混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在大數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用

文/張瑜 張斯堯

數(shù)據(jù)是一種沒(méi)有實(shí)際形態(tài)的東西，看不見(jiàn)也摸不著，但是作為一種信息載體，在人們的日常生活及社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)中，發(fā)揮著重要作用。將虛幻數(shù)據(jù)具象化，將其所蘊(yùn)藏的信息直觀形象展示在人們眼前，能夠提高數(shù)據(jù)利用效率，提升其信息利用價(jià)值，而這，就涉及到數(shù)據(jù)可視化的命題。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，人們借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)處理數(shù)據(jù)信息，高效便捷，信息處理技術(shù)水平日益提升，但是在處理結(jié)果展示方法上，卻一直較為落后，局限于圖形、動(dòng)畫等形式，表現(xiàn)力有限，且缺乏交互性，完全無(wú)法體現(xiàn)大數(shù)據(jù)的價(jià)值。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)顯示技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相繼被研發(fā)出來(lái)，為大數(shù)據(jù)可視化提供了技術(shù)支持。

1 數(shù)據(jù)可視化概述

數(shù)據(jù)可視化是一門有關(guān)于數(shù)據(jù)視覺(jué)表現(xiàn)形式的科學(xué)研究，這項(xiàng)技術(shù)將數(shù)據(jù)以某種概要形式轉(zhuǎn)化為信息，然后以形狀、顏色、運(yùn)動(dòng)等感官敏感的可視化元素展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了信息的高效、準(zhǔn)確溝通。在數(shù)據(jù)可視化成果中，信息的屬性及各變量間的關(guān)系，被直觀展現(xiàn)，而且借助這種形式，人們能夠更輕易地觀察到數(shù)據(jù)之間所隱含的規(guī)律。隨著人們對(duì)于數(shù)據(jù)可視化研究的深入，所應(yīng)用的技術(shù)趨于多元化，借助于圖形、圖像處理及計(jì)算機(jī)視覺(jué)、用戶界面等，人們將數(shù)據(jù)以立體模型、表面、屬性、動(dòng)畫等方式進(jìn)行可視化解釋。

在以往，數(shù)據(jù)可視化展示方式有限，常用的有圖形、動(dòng)畫，并且借助色彩、背景音樂(lè)等要素，豐富信息內(nèi)涵，優(yōu)化信息傳達(dá)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)效果，增添其趣味性與交互性。不過(guò)，受到科學(xué)技術(shù)的限制，只能以二維圖形及簡(jiǎn)易動(dòng)畫的方式展現(xiàn)，效果較差，交互性不理想，一旦數(shù)據(jù)更新，要想繪制新的數(shù)據(jù)圖，需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理流程，所以一般不會(huì)更新。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研發(fā)，及其在數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用，有效提升了數(shù)據(jù)可視化成效，為用戶搭建起現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的交互反饋信息回路，讓用戶體驗(yàn)更為真實(shí)。

2 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在大數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用

2.1 實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的3D模型展示

借助混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，數(shù)據(jù)可視化成果趨于多樣化，大數(shù)據(jù)以圓柱體、開(kāi)普勒、管狀圖、柵格陣列、3D 散點(diǎn)圖等3D 模型形式展現(xiàn)在人們眼前進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，而且，這些模型還可以向搭積木一樣疊加放置在一起，每個(gè)模型可設(shè)置單獨(dú)的屬性，為了區(qū)分開(kāi)來(lái)，可以填充不同的顏色，也可以單獨(dú)設(shè)置材質(zhì)貼圖，讓模型平面展現(xiàn)出特定的顏色、光亮度、自發(fā)光度及不透明度。比如說(shuō)，在2018年的博鰲亞洲論壇上，工作人員就將移動(dòng)通信數(shù)據(jù)量以柵格陣列的方式展示出來(lái)，通信量數(shù)值的大小，將直觀體現(xiàn)在立方體高度上，而信號(hào)質(zhì)量的好壞，將直觀體現(xiàn)在顏色上，而且，為了實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，采取了調(diào)用接口的方式，來(lái)獲取json 格式數(shù)據(jù)，以經(jīng)緯度來(lái)確定柵格陣列的具體分布情況，觀眾能夠直接查看柵格詳細(xì)數(shù)據(jù)，并且通過(guò)點(diǎn)擊柵格的方式獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。目前，有關(guān)于應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將大數(shù)據(jù)以3D模型方式展現(xiàn)出來(lái)的研究，已經(jīng)較為成熟，應(yīng)用廣泛。在部分規(guī)模較大的企業(yè)中，會(huì)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，來(lái)展示銷售數(shù)據(jù)，演示者能夠根據(jù)展示目的，以手勢(shì)篩選出不同時(shí)間、不同產(chǎn)品的3D模型，進(jìn)行講解，讓參與者明確各時(shí)間段、不同產(chǎn)品的銷售情況，從而制定可行的銷售策略，優(yōu)化企業(yè)運(yùn)營(yíng)效益。

2.2 數(shù)據(jù)的展示沒(méi)有空間限制

目前最優(yōu)秀的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備，是由微軟公司研發(fā)的混合現(xiàn)實(shí)頭戴式便攜電腦——HoloLens，這一設(shè)備可具備數(shù)據(jù)可視化功能，能夠?qū)?shù)據(jù)放置于任意現(xiàn)實(shí)空間位置，同時(shí)具有空間映射功能，能夠?qū)?shù)據(jù)面板映射于墻面上，也可以將數(shù)據(jù)模型放置在桌面上，還能夠?qū)?shù)據(jù)展示場(chǎng)景保存下來(lái)，便于再次打開(kāi)探討。受到系統(tǒng)限制，HoloLens 僅支持 SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)，本地僅能完成輕量級(jí)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與操作，不過(guò)，這一設(shè)備可通過(guò)接口與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。要說(shuō)HoloLens 最大的優(yōu)點(diǎn)，莫過(guò)于其便攜性，用戶可以在不受空間限制進(jìn)行數(shù)據(jù)化展示，只要有網(wǎng)絡(luò)，就能夠隨時(shí)對(duì)地查看遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在虛擬場(chǎng)景中，構(gòu)建3D模型，游歷其中，獲取不同區(qū)域的交互數(shù)據(jù)，而且，還能夠以時(shí)間軸為線索，進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，這樣便于觀察數(shù)據(jù)的發(fā)展規(guī)律與模式。

2.3 用戶與數(shù)據(jù)之間豐富的交互

計(jì)算機(jī)最原始的操作裝置，就是鍵盤與鼠標(biāo)，而HoloLens 的研發(fā)，顛覆了這種操作方式，讓人們以手勢(shì)、語(yǔ)音的方式操控電腦。在數(shù)據(jù)可視化展示過(guò)程中，人們能夠通過(guò)點(diǎn)擊、旋轉(zhuǎn)、拖拽、放大縮小等手勢(shì)操控?cái)?shù)據(jù)模型，比如說(shuō)，在點(diǎn)擊數(shù)據(jù)模型時(shí)，會(huì)彈出更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)面板，或者子數(shù)據(jù)模塊。而語(yǔ)言就更為便利了，不需要?jiǎng)邮郑恍枰鶕?jù)自己的需求，張張嘴就能夠操控?cái)?shù)據(jù)模型，比如說(shuō)想要關(guān)閉窗口時(shí)，可凝視關(guān)閉按鈕并說(shuō)出“關(guān)閉”，當(dāng)前窗口將直接關(guān)閉。隨著混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，可視化數(shù)據(jù)程序交互功能將越來(lái)越優(yōu)越，讓數(shù)據(jù)展示變得更具趣味性和可玩性。

2.4 前所未有的展示效果

在進(jìn)行大數(shù)據(jù)可視化展示時(shí)，HoloLens能夠根據(jù)展示需求，為數(shù)據(jù)添加諸如3D文字、炫彩配色、粒子特效等效果，讓數(shù)據(jù)模型更為生動(dòng)，科技感更強(qiáng)，增強(qiáng)虛擬世界的代入感與沉浸感，單這一點(diǎn)，就讓HoloLens從諸多可視化大屏中脫穎而出。除此之外，HoloLens的數(shù)據(jù)更新速度較快，可達(dá)到以幀為單位的鞥新速度，而且支持多人協(xié)同功能，不同的人在同一時(shí)間戴上 HoloLens，可看到相同場(chǎng)景，而且一人操作后的數(shù)據(jù)可視化結(jié)果會(huì)同步給其他用戶，十分實(shí)用。同時(shí)，這一技術(shù)設(shè)備可應(yīng)用Microsoft Remote Assist實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助，用戶能夠在Microsoft Remote Assist 界面上實(shí)用 Microsoft Teams 視頻通話，并且進(jìn)入同一虛擬空間，看到同樣的數(shù)據(jù)可視化成果，就數(shù)據(jù)顯現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討，提出合理的解決方案，在高端會(huì)議上有著極高應(yīng)用價(jià)值。

2.5 第三方視角功能的實(shí)現(xiàn)

HoloLens是一種小巧便攜的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)裝置，能夠給用戶獨(dú)特的視覺(jué)體驗(yàn)，但是未佩戴HoloLens的旁觀者，并不能看到其展現(xiàn)的虛擬場(chǎng)景，要想讓其觀看到，只能夠通過(guò)顯示器、大屏幕等，將HoloLens內(nèi)部同步展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)用戶間信息的共享。借助于HoloLens ，用戶能夠在瀏覽器上實(shí)時(shí)預(yù)覽場(chǎng)景，這種瀏覽方式叫做第一視角，十分便捷，不過(guò)，第一視角視頻的清晰度僅有720P，且存在明顯的視頻漏洞，只適合自己觀看，不適用于對(duì)外展示。為了解決第一視角的問(wèn)題，微軟官方提出了第三視角解決方案，這一方案需要花費(fèi)較多資金，去購(gòu)進(jìn)高品質(zhì)的筆記本電腦、專業(yè)相機(jī)、視頻采集卡，以及適用于HoloLens 的3D 打印支架、相機(jī)三腳架等硬件設(shè)施，成本高，而且存在視頻采集卡不穩(wěn)定的缺陷，同時(shí)，由于相機(jī)通常只能支持30min的視頻，所以無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行第三方視角的演示。受挫后，技術(shù)人員堅(jiān)持不懈，終于發(fā)現(xiàn)了借助USB 接口的外接攝像頭實(shí)現(xiàn)第三方視角功能的解決方案，而且，在歷經(jīng)數(shù)次功能修正后，這一方案被證實(shí)是可行的，而且經(jīng)濟(jì)性良好，硬件成本顯著降低，且可支持長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定演示。

3 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)可視化，是一種提升大數(shù)據(jù)利用價(jià)值的方式，其初衷為以通過(guò)易于理解、便于記憶的圖形，來(lái)增加數(shù)據(jù)的可讀性，讓溝通變得更為容易，交流更為順暢。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，有助于大數(shù)據(jù)可視化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，按照大數(shù)據(jù)可視化結(jié)構(gòu)體系，大數(shù)據(jù)可視化分為大數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)挖掘?qū)印?shù)據(jù)可視化層、商務(wù)應(yīng)用層，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘?qū)蛹白罱K結(jié)果展示中。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)很好地結(jié)合了VR與AR的優(yōu)勢(shì)，讓人們能夠通過(guò)攝像頭看到裸眼看不到的現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬互動(dòng)，顛覆了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化展示方式，應(yīng)用前景廣闊。