可視化簡介定義可視化（Visualization）是利用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計算機圖形學(xué)、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。目前正在飛速發(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是以圖形圖像的可視化技術(shù)為依托的。關(guān)鍵技術(shù)名字服務(wù)和資源檢索技術(shù)對于一個管理成千上萬數(shù)量級攝像頭資源的監(jiān)控管理平臺，實現(xiàn)對資源的快速檢索是非常重要的問題。在設(shè)計中采用了先進的“名字服務(wù)”方法，能有效實現(xiàn)所有資源的統(tǒng)一命名和快速檢索。實現(xiàn)方案是，為每一個攝像頭定義一個獨立的名字和屬性，屬性包括與攝像頭相關(guān)的編碼設(shè)備(如DVR)、控制設(shè)備(如矩陣)、存儲備份設(shè)備(如NVR)、媒體轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備(如媒體服務(wù)器)的信息(如IP地址、端口號、通道號)。系統(tǒng)對該攝像頭的顯示和檢索可以使用三種方式：按名字進行搜索(支持模糊搜索)、按資源目錄進行查找以及按GIS地理信息服務(wù)進行搜索。所有搜索最終會定位到資源的名稱，通過資源名稱定位到該資源的相關(guān)信息，系統(tǒng)可以利用這些信息實現(xiàn)全域聯(lián)網(wǎng)的視頻瀏覽、錄像、存儲備份、PTZ控制、視頻分發(fā)以及其他管理應(yīng)用功能[3]。異構(gòu)硬件的集成技術(shù)對于省級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，所用到的前端攝像頭、編碼器、控制器以及報警設(shè)備將會面臨多種廠家、多種型號的集成問題。例如廣州市入圍的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器供應(yīng)商有8家，數(shù)字硬盤錄像機廠家有10多家，攝像頭廠家有20多家，由于目前沒有制定統(tǒng)一的編碼標準和PTZ控制協(xié)議，因此每個廠家編碼設(shè)備輸出的數(shù)字視音頻信號、控制協(xié)議都不相同，每種攝像頭的控制指令也不相同。管理平臺如何統(tǒng)一顯示、存儲前端的視音頻信息，統(tǒng)一控制前端不同的PTZ設(shè)備是一大技術(shù)難題。這就需要很好解決這一難題，實現(xiàn)不同廠家的設(shè)備間的完全集成，包括通過統(tǒng)一的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換及媒體解碼軟件實現(xiàn)在客戶端工作站上播放不同編碼格式的視頻圖像;通過統(tǒng)一的電視墻管理軟件實現(xiàn)在電視墻上切換顯示不同廠家設(shè)備傳送的視頻信號;通過統(tǒng)一的控制指令實現(xiàn)對前端不同廠家PTZ設(shè)備的控制?？梢暬浖梢暬浖话惴譃槿齻€層次。第一層是操作系統(tǒng)，該層的一部分程序直接和硬件打交道，控制工作站或超級計算機各種模塊的工作，另一部分程序可進行任務(wù)調(diào)度，視頻同步控制，以TCP/IP方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸圖形信息及通信信息。第二層為可視化軟件開發(fā)工具，它用來幫助開發(fā)人員設(shè)計可視化應(yīng)用軟件。第三層為各行各業(yè)采用的可視化應(yīng)用軟件。大多數(shù)可視化工作一般都在圖形工作站上進行，少數(shù)大型的、需要協(xié)同工作的可視化工作在超級圖形計算機上進行。SGI是視算技術(shù)的先驅(qū)之一，在強有力的高速圖形硬件支持下，SGI推出了一系列功能強大的可視化軟件開發(fā)工具，如IRISGL（圖形庫）、IL（圖像庫）、VL(視頻庫)、ML（電影庫）、CASEVision（軟件工程可視化開發(fā)工具）等，其中IRISGL后來被工業(yè)界接受，成為業(yè)界開放式標準，稱為OpenGL。OpenGL支持一種立即方式的接口，信息可以直接流向顯示器。SGI還開發(fā)出許多OpenGL的應(yīng)用程序接口（API），如OpenGLOptimizer是一種多平臺工具箱，提供高層次的構(gòu)造、交互操作，在CAD/CAM/CAE和AEC的應(yīng)用中提供最優(yōu)的圖形功能。OpenGLVolumizer是體渲染的突破性工具，便于對基于體素的數(shù)據(jù)集可視化。OpenGLPerformer是實時三維圖形渲染工具。OpenGLInventor是三維視景處理工具。OpenGLVizServer是一種提供遠程可視化服務(wù)的工具。自從OpenGL推出以來，已有兩千多個三維圖形應(yīng)用軟件在其上開發(fā)出來。如A/W公司的三維動畫軟件Maya、PTC公司的CAD/CAM/CAE應(yīng)用軟件Pro/Engnieer。Landmark公司的石油勘探與開發(fā)軟件R2003,MultiGen公司的視景仿真軟件Paradigm等?？梢暬布梢暬布饕菆D形工作站和超級可視化計算機。圖形工作站廣泛采用RISC處理器和UNIX操作系統(tǒng)。具有豐富的圖形處理功能和靈活的窗口管理功能，可配置大容量的內(nèi)存和硬盤，具有良好的人機交互界面、輸入/輸出和網(wǎng)絡(luò)功能完善，主要用于科學(xué)技術(shù)方面。1997年SGI推出了不用總線的UMA結(jié)構(gòu)O2工作站。它采用高帶寬的存儲器系統(tǒng)，取消了視頻卡、圖形卡、圖像卡。圖形處理、圖像處理、視頻處理、存儲器和主存儲器用一個統(tǒng)一的存儲器系統(tǒng)代替，帶寬可達到2.1GB/s。CPU和視頻顯示可直接訪問統(tǒng)一的存儲器系統(tǒng)。此外，它還有一個單獨的窗口界面，能讓用戶通過該窗口訪問Web站點，而一個文件列表在窗口頂部，方便用戶對媒體資源進行管理。2000年SGI推出強力臺式工作站Octane2。Octane2把具有突破性的新一代Vpro3D圖形系統(tǒng)、先進的交叉開關(guān)(Crossbar)結(jié)構(gòu)和最新的MIPSRISC處理器有機地結(jié)合在一起。有了Octane2及其空前的精確性、交互性和快速的圖形功能，用戶可以解決最富有挑戰(zhàn)性的三維造型、可視化及圖形處理問題。Octane2含有集成在一塊芯片上的OpenGL1.2的核心功能及圖像擴展的部分硬件加速功能?？捎糜布崿F(xiàn)鏡面光照計算、能夠快速準確地展現(xiàn)曲面，并具有48比特RGBA功能。它是當(dāng)今高水準的可視化臺式工作站。它可為用戶提供雙通道的雙頭顯示。2000年7月SGI推出了可視化與超級計算完美結(jié)合的Onyx3000系列超強圖形系統(tǒng)。Onyx3000在模塊化方面邁出了一大步。系統(tǒng)硬件由7種模塊構(gòu)成：圖形擴展模塊G-brick，基本輸入/輸出擴展模塊I-brick，PCI擴展模塊P-brick，高性能I/O擴展模塊X-brick，路由器互連擴展模塊R-brick，CPU擴展模塊C-brick和磁盤擴展模塊D-brick。全機采用NUMA3體系結(jié)構(gòu)。高性能的模塊化連通性有利于把超級計算能力和可視化處理無縫集成。全機可由2個CPU擴展到512個CPU。Onyx3000采用InfiniteReality3圖形處理流水線，可實時地對三維形體進行渲染。其中包括色彩、透明、紋理、光照等功能。2002年2月SGI推出Onyx3000IP機，采用性能更好的InfinitePerformance圖形處理流水線，速度更快、圖形更精致。Onyx3000其卓越的性能和靈活性可使用戶得到驚人的視覺真實效果，并充分保護用戶的投資。引導(dǎo)技術(shù)中的可視化可視化的原則忠于發(fā)言人的語言：只能如實記錄發(fā)言人的原話，應(yīng)口語化，不宜予以過度加工、過度書面語。能圖形化時，盡可能使用圖形化、草圖化。兼顧效率：不擅長畫圖的facilitator（引導(dǎo)者）可采取文字記錄的方式?？梢暬淖⒁馐马棿蠖嗍褂么蟀准堄涗洠ɑ駻1幅面的大白紙，或稱海報紙，或?qū)Ｓ玫?6cm×85cm白板紙，注意，是用于白板的“白板-紙”，不是印刷行業(yè)專用的“白色-板紙”，后者因為是板紙，厚度驚人、重量不菲，使用不便）。視不同情形，會結(jié)合使用報事貼（post-it，或稱“便利貼”），尤其是需要將討論內(nèi)容移動位置時，采取報事貼會比較方便。善用顏色：最常用的方式是使用3種或3種以上顏色的白板筆，以利于全體研討者能看清。一般會規(guī)定每種顏色的用途，以統(tǒng)一風(fēng)格。常用的方式：藍色筆書寫標題，黑色筆書寫正文，紅色筆用于標注/修訂等。不使用記號筆的原因：避免無意中的污染，難以清理。關(guān)注細節(jié)：字體要足夠大，若研討人數(shù)達到30人以上時，需考慮最后一排人群應(yīng)該能夠看清文字；字體建議使用楷體或行楷，避免使用草書等難以辨認的字體；報事貼不要用反、旋轉(zhuǎn)，保持統(tǒng)一、美觀，避免干擾思考?？梢暬囊饬x展現(xiàn)全貌：很多討論所涉及的主題都是包括多個元素，其中一個元素會影響到多個其他元素，如果不采取可視化，則無法看到全貌、也無法進行真正的討論。增強理解、便于對話、探索、交流。簡化復(fù)雜性，增強審視。處理異議：在討論過程中，出現(xiàn)觀點不同時，爭論的雙方看到自己的觀點得以記錄并展現(xiàn)于眾時，情緒會逐漸趨于緩和。五種可視化技術(shù)直方圖首先來了解一下直方圖。通過直方圖，可以縱觀某個數(shù)值變量所有可能的值，以及其出現(xiàn)的頻率。直方圖看似簡單，實際上功能卻很強大。有時，直方圖也被稱為頻數(shù)分布圖。從視覺效果上來說，需要畫一個頻率圖，把相關(guān)變量排布在X軸上，而Y軸顯示的則是每個值出現(xiàn)的頻率。例如，假設(shè)某個公司為了使自己的智能恒溫器更加暢銷，于是采取了一種營銷策略，即根據(jù)顧客郵政編碼的不同來提供相應(yīng)的折扣。這時，通過繪制與恒溫器折扣相關(guān)的直方圖，人們就能更好地了解各個值的范圍，以及它們各自出現(xiàn)的頻率。圖3.1恒溫器折扣直方圖（單位：美元）從上圖可以發(fā)現(xiàn)，恒溫器的折扣大約有半數(shù)介于100到120美元之間。而折扣低于60美元或者高于140美元的郵編，都只存在一小部分。條形圖與餅狀圖上文所講的直方圖通常用于處理數(shù)值變量，而本段所涉及的條形圖與餅狀圖則主要適用于類別變量。如果要分析變量分布，并且這些變量的值又比較固定，比如只存在低、正常、高，是、否，或者常規(guī)驅(qū)動、電驅(qū)動、混合驅(qū)動等有限選項，那么這個時候最適合的選擇就是條形圖或者餅狀圖。那么到底是選條形圖還是餅狀圖呢？其實這兩種方法都值得一試，然后再看看哪個的視覺效果會更好一些。但是在可能選項比較少的情況下，餅狀圖還是更勝一籌。如果數(shù)據(jù)類別過多的話，無論是條形圖還是餅狀圖，可視化的效果都不會太好。在這種情況下，可以考慮只對前幾項最大值進行可視化處理。在下面這個例子中，病人的血壓情況同時在條形圖和餅狀圖中表示出來，并且分為了三個類別，分別是低、正常和高。圖3.2病人血壓條形圖與餅狀圖散點圖與折線圖或許最簡單的圖莫過于散點圖，因為它將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在一個二維的笛卡爾坐標系中。散點圖尤其適用于研究兩個變量之間的關(guān)系，因為它能將這種相互關(guān)系更加直觀地展現(xiàn)出來，以便我們進行研究。折線圖其實也是散點圖的一種，只不過它用一根線將所有的點連接了起來。如果變量Y的值是連續(xù)的，則常使用折線圖。例如，假設(shè)你想要去調(diào)查房價與建筑面積之間的關(guān)系，那么下面這幅散點圖就可以幫到你。在這幅散點圖上，Y軸表示房價，X軸表示建筑面積。同時，你要注意觀察它是如何表示變量之間的線性關(guān)系的。總體上看來，建筑面積越大，房價越高?？梢酝ㄟ^顏色和尺寸的改變來擴展散點圖的維度。比如我們可以根據(jù)每個房子臥室的數(shù)量來對點進行上色，從而就可以獲得一個三維圖。圖3.3散點圖如果想把散點圖擴展為三維圖或者是四維圖，一個較為簡便的方法就是改變氣泡的顏色和大小。例如，如果根據(jù)每棟房子里房間數(shù)量的多少，來對上一幅散點圖中的每一個氣泡進行涂色，那么將得到三維的效果。時間序列圖時間序列圖也類似于散點圖，只不過X軸上標注的是時間范圍。在時間序列圖上，所有的點連接成一條線，以提醒我們時間是連續(xù)的。如果想要更加直觀地研究某一數(shù)據(jù)隨時間的變化趨勢，時間序列圖就是絕佳選擇。因此，時間序列圖在分析