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第1章科学计算可视化绪论_0.ppt
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第1章科学计算可视化绪论_0.ppt
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科学计算可视化
南京理工大学计算机科学与工程学院
2017年9月
第1章 绪 论
科学计算可视化产生的背景
• 所谓可视化(Visualization),《牛津英语词典》解释为“构成头脑情景的能力或
过程,或不可直接察觉的某种东西的视觉”,意指将本来不可见的东西变成可
见的图形或图像的过程。可视化是一系列的转换,将原始数据变成可显示的
图形或图象,目的在于将信息转换为可被人类的感官系统所感知的形式。
• 科学计算可视化是在20世纪80年代后期提出并发展起来的一个研究领域,当
时,随着计算机软硬件技术的不断发展,求解问题的规模越来越大,复杂度
也越来越高。许多大型的科学计算往往产生巨量的数据,这些数据只有经过
分析和理解才能成为有用的信息(大数据)。
• 尽管人们可以利用超级计算机及时处理海量数据,却无法用计算机及时分析
和理解这些数据。目前计算机在自动理解上还远未达到人脑的智能(人工智
能),最终的理解和分析还需由人工完成,这是一件十分费时而又烦琐的工
作,所花费的时间往往是计算时间的十几倍甚至几十倍。
可视化技术首先是科学研究本身的需要
• 科学计算的目的是洞察、发现数据中隐藏的现象和规律
,而不仅仅是获取数据本身。由于缺乏对大量数据及时
、有效的分析手段,许多宝贵的信息被浪费掉了,这严
重阻碍了科学技术的发展。
• 摆脱这种困境的一种有效方法就是用直观的图形显示来
代替枯燥的数据输出,复杂的数据以图形的方式直观地
表现出来是最容易理解的。借助人类强大的视觉及形象
思维能力,对数据进行本质上的理解,看到用传统的方
法不可见的现象或规律,这就是科学计算可视化。
可视化研究的必要性
• 1986年在ACM SIGGRAPH(Association for Computing
Machinery) (Special Interest Group on Graphics )“图形
、图像处理和工作站”讨论会上,提交给美国国家科学
基金会(NSF,National Science Foundation)的报告中已
认识到这个问题。该报告指出,为帮助科学家进行数据
处理和分析,以便发现和确认隐含在其中的物理现象,
发现数据中的错误,需要研究先进的可视化技术。
可视化技术也是医学研究的需要
• 促进科学计算可视化发展的另一个重要动力是医学研究的需要。
• 1895年,伦琴发现了X射线,X射线透视仪使人们有了探测物体
内部的手段,在医疗诊断和工业探伤方面发挥了重要作用。然而
,X光照片只是一种透视投影图像,它将三维信息压缩成二维信
息。虽然从X光照片中,人们可以在一定程度上发现人体内部的
骨骼形态、肿瘤位置、各器官(主要是肺)是否正常,也可以检
测工件内部是否有气泡和裂痕等,但它的主要缺陷是没有三维深
度信息,无法从X光照片中获得对象的立体信息。
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