科学计算可视化与数据可视化的比较研究
十算可视化与数据可视化的比较研究
The Comparative Study on Visualization in Science and Computing and Data Visualization
张群会
Liu Tao Zhang Qunhui
(西安科技大学计算机系，陕西西安 710054)
(Depatrment of Computer. Xi'an University of Science and Technology. Shanxi Xi'an 710054)
刘涛
摘 要:可视化技术是在 20 世纪 80 年代发展起来的一个新的技术领域c 本文将着重介绍科学计算可视化的提出背景及
其特点，数据可视化的概念意义及应用，以及它们的基本思想、比较它们的不同点及应用领域。
关键词:科学计算可视化;数据可视化
中国分类号: TP393 文献标识码 :A 文章编号: 1671 -4792-(2008)10-0239-02
Abstract: Visualization is a new techno10gy developed in the eighties of the twentieth century. This pa-
per will focus on the background and characteristics of visualization in Science and computing as well as
the concept significance and app lication of data visua1ization. as we l1 as their basic ideas. and compare
their different points and applications.
Keywords: Visualization in Science and Computing; Data Visualization
处理、跟踪和驾驭。事后处理就是把计算与计算结果的可视
化分成两个阶段进行，二者之间不发生相互作用，效率较低。
跟踪处理要求实时地显示计算过程中产生的结果，以便使研
究人员了解当前的计算情况，当发现错误或认为没有必要继
续往下计算时，可停止当前计算开恰-个新的计算。驾驭处
理不仅能使研究人员实时地观察到当前计算状态，而且能对
计算进行实时干预[叫。科学计算可视化的形成是当代科学
技术飞速发展的结果。当今正处于一个信息爆炸的时代，科
学数据的大量产生与缺乏有效解释这些数据手段的矛盾日
益尖锐，因此出现了一方面不断产生新的数据，另一方面因
无法及时解释和利用这些数据而只能把大量的数据存储起
来，造成信息的浪费。科学计算可视化首先是为了高效地处
理科学数据和解释科学数据而提出并形成的。它将大量枯燥
的数据以图形图像这种直观的方式显示出来，使观察者可以
准确地发现隐藏在大量数据背后的规律，从而帮助人们更好
地理解和分析这些数据。
2! 数据可视化的理论
数据可视化 (data visualization) 是利用计算机图形
学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示
出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。数据可视化是可
视化技术在非空间数据领域的应用，它改变了传统的通过关
系数据表来观察和分析数据信息的方式，使人们能够以更直
观的方式看到数据及其结构关系，发现数据中隐含的信息。
数据可视化的基本思想是将数据库中的每个数据项作为一
O 引言
可视化由英文单词"Visualization"翻译而来，本意是
使某物图像化、图形化，从而能够清晰、直观地呈现[lJ。事实
上，将任何抽象的事务、过程变成图形图像的表示都可以称
为可视化。人们用可视化符号展现事物的方法可以追溯到远
古时代，但作为学科术语可视化"一词正式出现于 20 世
纪 80 年代。 1987 年 2 月美国国家科学基金会 (National
Science ) 召开的图形图像专题研讨会上
第一次给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域，并对可
视化的需求、近期目标、远景规划和应用前景方面作了相应
的阁述，这标志着"科学计算可视化"作为一个新的学科在、
国际范围内的确立[目。
随着计算机技术的发展，到今天，可视化技术已经发展
成为包括数据可视化、科学计算可视化、信息可视化以及知
识可视化等一系列分支的一门学科。本文将科学计算可视化
和数据可视化进行比较，并介绍其各自应用。
1 科学计算可视化的特点
科学计算可视化意指运用计算机图形学技术和图像处
理技术，将通过科学计算或者数据采集获得的数据(如有限
元分析数据、医学数据等)转换为图像的过程例。可视化将
人无法直接观察的数据转变为人可以接受的视觉信息，如果
离开了可视化，很多数据将由于无法被理解而变得毫无意
义，这一技术正成为科学发现和工程设计以及决策的强有力
的工具。科学计算可视化可由三种处理方式来实现，即事后
ll.
个图形元素表示，例如，点、矩形条、南形片等。大量的数据构
成数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表
示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深人的
观察和分析叭数据可视化技术被广泛应用于自然科学、医
学、工程技术、金融、通信、商业、油气勘探、生物分子学等领
域。一些可视化软件相继出现，提高了各个行业的工作效率，
也促进了可视化技术的发展闷。
3 数据可视化常用方法的分析研究
随着信息化浪潮和 Internet 的发展，企业中基于 B/ S
体系结构的应用程序越来越多，在工作中，常需要将数据信
息用图表的方法在 Web 页面上表示出来，基于 Web 的动态
图表不仅能够将数据可视化.而且弥补了单机版系统不能共
享数据的不足。创建一个基于 \\'eb 的图表一般有三利i做法:
( Java Ap抖的，利用 Java 本身对图形的支持来显示一个
图表;②使用 SVG 技术，生成矢量图;①直接在 Web 服务器
端生成图表图片文件，然后发送给客户端浏览器。
4 科学计算可视化与数据可视化的区别
(1) 被可视化的对象空间数据不同
根据被可视化的对象是物理空间数据还是非物理空间
数据来区分[叶。一般来说，如果是物理空间场或工程建筑的
空间结构数据，无论是可以看见的还是看不见的，其数据在
物理空间上都有一个对应位置，如多块磁铁相互靠近ljt产
生的复杂磁场。而数据可视化的数据一般来源于经济、商业、
金融等领域，这些数据有具体大小，但它们不对应一个物理
空间意义，即不存在一个物理空间场，在某种意义下的数值
刚好是该数值。但为了发现其中的规律，数据可视化的方法
就是将它们对应到 2 维或 3 维空间中，通过在空间场中对大
量数据的展示，帮助人们管理、利用、认知这些数据及其规
律。常见的股票走势 k 线图就是典型的数据可视化例子。实
际上，可以认为科学计算可视化的数据只是数据可视化处
理数据的一部分而已即数据可视化不仅包括科学计算数据
的可视化，还包括工程数据和测量数据的可视化。
(2) 应用范围的不同
科学计算可视化的应用范围非常广泛，已从最初的科
研领域走到了生产领域，到今天它几乎涉及到了所有能应用
计算机的部门 [10] 。在这里，将简要列举一些应用的例子。在
医学上出核磁共振、扫描等设备产生的人体器官密度场，对
于不同的组织，表现出不同的密度值。通过在多个方向、多个
剖面来表现病变区域，或者重建为具有不同细节程度的三维
真实图像，使医生对病灶部位的大小、位置，不仅有定性的
认识，而且有定量的认识，尤其是对大脑等复杂区域，数据场
可视化所带来的效果尤其明显。借助虚拟现实的手段，医生
可以对病变的部位进行确诊，制定出有效的手术方案，并在
手术之前模拟手术。在临床上也可应用在放射诊断、制定放
射治疗计划等。地质勘探利用模拟人正地震的方法，可以获
得地质岩层信息。通过数据特征的抽取和匹配，可以确定地
下的矿藏资源。用可视化方法对模拟地震数据的解释，可以
大大地提高地质勘探的效率和安全性。
数据可视化的应用也十分广泛，几乎可以应用于自然科
一~丘
学、工程技术、金融、通信和商业等各种领域[叫。下面举例说
明数据可视化成功应用的领域。油气勘探利用数据可视化技
术可以从大量的地质勘探数据或测井数据中，构造出感兴
趣的等值面、等值线，并显示其范围及走向，用不同颜色显示
出多种参数及其相互关系，从而使专业人员能对原始数据作
出正确解释，得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重
要信息。这不仅可以指导打井作业，减少无效井位，节约资
金，而且必将大大提高寻找泊藏的效率，从而具有重大的
经济效益及社会效益闷。
5 结束语
我国科学计算可视化技术的研究开始于 20 世纪 90 年
代初，近年来各种可视化技术己扩展到科学研究、工程、军
事、医学、经济等各个领域。其中有很多问题需要在以后的研
究中加以解决:首先，可视化技术必须同数据挖掘有更紧密
的联系，其次，可视化系统需要提高数据可视技术的人机交
互能力，再次，可以先开发针对某类特定领域的可视化系统，
针对某类型的数据开发相对应的可视化系统，使相应的数
据得到充分的显示和分析，然后再考虑推广到更广泛的信
息资源巾。
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作者简介
刘涛(1972一) ，男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究
方向:计算机图形图像处理。
