空间数据可视化研讨班.ppt

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1、Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室空间数据可视化研讨班 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室目录空间数据一、

2、二、三维标量数据可视化多变量空间数据可视化医学数据可视化科学可视化中的美学增强Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室数据属性什么是空间数据存储为坐标和拓扑关系不同的空间数据：一维、二维、三维、高维数据标量数据、向量场数据、张量场数据不同的应用领域医学、大气、地理等Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家

3、重点实验室空间标量数据可视化空间标量数据可视化Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室一维数据寻迹采样实例 对土层钻探时到得的土层深度沿某个经度上的气压数值燃烧炉沿炉壁测量得到的温度分布Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室可视化效果坐标图常用于一维数据可视化定义域是空间信息有关的属性，值域可

4、取不同的物理属性注意数据转换坐标轴转换纬度 VS 水蒸发量 Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室二维数据医学影像数据地理学数据方法颜色映射法等值线提取法高度映射法标记法世界上第一张X光照片Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室颜色映射法步骤建立颜色映射表将标量数据转换为颜色表的索引值颜色映

5、射-传输函数设计Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室等值线（isocontour）映射法曲线上的每一点代表的数值相同iso 相等（equal）contour 线（line）等高线、等温线等Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室高度映射法高度通常用于编码测量到的数据实例美国人口图中，高度用于

6、编码人口数量Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室三维数据体绘制医学影像数据CT,MRI地理学数据体绘制方法等值面绘制方法直接体绘制方法核桃的CT数据光线投射体绘制效果Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室什么是体绘制流程采用内部结构可见的方式渲染数据把模型数据看做能产生、传输和吸收光的材质

7、为每个等值面赋一个颜色和一个透明度 添加一个光源 渲染光和等值面的交互Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室体绘制算法等值面绘制基于几何体直接体绘制图像空间方法数据空间方法传输函数设计Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室等值面提取算法Marching Cube将三维体数据分割成小的体素（立

8、方体）通过判断体素的八个顶点的值来判断它是否在等值面上Marching Cubes算法的15种模式Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室Marching Cube左：左：Marching Cube算法抽取得到网格之后的效果算法抽取得到网格之后的效果右：计算网格的同时，计算出法线后加入右：计算网格的同时，计算出法线后加入Phong光照模型后的效果光照模型后的效果Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数

9、据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室直接体绘制直接计算最终可视化里的每一个像素方法图像空间方法数据空间方法Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室光线投射算法(ray tracing)左：光线投射算法中一条光线的情况。左：光线投射算法中一条光线的情况。右：泰迪熊光线投射体绘制，采用半透明颜色混合。右：泰迪熊光线投射体绘制，采用半透明颜色混合。Visual Analytics

10、 Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室图像空间方法X光绘制最大值投影等值面绘制半透明绘制模拟光线通过数据空间时的光学效应传输函数Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室最大值投影Maximum Intensity ProjectionVisual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化

11、数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室数据空间方法以三维空间数据场为处理对象，从数据空间出发向图像平面传递数据信息，累积光亮度贡献掷雪球法（splitting）核函数Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室传输函数设计体素标量值到光学属性的映射颜色不透明度实现对数据的分类，揭示空间数据场内部的结构输入：数据本身输出：影响绘制的任何参数Visual Analytics Group201

12、3-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室 多变量空间数据可视化多变量空间数据可视化Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室向量场可视化数据：向量方向、大小可视化目标：展示场的导向趋势信息表达场中的模式Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD

13、&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室向量场可视化方法直接可视化基于流线（streamline）的方法基于纹理和密度的方法Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室直接可视化符号线条（hedge hogs）箭头方向标志符Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室基于流线的方法流线（strea

14、mline），迹线（pathline），时间线（timeline），纹线（streakline）条带（ribbons）管道和气泡流面（stream surfaces）流体（stream volumes）Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室纹面Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室基于纹理和

15、密度的方法点噪音带有随机噪声的卷积模糊点线卷积积分(line integral onvolution,LIC)将白噪声与流畅进行卷积Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室噪音纹理Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室张量场可视化每个数据点的值为n维矩阵三维数据：3x3x3张量描述数据在数据点

16、邻域上如何变化扫描设备：人脑中水的弥散模拟：压力，张力Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室医学可视化医学可视化Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室数据源扫描设备：MRICTultrasoundx-rayVisual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据

17、可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室CT计算机断层扫描（Computed Tomography三维X光从图像切片中重建Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室MRI核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging)FMRI,DTI等Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江

18、大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室用途诊断学应用术前规划教学手术支持Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室医学可视化体可视化分割分析测量Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室神经外科中的三维可视化神经外科方法规划：1.入侵最小化2.锁孔方法3.定制方法Dr.St

19、efan Wolfsberger,AKH/Medical University ViennaVisual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室数字减影血管造影术(Digital Subtraction Angiography，DSA)Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室科学可视化中的美学增强科学可视化

20、中的美学增强Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室解剖学可视化骨骼摄影：还原人类看见的原始图像能够展现微小而复杂的细节及材质属性Photograph of the right hip bone(lateral aspeJohannes W.Rohen and Chihiro Yokochi.Color Atlas of Anatomy:A Photographic Study of the Human Body,Igaku-Shoin,199

21、3.Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室解剖学可视化绘制图片提供照片中难以表达的结构与概念信息Color drawing of the same subject.Sobotta Atlas of Human Anatomy,11th English edition,vol.2,edited by Jochen Staubesand,translated and edited by Anna N.Taylor,Urban&Schwarzenb

22、erg,1990.Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室照片与绘制的对比James B.Porter.“Relief Monuments”,inThe Students Guide to Archaeological Illustrating,Brian D.Dillon,ed.,Institute of Archaeology,University of California,Los Angeles,1981Visual Analytics

23、 Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室绘制（可视化）的特点：用于强调照片中难以体现的重要空间特征淡化不重要的细节表达照片中不可能表达的信息：隐藏的表面、线条等照片与绘制的对比Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室同一三维物体的不同感知方式看到图片对位置进行感知的平均时间0.039s 照片0.044s 阴影绘图0.070s

24、线描0.046s 卡通画T.A.Ryan and Carol B.Schwartz,Speed of Perception as a Function Mode of Representation,American Journal of Psychology,69,pp.60-69,1956.Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室识别出未闭合开关的平均时间0.690s 照片0.719s 阴影绘图1.169s 线描0.288s 卡通画T.A.R

25、yan and Carol B.Schwartz,Speed of Perception as a Function Mode of Representation,American Journal of Psychology,69,pp.60-69,1956.同一三维物体的不同感知方式Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室基于感知理论的可视化采用感知模型（如视觉颜色识别模型，颜色效能)优化可视化流程，设计高效能可视化方法。左：色盲对数据分类结

26、果的识别；右：基于颜色识别模型的颜色优化；左：基于颜色效能理论的OLED显示器节能可视化。右：在线游戏节能。Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室 特征增强的可视化增强显示重要的特征，抑制不感兴趣区域NASA X38数据的特征可视化水对流数据的特征增强Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室总

27、结不同的表达方式（照片 vs.绘制）感知效率因应用场景而不同线描的反应时间最长体可视化中不同绘制方式的应用导致不同的表达效果Visual Analytics Group2013-2013-浙江大学浙江大学-数据可视化数据可视化-暑期研讨会暑期研讨会浙江大学浙江大学CAD&CGCAD&CG国家重点实验室国家重点实验室科学可视化Distributed and Collaborative VisualizationFlow VisualizationInformation VisualizationIsosurfaces and Surface extractionLarge Data Visual

28、izationMulti-Resolution TechniquesMultimodal VisualizationNovel Mathematics for VisualizationParallel Visualization and Graphics ClustersPoint-Based VisualizationSecurity and Network Intrusion visualizationSoftware VisualizationTerrain VisualizationTime Critical VisualizationTime-Varying DataUncerta

29、inty VisualizationUnstructured GridsUsability and Human Factors in VisualizationVector/Tensor VisualizationVirtual EnvironmentsVisual Knowledge DiscoveryVisualization SystemsVisualization in Earth,Space,and Environmental SciencesVisualization in Physical Sciences,Life Sciences and EngineeringVisualization in Social and Information SciencesVisualization over Networks,Grids,and the InternetVolume Visualization