)進(jìn)行刻畫(huà)，這類(lèi)圖標(biāo)往往具備較多的可視化屬性，諸如長(zhǎng)度、顏色、形狀及大小都能夠被用作維度，通過(guò)圖表屬性與多維數(shù)據(jù)之間的映射，能夠有效體現(xiàn)出可視化效果。在這一類(lèi)型中，應(yīng)用較多的主要是星繪法及Chernoff面法。前者主要通過(guò)由點(diǎn)輻射到線的方式，來(lái)體現(xiàn)數(shù)據(jù)信息維度，而線段的長(zhǎng)度則表示相應(yīng)的維度數(shù)量[7]。后者主要是對(duì)人臉特征進(jìn)行識(shí)別，來(lái)體現(xiàn)數(shù)據(jù)信息維度，通過(guò)對(duì)臉圖的繪制，能夠得到多維數(shù)據(jù)，并遵循相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行排序，從而使信息數(shù)據(jù)通過(guò)可視化模式直觀地展現(xiàn)。

（3）多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用

多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)一般應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)制作領(lǐng)域，能夠給人們帶來(lái)更為強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊。在信息可視化技術(shù)中，最為常見(jiàn)的是通過(guò)動(dòng)畫(huà)的制作與使用，來(lái)提升交互性，使得人們能夠更為清晰地理解所獲取的數(shù)據(jù)信息。與傳統(tǒng)的圖文相比，在動(dòng)畫(huà)中各類(lèi)元素始終保持移動(dòng)狀態(tài)，能夠清晰地得知所研究對(duì)象的變化情況，諸如其方位變化及色澤形態(tài)的變化等，能夠?qū)ο乱徊降囊?guī)劃作出方向上的指導(dǎo)。在對(duì)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行制作時(shí)，人們主要是在進(jìn)行編碼初期便運(yùn)用動(dòng)作，將其變?yōu)楦郊拥淖兞俊Ｍ瑫r(shí)，在各個(gè)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)畫(huà)這一形式，能夠使得各個(gè)環(huán)節(jié)之間的銜接更為流暢，大大提升了工作效率。在將多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，需要注意控制好動(dòng)畫(huà)的變化速率[8]。如若速率太慢，不但浪費(fèi)了時(shí)間，影響了工作效率，還無(wú)形之中增加了成本支出，具有較大的弊端。如若速度太快，人們就不能對(duì)動(dòng)畫(huà)的內(nèi)容進(jìn)行全方位的理解，所制作的動(dòng)畫(huà)也缺乏實(shí)用價(jià)值。因此一定要控制好速度，根據(jù)場(chǎng)景的中狀態(tài)選取合適的動(dòng)畫(huà)變化速率。

2.2? 時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要是指對(duì)信息數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)間發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行收集整理，通過(guò)相應(yīng)的手段使其呈現(xiàn)可視化形式。通過(guò)這一技術(shù)所呈現(xiàn)的可視化形式一般有以下幾個(gè)種類(lèi)：第一，線形圖。線形圖是生產(chǎn)生活中應(yīng)用最為普遍的一種形式，通過(guò)原始點(diǎn)來(lái)展示出時(shí)間發(fā)展下的數(shù)據(jù)信息變化，如圖1所示。在通過(guò)線形圖進(jìn)行可視化呈現(xiàn)時(shí)，如若信息數(shù)據(jù)具備較多的時(shí)間維度，就應(yīng)當(dāng)為所有的維度創(chuàng)建出相應(yīng)的圖標(biāo)，并將其進(jìn)行對(duì)齊，從而能夠明確地對(duì)比出時(shí)間發(fā)展方向。第二，堆積圖。堆積圖主要是對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行累積，能夠通過(guò)這一方法求得序列的總和，如圖2所示。這類(lèi)方法存在著一定的缺陷，不能夠?qū)λ械男蛄羞M(jìn)行對(duì)比，且在處理時(shí)如若出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，將會(huì)大大影響可視化呈現(xiàn)效果[9]。

2.3? 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要是通過(guò)自動(dòng)布局與自動(dòng)計(jì)算將信息數(shù)據(jù)繪制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形。一般來(lái)說(shuō)應(yīng)用較為廣泛的有以下三種類(lèi)型：第一是借助仿真物理學(xué)中力的概念對(duì)網(wǎng)狀圖進(jìn)行繪制，通過(guò)各個(gè)受力節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行連接，進(jìn)而達(dá)到可視化的目的。第二是對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分層布局，繪制出層次結(jié)構(gòu)分明的信息數(shù)據(jù)網(wǎng)狀圖[10]。第三是對(duì)信息數(shù)據(jù)采用? 網(wǎng)格布局的方式，繪制出類(lèi)似于網(wǎng)格的信息數(shù)據(jù)網(wǎng)狀圖。

3? 結(jié)論

綜上所述，在信息化時(shí)代，信息可視化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人民群眾的日常生產(chǎn)生活中，且對(duì)其所進(jìn)行的技術(shù)方面的研究工作也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)各類(lèi)莊家學(xué)者的不斷努力，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)在信息可視化技術(shù)上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，且已經(jīng)獲得了較為豐碩的成效。在將信息可視化技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意保證其藝術(shù)性、關(guān)聯(lián)性、直觀性及交互性，并與大數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)有效結(jié)合，進(jìn)而確保工作質(zhì)量，提升工作效率，從而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]吳小勉， 計(jì)高雄， 孫薇. 信息可視化設(shè)計(jì)的發(fā)展資源研究[J]. 科技傳播， 2019， 11（12）： 95-96.

[2]田亞云. 基于NFC技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備信息可視化系統(tǒng)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2019（08）： 246.

[3]顧玨怡. 基于信息可視化技術(shù)的英語(yǔ)課堂提問(wèn)話(huà)語(yǔ)的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析[J]. 考試與評(píng)價(jià)（大學(xué)英語(yǔ)教研版）， 2019（02）： 85-89.

[4]王卓文. 基于信息可視化的圖形設(shè)計(jì)研究[J]. 大眾文藝， 2018（23）： 65.

[5]王典祥. 電力信息系統(tǒng)運(yùn)維中可視化技術(shù)的應(yīng)用分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2018（33）： 162-163.

[6]張華， 吳岳忠. 信息設(shè)計(jì)背景下的包裝大數(shù)據(jù)可視化研究[J]. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2018， 23（05）： 7-14.

[7]曾強(qiáng)， 何思禹， 吳建俊. 網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)可視化技術(shù)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2018（17）： 214-215.

[8]劉放. 信息可視化中視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)方法探究[J]. 傳播力研究， 2018， 2（24）： 148.

[9]鄭娜， 邵黨國(guó). 信息可視化分析工具的比較分析——以CiteSpace、SATI分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)為例[J]. 軟件， 2017， 38（10）： 39-46.

[10]李晉宏， 戴海濤. 可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)挖掘及可視化技術(shù)的研究[J]. 軟件， 2015， 36（12）： 69-71.