新時期對于信息可視化技術及應用的相關研究

魯芮

（鄭州信息科技職業學院，河南 鄭州450000）

新時期下，信息可視化技術已經越來越廣泛的應用于人們的日常生產生活中，它的核心價值體現在通過該項技術可以將信息準確無誤地轉化為視覺模式，這樣人們可以直觀、方便的查閱相關信息資料，不僅大大提高了工作效率，也為人們的日常生活提供了解答的便利。通常來講，信息可視化技術主要包括以下三個部分：對數據開展預處理、設計圖形和繪制圖形、交互顯示。新時期信息發展迅速，信息可視化技術開始被應用于各行各樣，如網絡數據的可視化、文本的可視化、交通的可視化、生物醫學的可視化以及大數據的可視化等等。

1 信息可視化技術概述

類型繁多的信息源會滋生大量的數據，單單憑借人腦的分析能力和解釋能力無法有效處理這些信息。因為不具備大量數據的合理分析方法，越來越多的計算被浪費掉，對科學研究的進展形成了較大的阻礙。基于此，美國計算機成像專業委員會首次提出了改善策略，也就是可視化技術。可視化技術也被應用于分析大量信息數據，成為一個有效的手段。現如今，信息可視化技術已經成為信息科學的一個重要組成部分，它的目的便是達到信息的直覺化和感性化效果，其中信息的選擇和描述、人機交互、數據搜集、制圖學和成像學都是信息可視化的重要組成部分。使用該項技術有利于人們對信息本質更好地理解，以達到操縱信息的目的。下文將對信息可視化技術進行詳細闡述。

1.1 信息可視化技術含義

信息可視化（Information visualization）并不是一種單一的學科，而是跨越式學科領域，它的主要功能為實現大規模非數值型信息數據資源的視覺方面的展現，例如在軟件系統中，很多的文件或者行數復雜多樣的程序代碼。[1]信息可視化技術大多被應用于處理圖像圖形方面，主要目標為應用者可以有效理解和全面分析所得的信息數據。信息可視化技術不同于科學可視化技術，它的重點在于搜集和歸納抽象性數據，例如非結構化文本，通常來講該項技術沒有一成不變的二維幾何結構或三維幾何結構。

1.2 信息可視化過程

在可視化處理信息時，主要分為三個詳細的步驟，第一個步驟是實現原始數據向數據表的轉化，也是對數據的預處理。[2]通俗來講，就是提前做好準備工作，對獲得的信息進行處理，為人們的理解、分析和研究提供捷徑，能夠有效將其放入至模塊之中。預處理的主要內容包括標準化處理數據信息的格式、不斷變化數據信息以及解壓縮數據信息。對于部分比較特殊的數據進行處理時，還需要使用對應的方法開展處理。例如對于單幅圖像的處理方式應選擇降維處理。第二個步驟是實現數據表向可視化結構的轉化，也就是設計圖形和繪制圖形。在這一環節中，主要的內容包括對信息數據表的設計和繪制，將其轉化為一個具象的圖形。在對其進行繪制和設計時，應對人們的要求有充分的認識和分析，并能夠在圖形中將意圖展現出來。第三個步驟是實現可視化結構向視圖的轉化，也就是交互顯示。在這一環節中，主要內容為將已經設計和繪制完成的圖形依據相應的規章制度完成有效的傳輸，使應用者的反饋內容能夠迅速地傳送至軟件處理中心，從而達到交互顯示的效果。

2 信息可視化技術類型

2.1 多維數據可視化技術

在處理和應用多維數據時，假如使用了傳統的二維圖像，勢必會存在一定的不之處，不能有效滿足與新時期的需求，不能確保信息量以及不能有效滿足一些較為復雜的需求。而對于多維數據可視化技術的使用可以有效改善上述情況，解決過程中遇到的一些問題。多維數據可視化技術也具有較多類型，下文將對人們日常中應用最為廣泛的幾種類型進行闡述。

2.1.1 以幾何結構為基礎的可視化方法

在該類型中，使用較普遍額時平行坐標系和散點圖矩陣。平行坐標系主要借助軸線的平行性實現對相應維度的展示，從軸線之中展示數據，并使軸線上某一數據項的坐標點借助折現實現連接，從二維模式就能直觀地看到多維數據。[3]但是該方法也存在一定的不足之處，如果處理的信息具有較大的規模，那么它所展現的視圖也會混亂不堪，將會嚴重影響人們查閱可視化內容的質量。散點圖矩陣主要內容為借助二維坐標中的數據點顯示變量間的關系。這種方法在實際應用中通常和其他方法聯合使用，這樣可以增強信息數據的顯示效果，將規模較大的數據顯示出來。這種方法能夠高效獲得變量與變量間的關系，但如果維度偏大，加上屏幕寬度不足，那么就無法完全顯示矩陣數據的真實量。

2.1.2 以圖標為基礎的可視化方法

這種方法的主要內容為將具有可視化特點的幾何形狀當作圖標，并完成對多維數據的刻畫，這種圖標通常具有很多的可視化屬性，例如顏色、長度、大小形狀等，都可被應用于維度，在圖表屬性和多維數據的映射下，可以達到可視化效果。在這一種類中，使用最為廣泛的方法為星繪法和Chernoff 面法。星繪法的主要內容為借助由點輻射至線的方法，將數據維度展現出來，而線段的長度則代表對應的維度量。Chernoff 面法的主要內容為借助人臉識別達到展現數據信息維度的作用。繪制臉圖以得到多維數據，并按照相關規則進行排序，進而使信息能夠直觀展現出來。

2.1.3 多維數據可視化技術的應用

多維數據可視化技術在動畫制作行業應用較為廣泛，可以為人們帶來很強的視覺沖擊。在應用該技術時，較為常見的是制作動畫，以此增強交互性，讓人們能夠更加直觀地了解所得到的信息數據。同傳統的圖文處理技術相比，在動畫中各種元素一直呈移動狀態，可以明確了解研究對象的發展狀況，例如方位的改變和顏色、形狀的改變，能夠對接下來的應用做出指導。在制作動畫的過程中，人們通常是在實施編碼初期便使用動作，并將其轉化為附加的變量。同時，在每一步驟的轉換過程時，通過對動畫這一形式的應用，可以讓每一步驟之間的銜接更加順暢，使工作效率得到有效提高。在動畫制作時使用多維數據可視化技術，需要嚴格管控動畫的改變速率。假如速率過慢，不僅會耗時較長，對工作效率造成影響，還會加大成本的之處，具有消極作用。假如速度較快，人們就無法對動畫內容開展全方位的認識，對制作動畫的實用價值也造成了影響。所以要嚴格把控速度，與場景中的狀態相結合選擇適合的動畫改變速率。

2.2 時間序列數據可視化技術

時間序列數據可視化技術通常表示對數據信息經過時間發展特點開展搜集工作和整理工作，使用對應的方法使其展現出可視化的形式。使用該項技術的可視化形式通常包括下述幾個類型：第一，線形圖。線形圖是人們日常生產生活中使用較為廣泛的一種方法，在原始點的應用下顯示出時間發展下的信息數據的變化。在使用線形圖進行可視化展現時，接入信息數據的時間維度較多，就應該為全部的維度建立出對應的圖標，并使其能夠對齊，進而可以確定比出時間的發展態勢。第二，堆積圖。堆積圖的功能為累積時間序列，可以使用這一方式求出序列的總和。這種方式具有一定的不同之處，無法對比全部的序列，如果在處理時產生了負數，將會對可視化呈現效果產生較大影響[4]。

2.3 網絡數據可視化技術

網絡數據可視化技術主要是對于自動布局和自動計算將數據信息繪制成網狀結構的圖形。通常來講使用較為普遍的有以下三個種類：第一是通過仿真物理學中力的概念繪制網狀圖，通過每一受力節點達到連接的效果，從而完成可視化的目標。第二是將分層布局應用于信息數據中，將層次結構明顯的數據信息網狀圖繪制出來。第三是將網格布局的方式應用于信息數據的采集中，繪制出與網格的信息數據網狀圖相像的數據信息網狀圖。

3 結論

新時期我們正處于大信息時代，信息可視化技術越來越被應用于人們的日常生活生產之中，并且我國對可視化技術的研究工作也取得了飛躍式的進展，該項技術發展迅速。在各行各業應用可視化技術的同時，也應該確保該項技術的藝術性、聯合性、直觀性和交互性，并能夠將可視化技術同大數據挖掘技術合二為一，從而保證工作的質量，有效增強工作效率。