第六章模块化可视化环境.pdf
第六章模块化可视化环境概述?可视化软件系统?世纪年代形成的新型系统?模块化设计思想?基于数据流?可扩充、可重用的模块化软构件库6.1 可视化软件分类6.1.1 可视化子程序库?提供高级语言的应用编程界面?基于传统的图形图像库?提供可引用的通用或专用可视化函数库或类库?通常有基于Script的命令行用户界面?如VTK、PV-WAVE Advantage、PGL等6.1 可视化软件分类6.1.2 Turkey可视化系统?提供窗口与菜单驱动使用方式?图形用户界面（GUI）直接操纵?使用方便，无需编程?缺点是系统封闭，不易修改和扩充?如Data Visualizer(Wavefront)，Plot3D/SURF/GAS(NASA Ames),Vis-5D(Univ.of Wisconsin),XDataSlice(NCSA),PV-WAVE/Point&Click(VNI)等6.1 可视化软件分类6.1.3 模块化可视化环境?提供模块级、基于数据流图表示的可视化程序设计语言?具有模块化的分布式结构?如apE(Tara Visual),AVS(AVS),IRIS Explorer(SGI/NAG),Data Explorer(IBM)和Khoros(KRI)等?可编程性与易使用性，前两者优点的结合6.2 MVE概述6.2.1 概念与特点?Chris Thornborrow对MVE的定义：一种数据可视化软件包，它包括一个允许以管道（Pipeline）连接各模块（Modules)的用户界面。它是模块化应用构造器（MAB)的一个面向科学可视化的子集。?SIGGRAPH94正式启用MVE术语?基于模块：将应用划分为相对独立的过程，可重用、扩展?基于模块间的连接：以数据流方式表达与实现?提供可视语言程序设计界面：基于图符的可视编程界面操纵模块间的连接，构造可视化应用程序6.2 MVE概述6.2.2 发展概况?第1代MVE:基于数据流，数据在模块间流动，模块作为独立进程以数据驱动方式在系统中并发执行，数据需要反复缓存和拷贝，效率低?第2代MVE：面向对象与对象引用，模块间的数据传送不再基于数据流，而是对象引用，提高了效率6.3 MVE模型及实现方法6.3.1 可视化应用的数据流图表示?可视化应用实现从数据源到图像的一系列变换过程，即可视化流水线（Visualization Pipeline）?数据源-输入-过滤-映射-绘制-图像处理-输出-图像?交互：图像交互、数据源交互、模拟与计算交互6.3 MVE模型及实现方法?应用过程划分为模块?每个模块执行对数据的某种变换?模块之间通过数据交换进行连接?各种不同连接组合形成不同的应用实例?模块包括数据输入、输出端口，还有可调整的控制参数端口，使用户能够控制模块的行为?模块库包括所有通用的模块，支持各种数据类型?用流图表示，节点与边分别表示模块及端口连接6.3 MVE模型及实现方法6.3.2 面向对象的模型三类对象：数据库、模块库、流图有利于利用继承来扩充6.3 MVE模型及实现方法6.3.3数据模型及其实现一、网格空间描述一、网格空间描述?节点：n维空间的独立变量（x1,x2,xn)，坐标系统包括直角坐标、极坐标、柱坐标和球坐标等，节点在空间中可以规则、不规则、有序、无序等方式分布；?连接：无连接为离散点；单元从0维至n维；类型包括点、折线、三角形、四边形、多边形、四面体、六面体、多面体及n维四、六、多面体。?网络类型：结构、非结构、组合6.3 MVE模型及实现方法6.3.3数据模型及其实现二、数据空间描述二、数据空间描述?数据空间由m维相关变量（y1,y2,ym）描述?变量可定义在节点上或连接上?各维分量之间可独立或相关，可表示为不同的数据类型或张量的秩或阶，包括标量、矢量、矩阵以及高阶张量6.3 MVE模型及实现方法6.3.3数据模型及其实现三、时间描述与合成数据场三、时间描述与合成数据场?随时间变化的数据场表示在一系列时间点上获得或生成的科学数据集，称合成数据场?T=T0,T1,Tn-1,Ti=(Gk,Di,ti),其中Gk为时间步数、Di为相关变量，ti为时间值6.3 MVE模型及实现方法6.3.4模块模型及其实现一、模块的分类一、模块的分类?输入类?输出类?变换类：从输入到输出的转换?过滤类：数据插值、数据提取等，由一个数据场生成另一个数据场?映射类：由科学数据场向图形图像数据的变换，形成抽象可视化对象(AVO)?绘制类：完成AVO向图像的转换，包括几何、颜色、不透明度、光照及时间?图像处理类：来自于图像处理的增强、分割、提取等操作，有助与分析?应用类：已构造好的应用流图或子图封装而成的模块；?工具类：功能更为完整的模块?控制类：控制数据流向的控制结构（条件、循环等）6.3 MVE模型及实现方法6.3.4模块模型及其实现二、模块的结构二、模块的结构?模块既是计算单元，也是交互对象?输入数据场?输出数据场?控制参数?计算方法6.4 MVE界面及实现方法6.4.1用户模型与界面流图界面或GUI应用操作人员应用程序应用程序可视语言编程界面应用设计人员模块库模块库子程序库子程序库高级语言编程界面模块扩充人员6.4 MVE界面及实现方法6.4.2可视语言与可视程序设计?可视语言是指系统地使用可视表示（图符、图表等）来传达意义。?这里特指可视化程序设计语言?数据流语言、基于约束的语言、示例编程的语言、面向对象的语言、多范型语言等?图符语言、图表语言、基于静态图像序列的语言等?可视化程序设计指程序设计过程中使用可视表示，由可视程序设计环境支持Generating VPL Expressionsa+bc:=a+b;.parsinglayoutcAbstract Data(e.g.program)Visual Expression(e.g.Graphs)Implementing a Visual Language(often)requires transformation between visual expressions and abstract data.-Converting visual expressions into abstract data can either be done incrementally(event-based)or with parsing-based methods-Converting abstract data into visual expressions requires automatic layout techniquesGraph-based Visual LanguagesMost visual languages have a graph-based structure,therefore the layout of graphs is a particularly important problem for us.
