信息可視化技術(shù)研究

段俐敏 田雨琪

摘要：

信息可視化技術(shù)通常是指依托計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及圖形技術(shù)，將數(shù)據(jù)信息以可視的生動(dòng)形象向客戶展示的一種新型技術(shù)手段。目前，信息可視化技術(shù)已在醫(yī)學(xué)、通信、網(wǎng)絡(luò)智能、金融等多個(gè)領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。在輔助用戶分析數(shù)據(jù)以及探索數(shù)據(jù)規(guī)律等方面發(fā)揮著十分重要的作用。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，信息數(shù)據(jù)規(guī)模正在呈現(xiàn)爆炸聲增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，數(shù)據(jù)來(lái)源更具多樣性，信息可視技術(shù)發(fā)展迅猛。深入研究信息可視化技術(shù)，不僅具有重要的理論意義，也具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信息；可視化；人機(jī)交互

信息可視化最早可追溯到18世紀(jì)LAMERT和PLAYFAIR創(chuàng)建的信息可視化圖表，上世紀(jì)80年代的科學(xué)計(jì)算的出現(xiàn)是可視化技術(shù)向前邁出了實(shí)質(zhì)性步伐，1998年，“信息可視化”作為專用詞匯首次出現(xiàn)。作為一種在非空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用的可視技術(shù)，信息可視化可視為信息轉(zhuǎn)化視覺(jué)的技術(shù)，該技術(shù)以增強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果為目的，可使用戶更加直觀的完成數(shù)據(jù)的瀏覽和觀察，清晰的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和隱藏的特征。近年來(lái)，隨著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，交互方式更加多樣化，數(shù)據(jù)處理能力也有了質(zhì)的提升，用戶可依托信息可視化技術(shù)更加直觀的對(duì)感興趣數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察研究，信息可視化技術(shù)也從傳統(tǒng)的領(lǐng)域逐步向社交、文本、交管、生物等領(lǐng)域擴(kuò)展，呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。

一、信息可視化技術(shù)概述

從實(shí)質(zhì)上看信息可視化是信息與人可視化界面，是研究人機(jī)交互的技術(shù)。通過(guò)信息可視化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的有效融合，是抽象的信息更加直觀的體現(xiàn)處理，是使用者對(duì)抽象信息的認(rèn)知度更強(qiáng)，是研究人與計(jì)算機(jī)交互影響的技術(shù)。信息可視化技術(shù)是數(shù)據(jù)發(fā)掘、圖像處理、人機(jī)交互及科學(xué)可視化的有機(jī)整合，是使人們利用直觀感知和視覺(jué)觀察研究信息的方法。信息可視化技術(shù)以圖形設(shè)計(jì)學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)為基礎(chǔ)。其中圖形設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決可視化表現(xiàn)的藝術(shù)性問(wèn)題，以實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)為具體導(dǎo)向。認(rèn)知心理學(xué)則以人類感知過(guò)程為主要研究課題，重點(diǎn)解決人類感知理論問(wèn)題和認(rèn)知過(guò)程。信息可視化是數(shù)據(jù)的直觀化映射過(guò)程，可將信息特征通過(guò)整合、映射、轉(zhuǎn)換等形式，通過(guò)圖畫(huà)、圖像以及動(dòng)畫(huà)的形式對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行表達(dá)，圖像、文字和語(yǔ)音均可稱為信息可視化的信息源，其可視化過(guò)程可通過(guò)不同的模式完成和實(shí)現(xiàn)。

二、信息可視化類型劃分

根據(jù)類型信息可視化可分為七類。一是一維數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)以一維向量和程序?yàn)橹鳎莾H具有單一屬性的信息。二是二維數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)以平面設(shè)計(jì)和地理數(shù)據(jù)為主，平面設(shè)計(jì)多采用橫縱坐標(biāo)顯示二維數(shù)據(jù)，而地理數(shù)據(jù)多以經(jīng)緯度體現(xiàn)。三是三維數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛，醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)均有廣泛應(yīng)用。通過(guò)三維信息技術(shù)，可較直觀反映數(shù)據(jù)狀態(tài)。四是多維數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)以金融和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)包含四個(gè)或者四個(gè)以上信息屬性，是目前信息可視化的研究重點(diǎn)方向。五是層次數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)模式是抽象數(shù)據(jù)最常見(jiàn)的一種關(guān)系，傳統(tǒng)的圖書(shū)資源管理及視窗系統(tǒng)資源管理模式均是典型的層次數(shù)據(jù)。六是文本數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式多樣，報(bào)紙、郵件、新聞等均可視為文本信息，網(wǎng)路時(shí)代到來(lái)后，多媒體和超文本成為文本信息的新形勢(shì)，文本信息也是可視化信息技術(shù)最大的信息來(lái)源之一。七是網(wǎng)絡(luò)信息。這里所說(shuō)網(wǎng)絡(luò)信息并非傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)信息，是指網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系，節(jié)點(diǎn)間可存在多種屬性關(guān)系，信息間可無(wú)直接層次關(guān)系，此類信息獲取難度較大，是信息可視化技術(shù)的研究難點(diǎn)之一。

三、信息可視化技術(shù)的常見(jiàn)應(yīng)用

1、信息可視化技術(shù)在生物學(xué)上的應(yīng)用

生物學(xué)發(fā)展產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)內(nèi)容成為了信息可視化技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重要推動(dòng)力量。依托信息可視化技術(shù)的生物數(shù)據(jù)研究已經(jīng)當(dāng)前的一項(xiàng)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。特別是對(duì)DNA、蛋白質(zhì)、核糖核酸等復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究時(shí)，借助光鏡等設(shè)備和剖片信息，可對(duì)大量蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模定量和定性研究，實(shí)現(xiàn)生物數(shù)據(jù)到生物知識(shí)的過(guò)度，對(duì)加速新藥開(kāi)發(fā)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

2、信息可視化技術(shù)在金融信息上的應(yīng)用

依托信息可視化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)海量金融數(shù)據(jù)的處理和分析，在基金分析、股票分析等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。對(duì)復(fù)雜的金融數(shù)據(jù)分析還可實(shí)現(xiàn)金融犯罪的預(yù)防和調(diào)查，通過(guò)對(duì)銀行和信貸機(jī)構(gòu)的信息規(guī)整，可構(gòu)成清晰的資金活動(dòng)鏈和金融活動(dòng)網(wǎng)，在檢查和預(yù)防金融犯罪中作用十分明顯。

3、信息可視化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

隨著個(gè)人電腦的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)數(shù)量呈現(xiàn)出翻番增長(zhǎng)勢(shì)頭，依托信息可視化技術(shù)可使網(wǎng)絡(luò)流量、節(jié)點(diǎn)連接特性以及地域信息得到清晰反映，實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)通信監(jiān)控，判斷用戶實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)狀態(tài)。

4、信息可視化技術(shù)在商業(yè)信息上的應(yīng)用

近年來(lái)電子商務(wù)發(fā)展迅速，以淘寶為代表的網(wǎng)上購(gòu)物不僅成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的熱點(diǎn)，同時(shí)也改變著傳統(tǒng)的商業(yè)模式。每天在網(wǎng)上均進(jìn)行著大量的商業(yè)交易，并產(chǎn)生了海量商業(yè)數(shù)據(jù)，采用信息可視化技術(shù)手段可有效挖掘商業(yè)信息中的有效價(jià)值，實(shí)現(xiàn)商業(yè)信息價(jià)值最大化。

四、未來(lái)信息可視化技術(shù)的發(fā)展方向

大數(shù)據(jù)定義增長(zhǎng)迅速，很企業(yè)數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)入了TB級(jí)別，在處理海量數(shù)據(jù)過(guò)程中，信息可視化的速度和效率提升已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。此為，由于多維度大數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致視覺(jué)混亂，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和信息可視化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提升數(shù)據(jù)的可操作性是未來(lái)研究的重要課題。由于海量數(shù)據(jù)的信息可視化處理多需要團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)完成，對(duì)協(xié)作空間和同步性的要求較高，需要利用并行性來(lái)取得較高的加速比。協(xié)同可視化領(lǐng)域的研究方向可能向平臺(tái)開(kāi)發(fā)和視圖設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展。

隨著數(shù)據(jù)量的不斷加大，信息可視化技術(shù)的挑戰(zhàn)性越來(lái)越強(qiáng)。其中最明顯的制約來(lái)自硬件顯示，如何在有限的顯示器上顯示大規(guī)模數(shù)據(jù)成為信息可視化技術(shù)的一項(xiàng)發(fā)展難題，多維數(shù)據(jù)的分析是一個(gè)信息可視化技術(shù)具有挑戰(zhàn)性的研究?jī)?nèi)容。但我們相信，隨著大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，信息可視化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷擴(kuò)大，為提升工作效率和生活質(zhì)量作出更大的貢獻(xiàn)。

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【作者單位；哈爾濱工業(yè)大學(xué)媒體技術(shù)與藝術(shù)系】