可視化技術(shù)研究

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可視化技術(shù)研究范文第1篇

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[6]童曉沖，賁進(jìn)，張永生.全球多分辨率數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建與快速顯示[J].測(cè)繪科學(xué)，2006，01.

可視化技術(shù)研究范文第2篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字地球平臺(tái) 可視化算法 可視化技術(shù)

中圖分類號(hào)：F224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）11-0054-03

1 數(shù)字地球與數(shù)字地球平臺(tái)

數(shù)字地球是一個(gè)無縫的覆蓋全球的地球信息模型。把分散的信息按照地理坐標(biāo)組織起來，既能體現(xiàn)出地球上各種信息的內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系，又便于按照地理坐標(biāo)進(jìn)行檢索和利用。數(shù)字地球是信息化的地球，它包括全部地球資料的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的過程。其核心思想是利用數(shù)字化手段整體性地解決地球問題，并最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球從數(shù)字化、數(shù)據(jù)建模、系統(tǒng)仿真、決策支持一直到虛擬現(xiàn)實(shí)，是一個(gè)開放的復(fù)雜的巨大系統(tǒng)，是一個(gè)全球綜合信息的數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程。數(shù)字地球的特點(diǎn)是空間性、數(shù)字性和整體性，它有自己的理論體系、技術(shù)體系、應(yīng)用體系、工程體系[1]。

以Google Earth和World Wind為代表的數(shù)字地球平臺(tái)（Digital Earth Platform），是一個(gè)集地球空間數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、分析、檢索、表達(dá)、輸出為一體的服務(wù)和決策支持系統(tǒng)。數(shù)字地球平臺(tái)以多分辨率空間影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以統(tǒng)一的坐標(biāo)投影系統(tǒng)為框架，以開放的XML為數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，以空間數(shù)據(jù)為支撐，以三維可視化技術(shù)為手段，以分布式網(wǎng)絡(luò)為紐帶，為建立基于空間信息的各類應(yīng)用提供有力的工具[2]。

2 基于數(shù)字地球平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理

2.1 數(shù)字地球平臺(tái)的選擇

數(shù)字地球平臺(tái)一般均采用金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)影像和數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）進(jìn)行分級(jí)分塊。金字塔是一種多分辨率層次模型，從金字塔的底層到頂層，其分辨率越來越低，對(duì)應(yīng)的層級(jí)數(shù)據(jù)量也越來越小。在地形場(chǎng)景的繪制時(shí)在保證顯示精度的前提下為提高渲染速度，不同的場(chǎng)景區(qū)域需要不同分辨率的數(shù)據(jù)。金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)的建立為減少數(shù)據(jù)訪問量、提高系統(tǒng)的效率及性能提供了技術(shù)上的保障。隨著影像和DEM數(shù)據(jù)量越來越大，為提高實(shí)時(shí)縮放和渲染的速度，快速獲取不同分辨率下的數(shù)據(jù)，往往對(duì)原始的影像和DEM建立其金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建地形金字塔的層級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，首先把原始的地形數(shù)據(jù)作為金字塔的底層，即第0層，并對(duì)其進(jìn)行分塊，形成第0層的層級(jí)塊矩陣。在第0層的基礎(chǔ)上按每2×2個(gè)像素合成一個(gè)像素的方法生成第一層，并對(duì)其進(jìn)行分塊，形成第1層的層級(jí)塊矩陣。依次按照此種方法構(gòu)建整個(gè)層級(jí)的金字塔，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于四叉樹結(jié)構(gòu)的生成和維護(hù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且當(dāng)空間數(shù)據(jù)對(duì)象分布比較均勻時(shí)，基于四叉樹的空間索引可以獲得比較高的空間數(shù)據(jù)插入和查詢效率，因此其成為空間數(shù)據(jù)庫(kù)中常用的索引之一。在生成空間四叉樹索引結(jié)構(gòu)時(shí)需要確定工作區(qū)域的邊框坐標(biāo)，即空間四叉樹的根節(jié)點(diǎn)。空間對(duì)象插入空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)如果某一節(jié)點(diǎn)中的空間對(duì)象達(dá)到某一閾值，則需將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)分解成2d個(gè)子節(jié)點(diǎn)（其中d為空間的維數(shù)）以使每個(gè)節(jié)點(diǎn)中包含的空間對(duì)象數(shù)小于給定的閾值。金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)和線性四叉樹索引方式相結(jié)合的數(shù)據(jù)組織管理方式保證了海量地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化，如圖2所示。

World Wind是一款采用了先進(jìn)的流傳輸技術(shù)的可視化三維數(shù)字地球?yàn)g覽器，主要面向科學(xué)研究工作者，軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)Terrain Server實(shí)現(xiàn)地形三維的顯示；同時(shí)，World Wind也是一個(gè)開放的軟件，提供了開放的地理信息框架，允許用戶修改World Wind本身的代碼，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)?；陂_放性的考慮，本系統(tǒng)選擇World Wind作為數(shù)字地球的開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)。數(shù)字地球平臺(tái)的運(yùn)行界面如下圖3所示。

2.2 基于數(shù)字地球平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理

電磁法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)特性的差異，通過對(duì)人工或天然電場(chǎng)、電磁場(chǎng)或電化學(xué)場(chǎng)的空間分布規(guī)律和時(shí)間特性的觀測(cè)和研究，尋找不同類型有用礦床和解決地址問題的地球物理勘探方法。電磁法勘探法用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源，解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問題。電磁法勘探過程中的裝置示意圖如下圖4所示。

由上圖4可見，測(cè)試完畢后，每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)得到一組一維的測(cè)試數(shù)據(jù)，一條測(cè)線的測(cè)量數(shù)據(jù)可顯示為二維圖形，一個(gè)測(cè)區(qū)的數(shù)據(jù)可以生成三維圖形。

系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)管理策略為數(shù)據(jù)文件與KML（keyhole markup language，keyhole標(biāo)記語(yǔ)言）文件相結(jié)合的方式。KML是一種采用擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）語(yǔ)法與格式的語(yǔ)言，KML使用包含名稱、屬性的標(biāo)簽來確定顯示方式，數(shù)字地球平臺(tái)對(duì)于KML文件的解析就是通過解析這些標(biāo)簽得來的。因此，系統(tǒng)將諸如點(diǎn)坐標(biāo)、經(jīng)緯度及高度等屬性信息寫入KML文件；而二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)文件保存的則是詳細(xì)測(cè)量信息，二者通過經(jīng)緯度坐標(biāo)信息、測(cè)點(diǎn)名稱等屬性可一一對(duì)應(yīng)起來。

2.3 基于數(shù)字地球平臺(tái)的測(cè)點(diǎn)信息管理

可見，作為空間信息支持下的GIS系統(tǒng)，數(shù)字地球平臺(tái)可以有效地組織和顯示地理信息數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)區(qū)選擇與測(cè)線部署優(yōu)化，能夠監(jiān)控野外勘探施工質(zhì)量。

3 基于數(shù)字地球平臺(tái)的數(shù)據(jù)可視化

現(xiàn)有的三維可視化軟件開發(fā)包種類較多，支持的語(yǔ)言包括C++，Java，IDL腳本語(yǔ)言等，支持的開發(fā)環(huán)境比較齊全。OpenGL是較多采用的圖形庫(kù)，但它的函數(shù)功能復(fù)雜多樣，對(duì)于圖形的投影、顏色、紋理、光照等方面的設(shè)置繁瑣、編碼量大，不易短時(shí)間內(nèi)掌握。Open Inventor是一個(gè)建立在OpenGL 基礎(chǔ)上的對(duì)象庫(kù)，開發(fā)人員可以任意使用、修改和擴(kuò)展對(duì)象庫(kù)。Open Inventor由一系列的對(duì)象模塊組成，通過利用這些對(duì)象模塊，開發(fā)人員可以花費(fèi)最小的編程代價(jià)，開發(fā)出能充分利用強(qiáng)大的圖形硬件特性的程序。

在Windows環(huán)境下，以.NET為開發(fā)平臺(tái)，采用Open Inventor進(jìn)行三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的可視化處理可以大大簡(jiǎn)化開發(fā)的過程，而且開發(fā)者無需過多關(guān)注圖形的優(yōu)化顯示，就可以得到極為逼真的圖形顯示效果。

克里金內(nèi)插法：為了更好地發(fā)揮Open Inventor的各項(xiàng)圖形模塊功能，前期對(duì)數(shù)據(jù)的處理非常重要，需要將離散、不規(guī)則的數(shù)據(jù)插值處理成規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。運(yùn)用圖形仿真方法，插值的過程就是建立所研究變量完整的數(shù)學(xué)模型的過程。數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化常用的插值方法一般有距離加權(quán)反比法，多項(xiàng)式最小二乘法等。在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中克里金插值方法獲得了廣泛的應(yīng)用[3]，從統(tǒng)計(jì)意義上來說，是從變量相關(guān)性和變異性出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無偏、最優(yōu)估計(jì)的一種方法；從插值角度講是對(duì)空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無偏內(nèi)插估計(jì)的一種方法，本文采用了普通克里金（Kriging）插值方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字地球平臺(tái)以高分辨衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，利用無縫拼接技術(shù)使影像連續(xù)，采用高精度DEM正射校正使其空間位置準(zhǔn)確，在此平臺(tái)上不僅可以顯示地形的構(gòu)造信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)油氣勘探信息的集成化、可視化綜合管理與應(yīng)用?？梢姡鳛榭臻g信息支持的GIS系統(tǒng)，數(shù)字地球平臺(tái)是地球科學(xué)研究重要組成部分和重要依托，可以有效地組織、顯示數(shù)據(jù)?？梢暬瘮?shù)據(jù)的前期處理非常重要，還需要不斷研究尋找速度快、誤差小、復(fù)雜度低且適合地質(zhì)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的插值算法。

參考文獻(xiàn)

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可視化技術(shù)研究范文第3篇

關(guān)鍵詞：流場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化線卷積積分雙線性插值

中圖分類號(hào)：TN957.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

1引言

科學(xué)可視化是融合了圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)據(jù)管理、圖像處理和人機(jī)交互等多學(xué)科的一門新興的綜合學(xué)科?？茖W(xué)可視化的方法在發(fā)展到一定程度后可以與相關(guān)的領(lǐng)域結(jié)合應(yīng)用，這可將科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及大規(guī)模的計(jì)算數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)出來，為用戶挖掘數(shù)據(jù)中的深層信息提供極大的便利。由于自然界沒有直接可用的表現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的可視化的表達(dá)模型，目前針對(duì)這類數(shù)據(jù)還沒有找到一種可以通用的技術(shù)。然而海洋水體中采集的數(shù)據(jù)大部分為矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)，矢量場(chǎng)的可視化對(duì)理解復(fù)雜的流體制意義重大，所以尋求有效的解決方案是十分必要的。

矢量場(chǎng)中的特征各有不同，通常特征對(duì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)描述的精確度與特征的維數(shù)正相關(guān)，因此常選取維數(shù)相對(duì)較高的特征來描述流場(chǎng)。對(duì)于這類特征，其可視化方法大致分為四種方法。直接法：直接將相應(yīng)特征的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，不進(jìn)行分析操作，此方法直觀、易懂、運(yùn)算量相對(duì)小。幾何法：在流線上指定一系列點(diǎn)，記錄這些點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；基于這些軌跡來繪制幾何對(duì)象?；谔卣鞯姆椒ǎ禾崛?shù)據(jù)中被用戶視為有意義的部分，對(duì)這一部分信息進(jìn)行可視化操作。基于紋理的方法：將向量場(chǎng)的局部性質(zhì)呈現(xiàn)給可視化向量場(chǎng)，這類方法可以在一些復(fù)雜的流場(chǎng)中，繪制出一個(gè)具備很多細(xì)節(jié)的密集連貫的可視化結(jié)果?；诩y理的可視化可以依賴的技術(shù)可歸納為點(diǎn)噪聲技術(shù)、線積分卷積（LIC）、紋理平流和運(yùn)用GPU的技術(shù)等。本文選用基于紋理的線卷積積分（即LIC方法）實(shí)現(xiàn)海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化，為海洋領(lǐng)域的研究提供新的方法。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1雙線性插值

由于采集的海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)是離散且無特殊規(guī)律可循的一個(gè)離散的點(diǎn)集，而計(jì)算機(jī)在處理無規(guī)則的數(shù)據(jù)時(shí)有很大難度，因此為了流場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化的順利進(jìn)行，對(duì)海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是必不可少的。本文的數(shù)據(jù)預(yù)處理工作采用雙線性插值法進(jìn)行。雙線性插值，又稱為雙線性內(nèi)插，是含有兩個(gè)變量的插值函數(shù)的線性插值擴(kuò)展，其核心思想是在兩個(gè)方向分別進(jìn)行一次線性插值。

如圖1所示，設(shè)要得到未知函數(shù) 在點(diǎn) 的值，假設(shè)函數(shù) 在 四個(gè)點(diǎn)的函數(shù)值是已知的。第一步，沿著 軸的方向采用線性插值的方法進(jìn)行插值操作，經(jīng)過這一步操作可以得到 的坐標(biāo)值。第二步，沿著 軸的方向進(jìn)行線性插值，得到 的坐標(biāo)。這樣就得到所要的結(jié)果 。

2.2龍格庫(kù)塔法

在求解微分方程的眾多方法中，龍格庫(kù)塔法是一種較為常用，精度也較高的方法。因此，龍格庫(kù)塔方法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用也較為廣泛。泰勒公式和用斜率作為近似表達(dá)微分，是龍格庫(kù)塔算法的兩大特征。其主要思路是將積分區(qū)間上計(jì)算出幾個(gè)點(diǎn)的斜率進(jìn)行加權(quán)平均，得到的結(jié)果作為下一組計(jì)算參考。根據(jù)預(yù)先計(jì)算的點(diǎn)的個(gè)數(shù)不同，龍格庫(kù)塔算法可以分為二階龍格庫(kù)塔法、四階龍格庫(kù)塔法等。

2.3 線卷積積分

LIC（Line Integral Convolution，線卷積積分）是流場(chǎng)紋理方法中最主要的一種技術(shù)，其主要思路是以矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)的噪聲紋理為根據(jù)進(jìn)行低通濾波，生成具有矢量方向相關(guān)性的紋理圖像。輸出圖像中每一點(diǎn)的像素值如下：

其中， 是輸出圖像中像素 的灰度值； 是噪聲圖像中像素 的灰度值； 和 分別是沿流線正向、反向第 步的像素位置； 和 分別是正向和反向流線的積分步數(shù)； 表示反向流線的權(quán)值。

LIC方法基于運(yùn)動(dòng)模糊的圖像處理，在流場(chǎng)數(shù)據(jù)的方向上進(jìn)行卷積濾波，使得結(jié)果可以表現(xiàn)出流線的空間相關(guān)性。LIC算法可以提高處理數(shù)據(jù)的效率，每一個(gè)像素點(diǎn)的速度矢量也能較為快速的得到。

LIC通常選擇白噪聲作為輸入紋理，本文也是這么操作的。采用卷積積分的方法得出每一個(gè)像素點(diǎn)的輸出紋理值。第一步，針對(duì)成像區(qū)域中的每一個(gè)像素點(diǎn)，沿著其流場(chǎng)的正、反兩個(gè)方向進(jìn)行積分操作，這的積分操作是對(duì)稱的。通過這過程可得到該點(diǎn)的流線。第二步，每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入噪聲值根據(jù)選取的卷積核參與卷積，得到的結(jié)果作為輸出紋理的像素值。

3海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)了基于LIC的海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化的流程如下：

首先，從數(shù)據(jù)文件中讀取出海洋二維流場(chǎng)可視化數(shù)據(jù)。將讀取處的數(shù)據(jù)存入預(yù)先定義好的的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；建立均勻網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，然后對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)用線性插值法進(jìn)行預(yù)處理，使流場(chǎng)數(shù)據(jù)均勻的分布在二維網(wǎng)格上。本文定義一個(gè)新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)組成包括經(jīng)度位置、緯度位置，在經(jīng)度方向的速度大小和在緯度方向的速度大小。

第二，輸入噪聲確定為白噪聲，同時(shí)設(shè)置好流線的控制參數(shù)。其中，步數(shù)設(shè)置的在進(jìn)行卷積運(yùn)算的次數(shù)，即通過幾步可以生成所需的整條流線；步長(zhǎng)設(shè)置的是每一次運(yùn)算所選取的數(shù)據(jù)點(diǎn)移動(dòng)的距離大??；流線總長(zhǎng)度設(shè)置的是卷積運(yùn)算次數(shù)的最大值，即何時(shí)強(qiáng)制終止此次運(yùn)算。

第三，經(jīng)過上述處理的各個(gè)像素點(diǎn)，根據(jù)LIC算法原理分別沿著正向、反向進(jìn)行流線計(jì)算。這里采用龍格庫(kù)塔算法對(duì)各像素點(diǎn)進(jìn)行流線計(jì)算。完成流線計(jì)算后進(jìn)行卷積操作，得到對(duì)應(yīng)像素的紋理值。最后輸出的像素值是紋理值與顏色值融合的結(jié)果。

第四，將運(yùn)算的結(jié)果以圖像的形式顯示出來。本文采用的是OpenGL的方法。

為驗(yàn)證該方案的有效性，本文選取某海域的一組海洋流線數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)集運(yùn)用雙線性插值進(jìn)行預(yù)處理，將該海域劃分分為361 x 723的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄13個(gè)時(shí)刻的流線數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)集大小為361x 723 x 13的數(shù)據(jù)集用以本文功能的檢驗(yàn)。在Visual Studio 2008的控制臺(tái)程序運(yùn)行后，得到如圖2所示的繪制結(jié)果。

4 討論

本文運(yùn)用線卷積積分的方法，實(shí)現(xiàn)了海洋流場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化。由于本文的設(shè)計(jì)是在基于單機(jī)實(shí)現(xiàn)的，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，面對(duì)的數(shù)據(jù)通常是規(guī)模龐大的，因此計(jì)算能力不足時(shí)需要解決的問題之一。目前的研究尚不能妥善地解決這個(gè)問題。在接下來的工作中，進(jìn)一步提升計(jì)算效率，采用分布式的方法是需要努力的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]Brian Cabral， LeithLeedom. Imaging Vector Fields Using Line Integral Convolution[J]. Lawrence Livermore National Laboratory. 1997.

可視化技術(shù)研究范文第4篇

1.科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)研究背景

科學(xué)計(jì)算可視化作為一個(gè)研究領(lǐng)域開始于1987年，它首先是為了高效地處理科學(xué)數(shù)據(jù)和解釋科學(xué)數(shù)據(jù)而提出并形成的。它將大量枯燥的數(shù)據(jù)以圖形圖像這種直觀的方式顯示出來，使觀察者可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)隱藏在大量數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，從而幫助人們更好地理解和分析這些數(shù)據(jù)。

VISC的研究包括兩方面：一是VISC工具的研究.即如何把科學(xué)數(shù)據(jù)、數(shù)值圖像轉(zhuǎn)化成可視圖形與可理解信息的算法和工具；二是VISC應(yīng)用研究，即把可視化工具應(yīng)用于科學(xué)和工程的各個(gè)學(xué)科的方式和方法。它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及圖形用戶界面等多個(gè)研究領(lǐng)域?？茖W(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的意義重大，它大大加快了數(shù)據(jù)的處理速度，使每日每時(shí)都在產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)得到有效的利用；實(shí)現(xiàn)人與人、人與機(jī)器之間的圖像通訊，增強(qiáng)了人們觀察事物規(guī)律的能力；使科學(xué)家在得到計(jì)算結(jié)果的同時(shí)，知道在計(jì)算過程中發(fā)生了什么現(xiàn)象，并可以改變參數(shù)，觀察其影響，對(duì)計(jì)算過程實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)和控制。

2.科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)在現(xiàn)代教育方法中的應(yīng)用

信息時(shí)代，學(xué)習(xí)是一種社會(huì)活動(dòng)，個(gè)人不能脫離社會(huì)環(huán)境孤立地學(xué)習(xí)，抽象、多維信息的處理能力顯得日益重要，如果把科學(xué)計(jì)算可視化與教育有機(jī)地結(jié)合，教育與社會(huì)需求之間的差距將得以縮小，因?yàn)榭茖W(xué)計(jì)算可視化本身是對(duì)客觀對(duì)象的模擬，所構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境與實(shí)際生活情境相關(guān)?？茖W(xué)計(jì)算可視化的沉浸性和交互性為學(xué)習(xí)者提供了可以直接交互的三維立體空間，并將學(xué)習(xí)者置于主動(dòng)學(xué)習(xí)的中心地位，有利于學(xué)習(xí)者知識(shí)的建構(gòu)。

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制造“真實(shí)”感受

虛擬現(xiàn)實(shí)可以徹底打破時(shí)間的限制，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。例如，利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)行溫室效應(yīng)、電路設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等方面的探索學(xué)習(xí)，從而研究出二氧化碳對(duì)全球氣候的影響規(guī)律，或設(shè)計(jì)出新的電路、新的建筑物。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使得設(shè)備與環(huán)境塑造更接近于真實(shí)，有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練，如軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。

美國(guó)巴爾的摩Johns Hopkins大學(xué)的化學(xué)工程系教授卡爾威在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建立了一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，模擬各種實(shí)驗(yàn)，讓工程系的學(xué)生通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來做實(shí)驗(yàn)，嘗試解決工程上遇到的各種問題。例如，通過一個(gè)虛擬的鉆油實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以知道某個(gè)位置的油井的深度，從而估計(jì)油層的形狀及所需費(fèi)用。

2.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫展現(xiàn)“實(shí)物”效果

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫在教育方面有著廣闊的應(yīng)用前景。有些基本概念、原理和方法需要給學(xué)生以感性上的認(rèn)識(shí)，在實(shí)際教學(xué)中有可能無法用實(shí)物來演示。這時(shí)借助計(jì)算機(jī)動(dòng)畫把各種表面現(xiàn)象和實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行直觀演示和形象教學(xué)，大到宇宙形成，小到基因結(jié)構(gòu)，無論是化學(xué)反應(yīng)還是物理定律，使用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫都可以淋漓盡致地表示出來。

另外計(jì)算機(jī)動(dòng)畫在網(wǎng)絡(luò)游戲、文化娛樂等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景?；赑C的三維游戲正在不斷增加，其制作也離不開三維動(dòng)畫技術(shù)。開展三維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化技術(shù)研究，探索提高體繪制質(zhì)量、速度的理論和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于完善可視化理論、拓展體繪制的應(yīng)用領(lǐng)域等都具有重要的理論和實(shí)踐意義。

3.科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代教育方法的價(jià)值及意義

從教育的發(fā)展過程看，任何一種新技術(shù)、新媒體的出現(xiàn)，都會(huì)引起教育上的革命。例如，紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)，廣播和電視技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，都曾引起了教育在質(zhì)的飛躍。毫無疑問，科學(xué)計(jì)算可視化與教育相結(jié)合，也一定會(huì)在教育領(lǐng)域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍。因此，探討科學(xué)計(jì)算可視化與教育相結(jié)合的理論依據(jù)，無論是對(duì)教育的發(fā)展，還是對(duì)科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)自身的發(fā)展都是必要的，也是現(xiàn)實(shí)可行的。利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)，可將科學(xué)計(jì)算過程以及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為幾何圖形或圖像信息并在屏幕上顯示出來，以便于觀察分析和交互處理。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫已成為發(fā)現(xiàn)和理解科學(xué)計(jì)算過程中各種現(xiàn)象的有力工具，即“科學(xué)計(jì)算可視化”。

實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算的可視化具有多方面的重要意義。它可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使龐大數(shù)據(jù)得到有效利用；可以在人與數(shù)據(jù)、人與人之間實(shí)現(xiàn)圖像通信，從而使人們能夠觀察到在傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算中發(fā)生的現(xiàn)象，成為發(fā)現(xiàn)和理解科學(xué)計(jì)算過程中各種現(xiàn)象的有力工具；同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算過程的引導(dǎo)和控制，通過交互手段改變計(jì)算所依據(jù)的條件，并觀察其影響?？傊?，科學(xué)計(jì)算的可視化將極大地提高科學(xué)計(jì)算的速度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算工具和環(huán)境的進(jìn)一步現(xiàn)代化，從而使科學(xué)研究工作的面貌發(fā)生根本性的變化。

可視化技術(shù)研究范文第5篇

[關(guān)鍵詞]GIS三維；可視化技術(shù)；輸電線路；運(yùn)維；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）47-0277-01

前言

GIS三維可視化技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)處理圖像為基礎(chǔ)，將獲取的信息轉(zhuǎn)換為三維圖形，并且在顯示屏上顯示出來的一種技術(shù)手段。目前，GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用非常普遍，利用GIS三維可視化技術(shù)可以為輸電線路的運(yùn)維提供一種新型的管理理念和方式，這對(duì)于輸電線路運(yùn)維的決策和方案具有決定作用。因此，現(xiàn)階段研究GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用顯得至關(guān)重要。

一、線路走廊危險(xiǎn)地物的檢測(cè)

根據(jù)我國(guó)有關(guān)輸電線路運(yùn)維有關(guān)法律法規(guī)的要求，輸電線路的線路走廊中各種地物的安放應(yīng)該符合一定的安全距離。因而需要對(duì)線路走廊的危險(xiǎn)地物進(jìn)行檢測(cè)，首先應(yīng)該測(cè)量各種線路走廊地物到輸電線的距離，這個(gè)距離至少應(yīng)該滿足保證輸電線路安全運(yùn)行的距離要求，當(dāng)然，不同的地物要求與輸電線的距離要求也不一樣，因而需要將地物進(jìn)行分類。其次，將地物分類完成后，還需要對(duì)輸電線與絕緣子之間的結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行處理。最后，還需要測(cè)量和計(jì)算所有地物與輸電線的距離，以保證輸電線與地物的距離能夠符合安全輸電運(yùn)維的要求。一旦發(fā)現(xiàn)某種地物到輸電線的距離不滿足安全輸電運(yùn)維的要求，GIS三維可視化技術(shù)可以提供自動(dòng)報(bào)警，這樣維護(hù)人員就可以及時(shí)對(duì)輸電線路進(jìn)行維修。當(dāng)然，在對(duì)輸電線路的使用距離進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該充分考慮外界環(huán)境因素的影響，尤其應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)和最高溫度的情況。因此，必須根據(jù)GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速和溫度等條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而為建立輸電線路模型提供有效的依據(jù)。

二、線路走廊地形地貌變化檢測(cè)

在輸電線路的線路走廊內(nèi)，由于地形、風(fēng)速和溫度等外界因素，當(dāng)然，輸電線的桿塔高度由于可能會(huì)發(fā)生坍塌、滑坡和位置偏移等問題。很顯然，這些因素對(duì)輸電線路的安全問題埋下了極大的隱患。因此，在輸電線路運(yùn)維的過程中，需要采用GIS三維可視化技術(shù)對(duì)這些因素進(jìn)行分析，首先需要比較準(zhǔn)確地觀察到線路走廊地形地貌變化對(duì)輸電線路運(yùn)維的影響，從而使得輸電線路安裝人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些隱含的環(huán)境問題，從而為制定輸電線路運(yùn)維的方案提供依據(jù)。因此，采用GIS三維可視化技術(shù)對(duì)線路走廊地形地貌變化進(jìn)行檢測(cè)對(duì)于提高輸電線路的安全運(yùn)維具有現(xiàn)實(shí)意義。

三、輸電線路三維可視化管理

目前，傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)采集的手段還比較落后，主要還是以人工測(cè)量為主。但是，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS三維可視化技術(shù)可以準(zhǔn)確地測(cè)量出三維走廊的地形、地貌和塔桿的位置等，從而更加方便地為輸電線路的運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支持。采用GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)還可以通過有關(guān)軟件進(jìn)行處理后，就可以產(chǎn)生精度更高的數(shù)字模型。基于GIS三維可視化技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，我們可以精確地建立三維模型，以匹配實(shí)際的輸電線路的運(yùn)維方式。同時(shí)，在建立三維數(shù)據(jù)模型時(shí)，還應(yīng)該考慮輸電線路運(yùn)維地區(qū)的房屋和樹木等因素。這樣才能保證建立的三維模型更加準(zhǔn)確，還能減少后期制定輸電線路運(yùn)維過程中對(duì)數(shù)據(jù)的處理量。因此，GIS三維可視化技術(shù)可以清楚地反映外界的三維真實(shí)情況，從而使得輸電線路運(yùn)維工作人員更加準(zhǔn)確地了解整條輸電線路的情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的三維可視化管理。

四、樹木砍伐評(píng)估和管理

輸電線路的運(yùn)維穿越樹林是非常常見的現(xiàn)象，尤其是在一些山區(qū)，因而需要評(píng)估輸電線路穿越樹林的面積和高度等。傳統(tǒng)的估計(jì)方法不僅成本較大，而且估計(jì)的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而給后期的輸電線路運(yùn)維過程帶來了很大的不便。但是，GIS三維可視化技術(shù)為估計(jì)樹林的面積和高度提供了有效的估計(jì)手段。同時(shí)，GIS三維可視化技術(shù)還能準(zhǔn)確地獲取樹林的很多結(jié)構(gòu)信息，主要包括樹林的幾何特征等。通過GIS三維可視化技術(shù)獲取的樹林信息，有助于我國(guó)對(duì)輸電線路穿越的樹林進(jìn)行管理，尤其是當(dāng)需要砍伐一定量的樹木時(shí)，GIS三維可視化技術(shù)采集的信息可以提供準(zhǔn)確的砍伐量。但是，目前我國(guó)利用GIS三維可視化技術(shù)在樹木砍伐中的應(yīng)用還處于起步階段，尤其與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，這方面的技術(shù)還存在較大的差距。因此，我國(guó)利用GIS三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)樹木砍伐進(jìn)行全方位的估計(jì)和管理還有很長(zhǎng)的距離。

五、輸電線路的增容分析

為了進(jìn)一步提高輸電線路的載流容量，首先，我國(guó)需要考慮溫度對(duì)輸電線路材料造成的影響；其次，當(dāng)輸電線路的載流量增大后，還需要考慮由于在載流量的增大而需要重新考慮輸電線與地面的距離。同時(shí)，利用GIS三維可視化技術(shù)對(duì)線路走廊進(jìn)行快速掃描，可以準(zhǔn)確地觀察到線路走廊的三維空間位置，再利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，就可以為輸電線路運(yùn)維提供有效的依據(jù)。目前，我國(guó)已經(jīng)開發(fā)了很多監(jiān)測(cè)輸電線路的設(shè)備，但是只有GIS三維可視化技術(shù)最受歡迎。因此，利用GIS三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的增容進(jìn)行分析顯得非常重要。

六、總結(jié)

總而言之，GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程。由于我國(guó)研究和利用GIS三維可視化技術(shù)的起步比較晚，尤其與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在應(yīng)用GIS三維可視化技術(shù)方面還存在很大的差距。但是，近年來我國(guó)在利用GIS三維可視化技術(shù)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用也取得了一定的成果。為了更好地將GIS三維可視化技術(shù)應(yīng)用于輸電線路中，因此，現(xiàn)階段研究GIS三維可視化技術(shù)在的輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。以上是本人的粗淺之見，但是由于本人的知識(shí)水平及文字組織能力有限，因此文中如有不到之處還望不吝賜教。

參考文獻(xiàn)

[1] 陽(yáng)鋒，徐祖艦.三維激光雷達(dá)技術(shù)在輸電線路運(yùn)行與維護(hù)的應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，3（2）：62-64.