面向云計(jì)算的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)探究

劉九江

（西南科技大學(xué)城市學(xué)院鼎利學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 622650）

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展速度極快，信息技術(shù)的廣泛普及應(yīng)用助推了各個(gè)行業(yè)的高效發(fā)展，自進(jìn)入新時(shí)代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸呈現(xiàn)出自動(dòng)化、智能化趨勢(shì)，從根本上改變了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息規(guī)模與模式，而這一發(fā)展期間也帶來(lái)了更多挑戰(zhàn)，海量的數(shù)據(jù)信息需要更強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力做支撐，且要求更精密的安全防護(hù)，只有做好這些方面的工作才能為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)綜合多種計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)的科學(xué)分析與處理，通過(guò)數(shù)據(jù)和圖像的交互，不僅有效滿足了人們對(duì)數(shù)據(jù)信息多元應(yīng)用的需求，還可以進(jìn)一步提升計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平。因而，為了使計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)得到更好的應(yīng)用，文章探討了該技術(shù)面向云計(jì)算的實(shí)施實(shí)踐。

1 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化的相關(guān)概述

1.1 數(shù)據(jù)可視化的概念

數(shù)據(jù)可視化指的是將數(shù)據(jù)以可視化圖形的形式進(jìn)行表達(dá)，用可視化方式梳理其關(guān)系的一種技術(shù)［1］。廣義概念下數(shù)據(jù)可視化技術(shù)整合了信息可視化、科學(xué)可視化以及可視分析學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。其中，信息可視化是針對(duì)數(shù)字、非數(shù)字等抽象數(shù)據(jù)所進(jìn)行的信息形式轉(zhuǎn)化，通過(guò)采用樹(shù)狀圖、柱狀圖、流程圖等實(shí)現(xiàn)與人們的視覺(jué)交互，以此來(lái)增進(jìn)人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的認(rèn)知，在地理信息處理中較為常見(jiàn)；科學(xué)可視化是針對(duì)三維現(xiàn)象如光源、面等數(shù)據(jù)所進(jìn)行的信息表達(dá)形式轉(zhuǎn)化，將科學(xué)數(shù)據(jù)利用不同圖形方式進(jìn)行呈現(xiàn)，不僅可以讓人們更精準(zhǔn)的把握數(shù)據(jù)中的規(guī)律，還能夠體現(xiàn)出更強(qiáng)的真實(shí)感，如氣象學(xué)研究中較為常見(jiàn)；可視分析學(xué)是一種新的理論領(lǐng)域，基于數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展而逐步產(chǎn)生，主要對(duì)交互式視覺(jué)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究與分析。

1.2 數(shù)據(jù)可視化的作用

數(shù)據(jù)可視化將可視圖表作為數(shù)據(jù)的表達(dá)形式，一方面滿足人們的信息獲取需求，相比于文字圖表更易于被解讀與理解，尤其對(duì)于復(fù)雜信息而言，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)快速的信息處理。另一方面，方便人們對(duì)關(guān)鍵信息的有效提取，通過(guò)對(duì)圖表的觀察能夠直接理解數(shù)據(jù)背后所暗含的含義，進(jìn)而獲得關(guān)鍵信息，有助于滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)的使用需求。此外，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在可以提高信息溝通傳遞的有效性，避免在數(shù)據(jù)觀察分析過(guò)程中消耗過(guò)多時(shí)間，讓不同用戶根據(jù)自主需求獲得所需內(nèi)容信息，達(dá)到高效交流、精準(zhǔn)傳達(dá)的效果。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在當(dāng)前時(shí)代背景下所展現(xiàn)的功能價(jià)值隨著技術(shù)革新發(fā)展而不斷增加，科學(xué)把握技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐可以進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展［2］。

2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)據(jù)趨向于多維化

如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息也越來(lái)越多，且呈現(xiàn)出多維化趨勢(shì)。對(duì)于這些多維化信息，人們很難直接從中識(shí)別到有用信息和有效信息，因而對(duì)多維化數(shù)據(jù)的處理提出了更高的要求，如何將其可視化成為目前多維信息發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。面對(duì)復(fù)雜的多維數(shù)據(jù)信息，若想實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效應(yīng)用則必須把握數(shù)據(jù)之間的規(guī)律和聯(lián)系，通過(guò)運(yùn)用幾何圖形方法能夠?qū)?fù)雜的信息以復(fù)合圖形、圖像形式展現(xiàn)出來(lái)，由此人們可以直觀地了解數(shù)據(jù)信息的內(nèi)在規(guī)律，并掌握其分布特征，進(jìn)而將其應(yīng)用到所需領(lǐng)域。

2.2 可視化工具持續(xù)創(chuàng)新

科學(xué)技術(shù)的革新發(fā)展很大程度上了改變了人們的工作方式，一些基礎(chǔ)工作被新技術(shù)、新設(shè)備代替。在數(shù)據(jù)可視化發(fā)展中，同樣涌現(xiàn)出多種多樣的可視化工具，展現(xiàn)出創(chuàng)新性和前衛(wèi)性。在這樣的背景下，過(guò)往所必須理解的一些專業(yè)認(rèn)知也被剔除，減少可視化技術(shù)的應(yīng)用難度，更有助于技術(shù)的創(chuàng)新推廣。現(xiàn)階段，在不同領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)可視化工具有iCharts，F(xiàn)ineReport，tableau，JpGraph，Highcharts等。這些工具中不僅包含了大量可以任意選擇的可視化圖表模板，而且有些工具還支持拖曳式設(shè)計(jì)方式和可視化特效設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單便捷，功能豐富多樣，能很好地滿足不同用戶的多元使用需求，大大提高了可視化工具的使用效率［3］。

2.3 三維可視化快速發(fā)展

在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)也不斷推動(dòng)著海量數(shù)據(jù)可視化處理能力的強(qiáng)化，其中三維可視化技術(shù)就是其中之一，通過(guò)三維可視化架構(gòu)的搭建，將數(shù)據(jù)信息直接轉(zhuǎn)化為三維形式，獲得更加直觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，人們也可以借此獲得更多有用信息，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的更進(jìn)一步探索。以地理研究為例，GIS系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的創(chuàng)新融合，借助一些編程工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)地理信息的可視化轉(zhuǎn)換，人們?cè)谒阉鞯貓D的同時(shí)能夠直接了解到地點(diǎn)的地形情況，以及還有街景視圖可以查看，除了將數(shù)據(jù)完成三維可視化之外，還為用戶提供更多其他信息功能，如數(shù)據(jù)管理功能、數(shù)據(jù)查詢功能和數(shù)據(jù)分析功能等，這一技術(shù)在建筑領(lǐng)域、教育領(lǐng)域同樣也具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

3 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 以Web為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)以Web為基礎(chǔ)進(jìn)行表達(dá)主要是為了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)圖表，依托于Web數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，用戶不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞、圖表生成，更能夠獲得動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在Web基礎(chǔ)上開(kāi)展數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)要點(diǎn)：(1）用戶接口的設(shè)計(jì)。讓用戶可以接受JSP頁(yè)面，由客戶端直接獲取數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)圖表類型等。然后，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)與用戶端的交互，這樣可以將輸入端所獲得的數(shù)據(jù)信息直接反應(yīng)在Web頁(yè)面上，方便用戶自客戶端隨時(shí)隨地下載應(yīng)用。經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所處理的各種數(shù)據(jù)信息也均可以通過(guò)Web顯示，并反饋到用戶的瀏覽器上，便于其應(yīng)用。(2）數(shù)據(jù)庫(kù)接口的設(shè)計(jì)。將用戶數(shù)據(jù)庫(kù)與客戶端程序聯(lián)系到一起，當(dāng)用戶操作要求顯示某一數(shù)據(jù)序列時(shí)，該數(shù)據(jù)序列會(huì)直接通過(guò)客戶端程序快速反應(yīng)在Web頁(yè)面上，這樣就可以為用戶提供可視化的數(shù)據(jù)。(3）數(shù)據(jù)顯示的設(shè)計(jì)。將可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和回歸分析技術(shù)等融合到數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)當(dāng)中，把數(shù)據(jù)計(jì)算、Java Applet也置入Web，如此能夠更好地實(shí)現(xiàn)與用戶的動(dòng)態(tài)交互，為用戶提供更加直觀形象的數(shù)據(jù)信息［4］。

3.2 數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程分析

在Web基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，也要明確用戶對(duì)該系統(tǒng)的操作流程。首先，用戶根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用需要選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)源類型，手工輸入所需數(shù)據(jù)后，經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)從用戶數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，顯示出數(shù)據(jù)表。其次，用戶根據(jù)需要選擇數(shù)據(jù)可視化圖表的類型。最后，用戶按照需要選擇數(shù)據(jù)可視化圖表的顯示效果，通過(guò)自主選擇自定義圖表的顏色、刻度間距、標(biāo)題和標(biāo)簽等信息，再次更新后可以顯示出符合其要求的可視化數(shù)據(jù)形式。若操作過(guò)程中想要重新選擇可以返回或退出后，再據(jù)實(shí)選擇合適的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)類型和顯示效果等。

4 面向云計(jì)算的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用

4.1 不同行業(yè)中計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用情況

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，發(fā)揮出不容忽視的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在推動(dòng)相關(guān)行業(yè)發(fā)展方面也起到較好的作用。(1）在交通領(lǐng)域，因人們出行需求和私家車擁有量的逐年增多為交通運(yùn)輸帶來(lái)較大壓力，交通擁擠問(wèn)題十分顯著。通過(guò)GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建智能化的交通運(yùn)輸體系，不僅能更加直觀清晰的反應(yīng)各交通路段的實(shí)時(shí)交通情況，還能提供各時(shí)期、各時(shí)段的交通情況，這不僅為交通擁擠問(wèn)題的治理提供了便利，還提高了交通運(yùn)輸體系的管理效率與質(zhì)量。(2）在醫(yī)療領(lǐng)域，因醫(yī)療相關(guān)數(shù)據(jù)非常龐大，傳統(tǒng)電子存儲(chǔ)方式已無(wú)法滿足當(dāng)前醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展需要，計(jì)算機(jī)可視化數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)讓醫(yī)院更好地實(shí)現(xiàn)了智能化的數(shù)據(jù)管理。基于數(shù)據(jù)可視化完成對(duì)各種醫(yī)學(xué)問(wèn)題的深入分析，也可以進(jìn)行一些疾病趨勢(shì)預(yù)測(cè)，促使醫(yī)院掌握全面真實(shí)的醫(yī)學(xué)發(fā)展規(guī)律，助推醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展［5］。(3）在生產(chǎn)銷售企業(yè)中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)直觀地呈現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)發(fā)展中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息，幫助管理者分析數(shù)據(jù)，做出更加科學(xué)合理的決策，為企業(yè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化所面臨的發(fā)展挑戰(zhàn)

云計(jì)算的出現(xiàn)和發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求，由于數(shù)據(jù)信息是不斷變化革新的，可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與之及時(shí)的對(duì)接與否也是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所面對(duì)的挑戰(zhàn)之一。以往的可視化技術(shù)與方法顯然已經(jīng)無(wú)法滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)信息的使用需求，不能快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與分析，一定程度上影響數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，因而解決可視化技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)可視化技術(shù)水平需得到重視。從信息時(shí)代發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化所面臨的挑戰(zhàn)還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)量較為龐大。傳統(tǒng)信息處理軟件和工具很難滿足數(shù)據(jù)分析需要，海量的數(shù)據(jù)已經(jīng)不是小型計(jì)算集群的承受范圍，因而還需繼續(xù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)更高超的技術(shù)。二是數(shù)據(jù)不確定性較高。龐大數(shù)據(jù)的另一特點(diǎn)是復(fù)雜化，多種多樣的數(shù)據(jù)信息中存在很多未知，在分析處理過(guò)程中若出現(xiàn)問(wèn)題則會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生影響。三是數(shù)據(jù)的變化速度較快。每分每秒都有數(shù)據(jù)信息不斷涌現(xiàn)而出，并且在快速傳輸、傳遞，以流式數(shù)據(jù)為主，對(duì)此必須采取更加高效的可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析。四是數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)較為多樣。不僅在數(shù)量規(guī)模上體現(xiàn)出多維性，在數(shù)據(jù)類型上也展現(xiàn)出多源性，而當(dāng)前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法與數(shù)據(jù)分析方法都無(wú)法滿足非結(jié)構(gòu)化、異構(gòu)數(shù)據(jù)等的處理分析需要，很難做到對(duì)數(shù)據(jù)信息的完整分析，因而需要在分析能力方面繼續(xù)改進(jìn)與完善。

4.3 面向云計(jì)算的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)策

面向云計(jì)算，在應(yīng)用實(shí)施計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)時(shí)需積極提高數(shù)據(jù)信息的可視化應(yīng)用意識(shí)，改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用理念，相關(guān)工作人員要主動(dòng)學(xué)習(xí)掌握新時(shí)代數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的相關(guān)理論和理念，指導(dǎo)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用落實(shí)，不斷增強(qiáng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)水平，滿足用戶的數(shù)據(jù)使用需求。尤其是相關(guān)管理人員要重視對(duì)自身計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用意識(shí)的強(qiáng)化，明確可視化技術(shù)的重要價(jià)值，從技術(shù)、資金等多個(gè)方面給予更完善的支持，并與地區(qū)計(jì)算機(jī)管理部門做好溝通，打造級(jí)別更高、水平更高的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，切實(shí)滿足各方對(duì)數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用需要。另外，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)時(shí)需進(jìn)一步提高相應(yīng)的維護(hù)能力，相關(guān)管理人員積極學(xué)習(xí)掌握維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，提高安全防范意識(shí)，不僅要做好防火墻、病毒查殺軟件的設(shè)置之外，也要及時(shí)對(duì)各種病毒、威脅技術(shù)等進(jìn)行深層分析，結(jié)合已知資料對(duì)未知病毒進(jìn)行了解，按照計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用情況將病毒防護(hù)系統(tǒng)安裝到制定服務(wù)器，繼而有效防護(hù)各種侵害，保證新計(jì)算機(jī)信息不會(huì)受到影響，提高數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用可靠性。針對(duì)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)管理人員也要具備積極開(kāi)發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，結(jié)合新時(shí)期信息技術(shù)的不斷革新發(fā)展趨勢(shì)，以及各用戶對(duì)數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用需要，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，構(gòu)建更好的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，快速且及時(shí)地提供用戶所需的數(shù)據(jù)源、圖表類型等，清晰完整的為用戶提供可視化數(shù)據(jù)，以便于其開(kāi)展相關(guān)工作［6］。此外，對(duì)于目前計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)，相關(guān)管理人員要重視強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析能力，運(yùn)用更加豐富的數(shù)據(jù)分析方法力求實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的數(shù)據(jù)分析形式，為用戶提供可靠的分析結(jié)果。數(shù)據(jù)深層分析和數(shù)據(jù)交互是數(shù)據(jù)可視化技術(shù)所要達(dá)到的目標(biāo)之一，目的是滿足不同用戶的個(gè)性化數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，掌握可視化數(shù)據(jù)之間的邏輯，因而在具體實(shí)踐中相關(guān)技術(shù)人員還需積極探索更多交互手段與交互方式，如語(yǔ)音交互等，提高數(shù)據(jù)可視化的交互質(zhì)量，進(jìn)一步延伸數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用范圍。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展速度較快，人們對(duì)這些技術(shù)的依賴性明顯提高，由此所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量日益增加與復(fù)雜化，基于這樣的背景人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的使用也提出了更高的要求。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對(duì)于滿足用戶信息使用需求來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，如醫(yī)療、交通、企業(yè)等。但數(shù)據(jù)可視化技術(shù)發(fā)展也面臨挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣、數(shù)據(jù)信息多維、數(shù)據(jù)變化速度快等。對(duì)此，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)時(shí)，不僅應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化可視化技術(shù)應(yīng)用意識(shí)，提高相關(guān)工作人員的綜合素養(yǎng)，也要強(qiáng)化對(duì)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的維護(hù)，進(jìn)而推動(dòng)信息時(shí)代的進(jìn)發(fā)展，促使計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)發(fā)揮出更大的作用。