可视化方法范文（精选12篇）
可视化方法 第1篇
1 图的可视化
1.1 图的可视化问题
图的可视化的目标就是将给定的图G映射到指定的有限画布区域上 (如显示屏幕上) , 但是在为图中每一个顶点分配映射坐标时, 往往需要考虑结果图的美观性约束。对于一般平面图可视化问题, 其美观标准主要有:边长尽量一致, 尽量减少边之间的交叉;关联于同一顶点的边所构成的最小角最大化;尽可能将顶点均匀地分布在显示区域上, 纵横比不能太大或太小;在结果图的任意两个顶点之间的距离不小于规定的最小值的前提下使图中所有边的长度之和最小;在结果图的任意两个顶点之间的距离不小于规定的最小值的前提下使图的面积最小;尽可能反应图的内在结构。
1.2 经典布局算法
“弹性模型”算法。“弹性模型”由P.Eades最早提出, 该种模型算法的核心思路就是把图形当成是物理系统, 这个系统以弹簧为边, 以钢环为顶点, 规定系统的某一个最初状态, 这样一来, 由于弹簧有形变积聚有弹性势能会使钢环产生移动, 并且系统最终处于平衡状态后运动将会停止, 也就是说此时整个物理系统中总能量达到最小状态。
2 复杂网络的多层次聚类抽象可视化
2.1 边强度
圈 (cycle) 的概念我们在定义变强度之前要先进行简单的介绍。首先我们应该明白在完整的回路系统中, 各个顶点 (除了首部和尾部的两个顶点之外) 都是能够重复的。如果在一个回路中顶点没有出现重复的现象我们就可以将这个回路叫做圈, 简单说明一下, k-圈指的是以k为圈长度的一个圈, 3-圈实际上指的就是一个三角形。
G是一个网络, 任意给定一条边e, 用u和v表示该边, 表达式为e= (u, v) , 其中u和v都是节点, 将u节点的相邻区域用N (u) 表示, v节点的相邻区域用N (v) 来表示, 给定网络G中的任意一条边e= (u, v) , 节点u的邻域表示为N (u) , 节点v的邻域为N (v) , 将集合M (u) 定义为:M (u) =N (u) N (v)
同理, 定义集合M (v) 为:M (v) =N (v) N (u)
我们这样来定义e的变强度:T (e) =γ3 (e) +γ4 (e)
这里, 我们用γk (e) 来表示经过e边的k-圈的数值比上可能经过e边的所有的k-圈数值所得的结果, 我们将比值γk (e) 叫做e边的k-圈的密集程度, 简称密度。由此可知, 如果能够计算得到γ4 (e) 和γ3 (e) 这两个密度, 那么我们就可以求出T (e) 。
T (e) 表示e边的边强度, 所以所要找出的3或4-圈, 回路中必定要将v和u两个节点包含在内, 通过细致的观察图, 能够发现跟v或者u节点相连接的并且另一个节点在W (u, v) 中的任意两条边加上边e可组成3-圈, 这样一来, W (u, v) 这个集合中所包含的节点个数正好与3-圈的数量相等, 除了这些, 再也不可能存在3-圈。
2.2 社团网络
社团网络是整个网络中包含部分节点和边的子图, 在对复杂网络的研究中发现, 复杂网络具有局部紧密、整体稀疏、短平均路径的小世界性质。如果一个网络具有小世界特征, 实际是说该网络可以被自然地分解成各个社团网络, 各个社团内部的节点之间的连接相对比较紧密 (即局部紧密) , 而各个社团之间的连接比较稀疏 (即整体稀疏) 。假设网络G, ki是网络G中任意一个节点i的度, 那么:
其中, 定义G网络的邻接矩阵为Ai, j=[ai, j]nn, 假如节点j和i是相邻的两个节点, 那么ai, j的值就是1, 如果不是, 则其值为0, G网络中包含的节点个数为n。此处, G网络无向或者有向我们暂时不予考虑。这是由于按照纽曼的思想, 网络无向或者有向基本对划分网络的结果没有影响, 几乎可以说是一致的。我们假定存在一个网络V⊂G, 并且V是网络G的社团网络, 那么可以这样来表示i的度:其中, 即节点i与V中的所有其他的节点相连的邻接边的总和;对应地, 即节点i同网络G中的节点 (不包括其社团网络V中节点) 连接组成的邻接边的数量之和。定义1:对于社团网络V, 如果对所有节点i, i∈V。
2.3 网络分割
1) 计算网络中包含的e边的T (e) 值, 即其边强度, 然后按照T (e) 值的大小将网络中邻接边边强度最小的边移除。通过对比这些边e的边强度值, 如果有一些邻接边的边强度值一样, 那么就说明这些邻接边有可能组成相同的互连的社团网络邻接边, 这是由于这样, 要将具有这样特性的边记录下来, 将其当成网络最优划分的备选边。可以看出, 每次我们只能将边强度最小的边移除, 一次只能移除一条边, 如果我们将边强度小于某个值, 即阀值的边移除, 将会大大加快聚类速度。2) 移除边强度最小的邻接边后, 网络依然不能够分割成两个以上的社团网络, 那么重复第一步, 继续进行步骤一所描述的程序, 当网络被成功分割成两个及其以上社团网络停止, 开始进行第三步。3) 挑选备选边, 以便下一步进行网络最优分割, 然后根据选择的备选边进行分割网络过程, 同时要求出一次网络分割完成后的S的数值。然后根据S数值的大小, 选择其数值最大的分割过程将其当成一个最佳的网络分割方法, 将其他的分割方案抛弃。4) 不断的按顺序重复进行前三个步骤, 条件满足后方可停止。此处要特别关注, 如果进行的是网络的可视化, 当社团网络的数量足够多时, 网络分割就能够结束了。
摘要：复杂网络可视化的基础是关系图的可视化及其相关作图算法, 在处理大规模网络时都会面临性能和可阅读性的问题。文章定义了“边强度”, 提出了基于“边强度”的分裂算法, 量化了社团结构, 定义了“社团网络”的两个重要属性, 并提出了网络分割算法;提出了一种“多级抽象”的思想来降低大规模网络的可视化规模;使用作图算法中的十分经典的模型——力引导模型来将抽象层次不同的网络进行可视化处理, 使之可以实现视图的交互呈现。
关键词：可视化,复杂网络可视化,画图算法,社团发现
参考文献
[1]WattsD J, Strogatz S H.Collective Dynamicsof'Small World'Networks.Nature, 1998.
可视化方法 第2篇
执教：北京市顺义区第一中学 屈海方 指导：北京市顺义区教研中心 马志忠 刘秀旺
【导读】
在VB教学过程中，教师往往为了传授知识而设计一些与学生生活实际脱离的任务，学生普遍反应对所学的内容不感兴趣，学习热情不高。本课的教学任务精心设计，由学生的学习生活中提炼出来，大大激发了学生的学习欲望。本课在培养学生的学习兴趣有所突破。
【教材内容分析】
本课使用的教材是广东教育出版社出版的《算法与程序设计》信息技术（选修1）。
本节内容为该书的第三章第一节课，但在实际教学过程中将其调整为第二章第一节课。主要内容是对可视化编程中的对象、属性、方法事件等概念的讲解。在学习了这些概念后学生在上课时不仅知道了这些专业术语，同时也能掌握代码的书写位置和书写格式。为后面的教学奠定坚实的基础。
【学生情况分析】
本课教学对象为高一学生。经过第一章的学习，学生已经熟悉Visual Basic 6．0的环境界面，对代码的书写有简单认识。另外高一学生具有思维活跃、想象力丰富、学习欲望强的学习特点，【教学设计思路】
依据新课标中提出“强调问题解决，倡导运用信息技术进行创新实践活动”的理念。以学生为主体，结合高中学生的生活和学习实际设计问题，让学生在感受与体验的过程中构建知识结构，掌握程序设计中的概念，并将所学的知识积极地应用到解决学习、生活等实际问题中。
【教学方法】
任务驱动、演示法、讲解法。
【教学资源】
教学演示文稿（PPT）、记事本小程序（EXE）和源代码
【教学目标】
一、知识与技能目标
1．能够结合日常生活中的具体事例分析说出它的属性、方法、事件，从而加深对属性、方法、事件概念和关系的理解。
2．能够利用控件工具在窗体上创建命令按钮、文本框等对象，并学会通过属性窗口修改对象的Caption、Text属性值。
3．能够正确书写鼠标单击事件过程的程序代码（书写位置和书写格式）。
二、过程与方法
1．通过教师以生活中的手机为例进行讲解，明白对象、属性、方法、事件的概念。
2．通过制作简单记事本小程序，体会VB中对象、属性、方法、事件之间的关系。
三、情感态度与价值观
1．由日常生活中的具体实例的讲解引出计算机中的概念，形成运用已有知识领悟新知识的习惯。
2．通过制作简单记事本实例，体验编程带来的成就感，激发学生学习VB编程的兴趣。
【教学重点】
1．对象、属性、方法、事件等概念。
2．属性、方法代码的语法格式和书写方法。
【教学难点】
对象、属性、方法、事件概念之间的关系。
【教学过程设计】
环节一 引入环节
教师：同学们都用过word软件进行文字编辑，word软件具有很强大的编辑功能。比如，点击加粗命令按钮，文字就加粗了，点击倾斜命令按钮，文字就变倾斜了。本节课的任务就是和老师一起编写一个记事本小程序。
教师：这是我用VB编写的一个小程序，请看大屏幕。如果单击这个命令按钮（显示文字为B的命令按钮）文本框中的文字会加粗。如果单击这个命令按钮（显示文字为I的命令按钮）文本框中的文字会„„（让学生自己说）
学生：文字变倾斜（同学表现出很新奇的样子）
教师：单击这个命令按钮（显示文字为颜色的命令按钮）可以改变文字的颜色。在制作之前，大家先来学习几个概念。
环节二 讲解对象的属性、方法、事件概念
教师：在现实生活中把这种看得见摸得着的物体叫做什么？（教师同时指着黑板，课桌椅）
学生：实物„„物体„„东西„„（学生列举了很多种称呼）
教师：我们也可以把它们称之为对象。对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的物体均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件等等。（写板书：对像──研究的事物）
教师：这个手机（两款手机之一）是不是一个对象？
学生：是。
教师：这个手机（另一款式的手机）也是一个对象。尽管都是对象，我们还是可以区分它们，请大家仔细观察一下这两个对象，从外观上描述一下这两个对象有什么不同？
学生：手机的颜色不同，样式不同一个翻盖的另一个是直板的，品牌也不同„„。（写板书：颜色、样式、品牌„„）
教师：手机的颜色、样式、品牌等等这些被称之为对象的属性。换句话说也就是它的性质。（写板书：属性──性质）
教师：在购买手机的时，不仅关注它的外观，还会关心手机的„„（让学生接着往下说）
学生：功能
教师：这个手机都有什么功能 ？
学生：发短信、接电话、打电话、拍照„„（写板书：发短息、接打电话、拍照„„）
教师：把对象具有的功能被称之为对象的方法。（写板书：方法──功能）
教师：（演示）如果我用这个手机给它（另一款手机）打电话，它会有什么反应？（教师现场操作，其中一手机响铃了）
学生：手机铃响了。
教师：它为什么响铃了？因为有电话打入了。还可以这样描述：手机在来电这件事情的刺激，做出了响铃的反应。把对象受到的外部给它的刺激称之为对象的事件。（写板书：事件──刺激）
教师：举个例子，（从背后轻拍了某位同学的肩膀，同学回头看了我一眼）在他被拍了回头看了我一眼这个过程中，谁受到了刺激谁作出了反应？
学生：张扬（学生名）受到了刺激，张扬作出了反应。
教师：刚才的这两个例子都是同一个对象受到刺激作出反应。再举一个例子，开关被按下去了，灯亮了。不考虑开关和灯之间的联系，从表面上看谁受到了刺激，谁作出了反应。（举这个例子是为了帮助学生理解后面的鼠标单击按钮，文本框中的文字发生改变过程中，事件作用在哪个对象上，哪个对象做出反应）
学生：手„„灯„„开关（学会回答不准确）
教师：从刚才的现象分析，我们看到的效果是灯亮了。如果开关不被按下去灯是不会亮的，灯亮了只是一个结果。所以在刚才这个过程中应该是开关受到了刺激，灯做出了反应。（空几秒钟给学生思考）
通过对这两个例子的分析，可以归纳出：可以同一个对象受到刺激作出反应；还有可能是一个对象受到刺激，另一个对象作出反应，但是两个对象之间有关联的。例如，开关和灯之间就是有电线连接的。
环节三 结合小程序理解概念
教师：刚才结合生活中的例子对对象、属性、方法、事件的概念有了一定的了解，下面结合本节课任务进一步学习这些概念在VB中是如何体现的。请把Visual Basic打开。
打开VB以后，首先看到这个灰色窗体就是一个对象。除了窗体对象外，还可以利用左侧的工具箱中的工具创建新的对象。结合今天的任务，我们还需要创建一个文本框对象和三个命令按钮对象。
教师：首先选中控件工具箱中的工具，然后将指针放到窗体上，会发现指针变成了十字形，按住鼠标左键不要松手拖动鼠标，就创建了相应的对象。请大家按照此方法，依次在窗体中创建所需要的四个对象。
学生：（按照教师说的方法完成四个对象的创建）
教师：对象是有属性的，我们可以通过右下角的属性窗口来修改对象的属性值。
教师：目前一共有五个对象。而属性窗口只有一个，属性窗口究竟从属于哪个对象？
教师：在VB中遵循这样一个原则，要修改哪个对象的属性值就先选中这个对象，属性窗口就会对应的显示选中对象的属性。命令按钮上一般都有一些文字，对使用者有提示作用，可以通过修改命令按钮的Caption属性值来修改命令按钮上面显示的文字。
学生：（学生修改三个命令按钮的Caption属性值，做的快的同学尝试修改文本框中显示的内容）
教师：（小结）可以通过修改文本框的text属性值来修改文本框显示的文字。
教师：（运行程序发现不能达到想要效果）需要添加代码后才能达到预想的效果。进入代码编辑状态。分析任务，我们的愿望是单击这个命令按钮（显示文字为B的命令按钮），文本框中的文字就变粗体了。这个命令按钮叫什么？
学生：B、B按钮（此时，学生还不知道对象的名称）。
教师：这个命令按钮是叫B吗？在VB中每个对象都有自己的名称。怎样知道每个对象的名称呢？首先要选中这个命令按钮，<名称>属性后面的值就是它的名字。这个命令按钮的名称是Command1。牢记每个对象的名称，对编写代码是非常重要的，现在我们来看下每个对象的名称都是什么。
学生：（和老师一起逐一查看每个对象的名称并牢记对象的名称）
教师：我们的愿望是单击Command1命令按钮后文本框中的文字就变粗体了。在这个过程中，谁受到了的刺激，谁做出了的反应？（这样问的目的是使学生跟前面的问题相联系）
学生：Command1受到了刺激，text1做出了反应。
教师：Command1受到了怎样的刺激，text1做出了怎样的反应？
学生：Command11被鼠标单击了，text1中的文字变粗了。
教师：这个过程如何通过代码来实现？首先在通用菜单下找到Command1。在英文中表示“单击”的单词是Click。然后在声明菜单中找到click事件，在这里默认的就是Click事件。Text1中的文字做出了加粗的反应，通过修改Text1的一个属性值实现文字变粗的效果。对象的(重音强调)属性，“的”我们用“．”来代替。在英文中“字体”的单词是Font，“加粗”单词是Bold合在一起就是FontBold。现在明白为什么在word中为什么用B来表示文字加粗了吧，表示文字倾斜的是那个属性？(同时在教师机上写代码，当按下“．”后悬浮菜单展开)
学生：FontItalic（学生可能不清楚表示倾斜的单词，但是知道Word软件中I按钮来控制文字是否倾斜，所以对照着悬浮菜单学生知道是FontItalic属性）
教师：现在体现出学习英语的重要性了。代码写完整Text1．FontBold=True。请分别完成Command1_Click事件过程代码和Command2_Click事件过程代码。
学生：（积极地编写代码，很快就有人写完了，写的快的同学尝试写Command3的Click事件过程代码但未成功）
学生甲：（在讲台前展示自己写的代码，并讲解）
教师：学生甲做的非常好，看来这两个按钮的事件过程代码大家都会写了。巡视中发现很多同学都在尝试写Command3_Click事件过程的代码了，要想实现打开颜色对话框改变字体颜色的效果目前拥有的五个对象都不具备这个功能，换句话说这五个对象都不具备打开颜色对话框的方法，要实现弹出颜色对话框还需要添加另外一个对象。
教师：首先找到Microsoft Common Dialog Control 6．0控件，在控件工具箱上单击鼠标右键在弹出的对话框中选择“部件”，接着在弹出的窗口中选择“Microsoft Common Dialog Control 6．0”。单击确定，完成控件的添加。第二，在控件工具箱中选中该控件，在窗体上创建新的对象──CommonDialog1。
学生：（跟着教师的讲解，一步步完成操作）
教师：利用CommonDialoge1的showcolor方法来打开颜色对话框，代码如何书写呢？同样用“．”来连接对象名和方法名。CommonDialog1．ShowColor。
学生：（按照教师的讲解添加代码commdialog1．ShowColor，并观察运行结果，发现虽然颜色对话框可以打开，但是文本框中的文字却不改变颜色）
教师：大家在运行程序后发现文字的颜色并没有改变，为什么呢？CommonDialog1的ShowColor方法只是实现了打开颜色对话框，而要想Text1中文字颜色的改变，还需要修改Text1的ForeColor属性值。代码如下：
CommonDialog1．ShowColor
Text1．ForeColor= CommonDialog1．Color
学生：（按照讲解完成代码编写，并运行程序查看是否正确，完成快的同学帮助未完成的同学）
教师总结（幻灯片）：
1．对象。
在VB中除了窗体对象外，还可以通过控件工具箱创建新的对象。
2．属性。
今天这节课上我们学习了两种修改属性值的方法。
①可以在属性窗口中修改对象的属性值
②可以在编写代码后程序运行时修改属性值。格式为：对象名．属性名=属性值（）
3．事件。一般就是指鼠标或键盘等事件，可以在过程的下拉命令按钮中找到。格式为：对象名_事件名
4．方法。指对象所具有的功能。语法格式为：对象名．方法名[参数]
5．属性和方法的语法格式的区别。虽然属性名和方法名与对象名之间都用“．”来连接，但属性名后面有“＝”。而方法名后面一般会有参数而没有“＝”。
环节四 细节完善（提高任务）
教师：巡视时有人问我，“为什么我们按钮上面显示的文字样式怎么和您的不一样呢？”可是我看到咱们班安顿同学和我制作的样式是一样的，我们请安顿同学给大家讲讲他是怎么做的？
安顿同学：除了需要修改命令按钮的Caption属性外，我们还要修改命令按钮Font属性的属性值。单击Font属性右侧的按钮，在弹出的对话框中修改字体样式。
学生：（同学按照安顿的讲解，完善自己的小程序）
【课后反思】
本节课紧紧围绕记事本小程序展开，以手机为例使学生对对象、属性、方式、事件等概念有了感性的认识，然后在进入到VB的世界，进一步加深对这些概念的理解。
1．兴趣是最好的老师
新课程的一个重要理念是改变以往课堂结构中单纯以教师的教为主，学生只是被动接受的教学格局，教学的关键是调动学生学习的积极性、主动性，主动的去学习、思考和探究。本节课中的任务大大调动了学生的积极性。本节课上一开始就给学生展示了一个记事本小程序，在展示完程序所具有的“神奇”功能后，学生对此产生了浓厚的学习兴趣。由教学实践来看，本节课上学生表现出了很强的求知欲。写完Command1_Click和Command2_Click事件过程的代码后，学生积极主动的开始思考写下个过程代码如何书写，尤其是更改文本框字体颜色这部分代码，动作快的学生主动尝试代码的编写，并在课堂上就要求老师快点讲，快点讲。本节课上充分展现了学生的自主学习，由被动学习变为了主动学习。
2．知识讲解也采用“任务驱动”
本节课中对对象的Caption属性和名称属性的讲解有了小小的尝试。由于他们默认的属性值是相同的，为了将他们加以区别在以往的上课时我总是对比着讲这两个属性，结果事与愿违，学生反而将这两个属性混淆起来了。而这次我做了小小的改进：首先在界面设计时，我强调一般命令按钮上会显示一些提示性文字，我们可以通过修改他的Caption属性来修改这些提示性文字。对象的名称属性并没有马上讲解，而是在需要写代码时我才提问“鼠标单击那个命令按钮„„”学生一般会用命令按钮上显示的文字来称呼这个命令按钮，这时我紧紧的抓住他们的回答反问到“这个命令按钮上显示的文字是‘B’，那它就叫B吗？每个对象都有自己的名字，„„”此时才引出对象的名称属性。通过这样的改进不仅将名称属性和Caption属性的含义表述清楚了，而且学生很容易的将两者区分出来了。
3．将抽象的概念通俗化
概念的讲解一直是我多年来对头痛的事情，对概念的理解是一个自身领悟的过程。
上课时我总是为了能让学生明白某个概念的含义而冥思苦想我应该用什么样的语言来描述这个概念的含义。上完本次课后，我体会到由学生易懂的知识入手，然后在迁移到枯燥难懂的知识上来。不仅便于学生对概念的理解和掌握，而且也能烘托课堂气氛，将复杂问题简单化，大大提高了学生的学习效率。
4．不足之处
在本次课中我忽视了一个重要环节，就是让学生来展示一下制作成果。这节课上学生积极踊跃，而我确没有能够给学生搭建一个平台来展示他们的学习成果，很多同学在制作完程序后都很兴奋，不断的举手告诉我说自己已经做完了。而我也没能给学生及时的鼓舞，学生的积极性还没有充分发挥出来。
【评析】
本节课将通过身边熟悉的事物──手机，把枯燥难懂的概念进行简单的诠释，并通过VB本身的可视化编程环境，让学生在模仿教师完成任务的过程中获得小小成功的喜悦，激发他们想进一步学习的兴趣。
本节课的两外一个亮点在于教师的任务的选取。上课伊始，教师刚刚展示完这个程序后，学生就表现出了强烈的学习欲望和学习热情。事实上，整节课上学生都持有积极学习的态度，由以往的被动学习转变为主动学习。
自然的隐喻：一种数据可视化方法 第3篇
我们所生存的自然环境总是艺术家灵感的来源。一个成熟的生态系统遵循着各自独立的有机体的生长法则，这些法则以优化用户的认知潜能的内容方式，渗透并映射到可视化设计中。Anymails就是一个很好的例子，设计师Carolin Horn用“微生物”来比喻电子邮件，给我们呈现了一个精彩的形象生动的，仿佛在显微镜下观看的可视化电子邮件的世界。[2]
外观与类别
通常我们打开电子邮箱，看到是一个列表式的信息界面，每一行会显示邮件的发件人、邮件主题和接收时间。收件箱所呈现的数据信息由文本、数字、符号等组合而成，表面上看枯燥无味，直观上也很难快速发现其中的逻辑关系与意义。但它们存在一定的数据结构，具有不同的属性和类别。利用这个特点，将抽象化的数据信息还原成丰富具体的视觉图像。
在Anymails中，一个类似于藻类形状的微生物代表了收件箱中的一封电子邮件。微生物携带着邮件的相关信息：邮件主题，阅读状态，寄件人，时间，邮件大小等。由于邮件属性各不相同，有来自于家人和亲戚，有来自于同学朋友，有来自于工作伙伴和同事，还广告或者垃圾邮件，不同的形状和颜色对它们加以区分。属性相同的邮件，就像是来自于同一个种族。即便是同一个种族之内，由于邮件阅读状态的不同，它们的形状也会有所区别，未读邮件拥有更多的触角（触须），已读邮件触角（触须）较少，回复过的邮件则完全没有。随着时间的流逝，它们的透明度会加大，变得越来越小，渐渐“老去”。
行为与组织
自然界中的动物都可以进行简单的运动，如移动、爬行等。这些单一的动作看似并无意义，但我们凭借现实生活中的认知与经验，将它们移植到信息设计中，就变成为具有特殊含义的“视觉符号”。Anymails中的每一个象征着邮件的微生物都能自由运动：未读邮件的行为十分活跃，以“Z”字型摇摆移动；已读邮件相对稳定，缓慢地直线移动；而回复过邮件基本不动。
它们随机运动，有时也相互碰撞。那些快速移动而且活跃的微生物，会很快吸引你的目光，因为它们还未被主人阅读。通过运动节奏来显示它们显它们的重要性和紧急性。用鼠标去触碰它们，就能获得相应的邮件信息，包括发件人、邮件主题和时间等。
微生物的运动杂乱无序，一旦赋予了新的运动法则，它们便以规则的顺序运动聚集在一起。微生物们依据种族、邮件阅读状态或者寄信人的分类进行行为组织，以首尾相接，形成一串，缓慢移动。左图中的微生物就是以种族为规律进行了分类和排列。
微生物有“重量”，即邮件的文件大小。重量大的漂浮在上层，重量小的则在底部活动。不同的鱼类在水里的活动区域也不同，此时微生物也有这样的特点。
为了区分邮件的不同状态，Anymails采用“圈地运动”的方式，把那些代表紧急的未读邮件的微生物们运动范围限制在同心圆的最内一圈，中间是已读邮件，最外面一圈是已回复的邮件。从图中可以看出，最内层的微生物有更自由的活动空间，因为它们的运动更为激烈，要引起人们的关注。
微生物们也需要觅食，一旦发现“食物”，它们就会拼命地朝“食物”奔去。Anymails用“搜索”来隐喻微生物的“食物”， 搜索发件人或者邮件主题，结果那些微生物就会游向自己喜欢的“食物”。邮件主题和内容越接近关键字，关联度越大，微生物离“食物”也就越近。
生长与进化
众所周知，生物总会死亡，这是自然法则。尽管Anymails没有描绘微生物的死亡和消失（因为电子邮件始终存在于收件箱中，而不是在垃圾桶或者回收站），随着时间的推移，那些已读邮件和已回复的邮件会逐渐衰老，变小，直至透明，隐隐约约淡出我们的视线。在时间维度上观察到各个阶段的微生物的数量和属性特征，相应地我们可以发现哪个时期收到的邮件比较多，它们来自于同事还是家人，哪个时期回复的邮件比较多。如果你停留在一个充满蓝色微生物的画面时，那么很有可能这就是你的校园学习时期；当画面满是橙色的微生物时，这就是你忙碌的工作阶段。隐含于这些微生物的关系，不正是我们自己的“生长”与“进化”吗？
自然是存在之物，现实之物；隐喻即象征和比拟，意有相似共同之处，隐喻的实质就是用一种事物理解和体验另一种事物。隐喻的图示性维度和视觉艺术创造的都是一种直观、形象的人为化视觉，李胜梅在讨论喻体的假设性时认为其具体表现之一就是对喻体进行情景设定，而隐喻的生动性就在于这种设定“能够把呈现的意义‘置于眼前’”。[3] 我们打开电子邮件收件箱，看到的仅是一堆冷冰冰的毫无生气并且冗长的邮件列表。“自然的隐喻”这种可视化方法从邮件列表映射出一个独特的电子邮件微生物世界——Anymails。在观察与交互的过程之中，观众将获得更为直观和深刻的体验。虽然这些虚拟“微生物”不是真实存在，但是它们带给我们活生生的感受。我们之所以被可视化的作品所感动，是因为它们是在我们感觉之内的，可以看见或者触及的实在之物。自然的隐喻，把符号、图像、运动与人们日常认识世界的经验联接起来，在形式传达与意义转换中带来了更加新奇的感受和体验。
作品Anymails尝试用一种新的方法展示普通的文本，在数据文本和图像的关联上进行了一种实验性研究。虽然数据与图像之间的映射关系是人为设定的，但所呈现出来的画面每时每刻都不同。这种方法拓展了可视化设计的思路，富有趣味性，也表明了可视化设计方法有更多可能性。我们期待在数据可视化的研究上有更加丰富的探索实验和发展。
参考资料：
[1] 李四达(著)，2009，交互设计概论，清华大学出版社,北京
[2] http://carohorn.de/anymails
定向井轨迹可视化方法探讨 第4篇
1 井眼轨迹的概述
井眼轨迹就是一条平滑的钻井曲线, 由于存在于地下, 使得人们无法对其进行直观观察。只有借助于轨迹参数, 才可以对其实现准确的描述。随着钻井技术的进步, 人们对井眼的可视化有了一定要求。利用轨迹参数将井眼轨迹转变为三维可视化模型的办法, 在定向钻井中已经得到了应用。由于地质因素等原因, 井眼轨迹在设计上, 与实际施工会有一定差别。因此实际钻井工程也是一个不断修正的过程。因此, 通常钻井井眼轨迹都有修正后井眼轨迹和钻井前轨迹两种。只有对井眼轨迹参数进行真实的描述, 才能准确得到定向井真实轨迹。定向井参数包括了坐标参数、基本参数及工艺参数等, 在基本参数中, 包括了方位角、井身及井斜角等, 其描述的是井眼轨迹的大致形态。坐标参数就是进行三维可视化的基础, 井眼轨迹的图像形态是由局部和整体坐标共同描述的。在实现井眼轨迹可视化过程中, 整体坐标会转换为模型坐标, 再通过局部坐标参数及整体坐标参数建立三维可视化模型, 从而实现可视化。对井眼的整体描述是依据整体坐标来实现的, 它以井眼为中心点, 以垂直及纵向来完成坐标系的建立。局部坐标是以其中的某一测点作为坐标系统的中心点, 由于测点的断续性特点, 使其各测点间具有离散性特点。在实际钻测中, 为了保持井眼轨迹在完成曲线上的光滑性, 通常需要对测点进行参数的插值计算。因此, 三维可视化的数据支持均来自井眼轨迹所有参数。在对井眼轨迹坐标转换过程中, 其模型坐标可以用于几何模型的建立。
2 定向井井眼轨迹可视化方法研究
在定向井井眼轨迹可视化进程中, 需要计算机的图形学来进行相关处理。它利用顶点处理、图元的组装、裁剪及光栅化等处理, 形成需要的三维图形。在对顶点处理时, 仅需要将顶点坐标使用矩阵乘法来实现对其进行的转换。对井眼轨迹的整体可视轨道范围系统并不能对此进行完整显示, 因而, 需要对超出部分进行裁剪, 从而减少了片元处理量及光栅化的计算量。再通过图元组装, 将顶点数据进行转化后才可以进行几何对象的显示。其显示图形主要呈三角形或者四角形等。裁剪则是图元显示过程。光纤化就是将图元转化为片元数据的过程, 在那之前, 需要对顶点裁剪及处理。转变为片元数据后, 在进行像素以及几何体颜色的确定。用像素点来代替原有直线, 在显示设备中就是光栅化处理。接着便是片元处理, 就是把已经光栅化处理好的数据利用像素的形式在设备上完成显示, 在三维图形中消除各种隐藏面, 做好明暗之间的转化, 完成片元处理的整个过程。这时候的图形有较强的真实感, 对几何体不同材质表面的效果也可以真实反映。片元处理作为立体图像产生的最后环节, 再将处理好的信息完成保存后, 就可以通过显示设备进行数据读取了。
3 定向井井眼轨迹可视化系统实现方法研究
井眼轨迹的可视化要求, 需要使用计算软件建立相应系统。对图形的观察, 是人类认知世界的最直观的方式, 利用三维图像显示技术, 可以把井眼轨迹的抽象性用图像直观表现出来。通过三维视图, 研究人员便可以从中发现井眼轨迹的变化程度及规律性特征, 在开发方案的制定上具有极其重要意义。由于各种数据的支持, 使得三维视图在对井眼轨迹的表现上更为直观, 具体, 以此构建的轨迹图形, 形象直观对井眼轨迹真实做出了描述, 实现了其轨迹的旋转、平移以及一系列的操作都可以在可视化的前提下进行, 完成了可视化设计的要求。定向井可视化系统中包含着数据的管理、形成轨迹模型及地形模型等。其数据库中数据的输入, 均以手动输入为主, 主要涉及了井眼数据、岩性分析及钻井数据、地层参数等。如果在屏幕中显示的是真实尺寸的轨迹图像, 则是一条弯曲的细线, 因此, 为了更直观反应井眼轨迹的真实形态, 一般需要对其进行大小的缩放等。
4 结束语
对定向井井眼轨迹的图像表示, 完成了对井眼轨迹的直观控制, 在钻井施工中意义重大。三维图像学的应用, 使得井眼轨迹全面、直观, 可以发现定向井深层结构的缺陷。在井眼轨迹可视化过程中, 先要对其参数进行采集、完成分析后, 利用坐标转换及插值的计算等, 形成轨迹三维坐标之后在完成模型三维坐标的转化。在经过了定点的转化, 光栅化及片元化处理后, 对帧缓存数据进行提取以图像的形式在屏幕上显示, 就完成了井眼轨迹模型的建立。通过这个模型, 就可以对井眼轨迹进行直观描述, 为井段施工提供了有效的分析数据, 这种有效、全面直观的分析方法, 对钻井技术的改进及定向井的施工都具有重要意义。
参考文献
[l]梁鹅帅, 冯冬敬.三维可视化的研究现状和前景阴[J].科技情报开发与经济, 2009
[2]韩志勇.定向井设计与计算.石油工业出版社[M].北京石油工业出版社, 2010
[3]张卓, 宜曹, 郝树勇.可视化技术研究与比较[J].现代电子, 2010
可视化方法 第5篇
听课评课稿
本课教学以设计编写简单的程序为任务主线，熟悉VB编程的环境，学习可视化编程的方法与概念。将编程的方法与概念及思想渗透到真实的任务情境中是一种比较高效务实的教学策略。避免单纯的概念说教，也容易实现可视化编程的方法与概念的具体落实。教师能够讲清可视化编程的几个重要概念。学生也按教学设计完成小程序的编写任务。教学中师生交流和谐融洽，学生学生认真，同学间交流能顺利完成教学任务。可见平时教师教学严谨，学生训练有素。以下就几个方面做简单点评，希望批评指正。
1.过程与思想 本模块教材《算法与程序设计》以VB语言程序设计为载体，通过让学生亲历具体的程序设计案例，学习可视化编程的思想与方法。程序设计是过程，而在完成程序设计中学习通过计算机解决问题的思想方法、学习编程的基本算法，进而引导学生体会编程思想是本模块的重要教学内容。而本节课正是基于前两章学生学生编程结构之后，对可视化编程的方法与概念的一次整理与总结。教师在出示教学目标时应明确指出本节课不是做一个VB程序，而要淡化“VB”的概念，要将学习内容扩展到所有计算机编程语言的共通的程序设计理念。通过程序设计学习思想与方法才是真正的目标。
2.通过交流理解概念 本节中概念集中抽象，如：对象、属性、方法、过程、事件等。教师将几个概念集中讲解，之后切入到小程序的制作中讲解设置对象的属性。前后衔接有脱节之感。在上课的前23分钟进行全体控制时间有些长，学生注意力容易分散。一些概念可以让学生来举例，看看学生是如何理解的。教师补充。对于控件箱里的控件，也可让学生先试试。
商业模式可视化 第6篇
商业模式画布
我们把商业模式涉及的9个关键构造块整合一个“商业模式画布”当中，每个构造块对应画布上的一个空格，你可以通过向这些空格里填充相应的内容，来描绘现有的商业模式或设计新的商业模式。最好的用法是在大的背景上投影出来，这样大家便可以用便利贴或马克笔共同绘制、讨论商业模式的不同组成部分。这是一种可以促进理解、讨论、创意和分析的实操工具。
这9个构造块分别是客户细分（CS）、价值主张（VP）、渠道通路（CH）、客户关系（CR）、收入来源（R$）、核心资源（KR）、关键业务（KA）、重要合作（KP）和成本结构（C$），这9个构造块覆盖了商业的4个主要方面：客户、提供物（产品/服务）、基础设施和财务生存能力。
客户构成了任何商业模式的核心。商业模式可以定义一个或多个或大或小的客户细分群体。企业必须做出合理决议，到底该服务哪些客户细分群体，该忽略哪些客户细分群体。一旦做出决议，就可以凭借对特定客户群体需求的深刻理解，仔细设计相应的商业模式。
客户细分所要解决的问题是“我们正在为谁创造价值？谁是我们最重要的客户？”客户细分群体存在大众市场、利基市场、区隔化市场、多元化市场、多边平台或多边市场等不同类型。
价值主张则要解决“我们该向客户传递什么样的价值？我们正在帮助我们的客户解决哪一类难题？我们正在满足哪些客户需求？我们正在提供给客户细分群体哪些系列的产品和服务？”新颖、性能、定制化、“把事情做好”、设计、品牌/身份地位、价格等有助于为客户创造价值。
而公司沟通、接触其细分的客户传递其价值主张是通过渠道通路。“通过哪些渠道可以接触我们的客户细分群体？我们现在如何接触他们？我们的渠道如何整合？哪些渠道最有效？哪些渠道成本效益最好？如何把我们的渠道与客户的例行程序进行整合？”
客户关系用来描述公司与特定客户细分群体建立的关系类型。“我们每个客户细分群体希望我们与之建立和保持何种关系？哪些关系我们已经建立了？这些关系成本如何？如何把它们与商业模式的其余部分进行整合？”
如果客户是商业模式的心脏，那么收入来源就是动脉。“什么样的价值能让客户愿意付费？他们现在付费买什么？他们是如何支付费用的？他们更愿意如何支付费用？每个收入来源占总收入的比例是多少？”资产销售、使用收费、订阅收费、租赁收费、授权收费等是可以获取收入的方式。
每个商业模式都需要核心资源，这些资源使得企业组织能够创造和提供价值主张、接触市场、与客户细分群体建立关系并赚取收入。核心资源可以是实体资产、金融资产、知识资产或人力资源。核心资产既可以是自有的，也可以是公司租借的或从重要伙伴那里获得的。
和核心资产一样，关键业务也是创造和提供价值主张、接触市场、维系客户关系并获取收入的基础。关键业务可以分为制造产品、问题解决、平台/网络等几类。
商业模式的优化和规模经济的运用、风险和不确定性的降低、特定资源和业务的获取等三种动机有助于创建合作关系。很多公司创建联盟来优化其商业模式、降低风险或获取资源。
成本结构构造块用来描绘运营一个商业模式所引发的所有成本。创建价值和提供价值、维系客户关系以及产生收入都会引发成本。成本结构分为成本驱动和价值驱动两种类型，而很多商业模式的成本结构介于这两种极端类型之间。
设计新商业模式
商业人士每天都在不知不觉地进行设计。我们设计组织、战略、商业模式、流程，还有项目。为了做到这点，我们必须考虑复杂的环境，例如竞争对手、技术、法律以及环境等。此外，我们还需要在完全未知的领域进行探索，这恰恰是设计的本意。商业人士缺乏的是对设计工具的掌握，这些工具可以补充其商业技能。
有6种商业模式的设计方法：客户洞察、创意构思、可视思考、原型制作、故事讲述和情景推测。
客户洞察（Customer Insights）企业在市场研究上投入了大量的精力，然而在设计产品、服务和商业模式上却往往忽略了客户的观点。良好的商业模式设计应该避免这个错误。我们要从客户的角度来看待商业模式，这样可以让我们找到全新的机会。这并不意味着要完全按照客户的思维来设计商业模式，但是在评估商业模式的时候需要把客户的思维融入进来。创新的成功需要依靠对客户的深入理解，包括环境、日常事务、客户关心的焦点及愿望。
苹果的iPod媒体播放器提供了一个很好的案例。苹果知道人们喜欢的并不是数码媒体播放器本身，他们意识到用户需要一种无缝的服务，能够搜索、下载和收听数字内容，包括音乐，并且用户愿意为这种能成功解决这些问题的服务付费。苹果的观点是非常独特的，特别是在非法下载猖獗、大部分公司都认为没有人会为在线音乐付费的时候更显得难能可贵。苹果为客户建立了一种无缝音乐（消费）体验，将iTunes音乐与媒体软件、iTunes在线商店和iPod媒体播放器整合在一起。以这种价值主张为核心的商业模式，使得苹果成为在线数字音乐市场的领导者。
真正的挑战在于建立对客户的彻底理解，并基于这种理解进行商业模式设计的选择。对客户的理解不是简单地问他们需要什么。另一个挑战在于要知道该听取哪些客户和忽略哪些客户的意见。有时，未来的增长领域就在现金牛的附近。因此商业模式创新者应该避免过于聚焦于现有客户细分群体，而应该盯着新的和未满足的客户细分群体。许多商业模式创新的成功，正是因为它们满足了新客户未得到满足的需求。
一个良好的开端是使用移情图（empathy map）， 这是XPLANE 开发设计的一个可视思考工具。我们更喜欢将其称为“超简客户分析器”（really simple customer profiler），这个工具可以帮助你超越客户的人口学特征，更好地理解客户的环境、行为、关注点和愿望。
创意构思（Ideation）绘制一个已经存在的商业模式是一回事；设计一个新的创新商业模式是另一回事。新的商业模式需要产生大量商业模式创意，并筛选出最好的创意，这是一个富有创造性的过程。这个收集和筛选的过程被称作创意构思。
传统上，大部分行业都有一个主流的商业模式，现在这种局面从根本上被改变了。今天，当我们设计新商业模式的时候，会有更多的选择。如今，不同的商业模式在同一个市场内竞争，而行业间的界限正在变得越来越模糊或完全消失了。当设计新的商业模式时，我们所面对的一个挑战是忽略现状和暂停关注运营问题，这样我们才能得到真正的全新创意。
创意构思有两个主要阶段：创意生成，这个阶段重视数量；创意合成，讨论所有的创意，加以组合，并缩减到少量可行的可选方案。这些可选方案不一定要代表颠覆性的商业模式，也许只是把你现有的商业模式略作扩展，以增强竞争力的创新。你可以从几个不同的出发点生成针对创新商业模式的创意。
创意构思的过程可以采取多种形式。1. 团队构成的关键问题：我们的团队是否有足够的多样性来创造新的商业模式构想？2. 全情投入的关键问题：在创造新的商业模式创意之前，我们需要研究哪些要素？3. 扩展的关键问题：针对商业模式的每个构造块，我们都能想到哪些创新？4. 条件筛选的关键问题：什么是我们商业模式创意排序的最重要准则？5.“原型制作”的关键问题：每个入围创意的完整商业模式是什么样子的？
可视思考（Visual Thinking）对于商业模式的相关工作来说，可视思考是必不可少的。我们所谓的可视思考，是指使用诸如图片、草图、图表和便利贴等视觉化工具来构建和讨论事情。因为商业模式是由各种构造块及其相互关系所组成的复杂概念，不把它描绘出来将很难真正理解一个模式。
视觉化技术已经被频繁应用于商业了，例如图表和表格等，这些工具广泛用于澄清报告和计划的相关信息。但是在讨论、探索和定义商业问题时，很少有人会应用视觉化技术。你最近一次参加会议，看到经理们在墙上画来画去是什么时候的事了？然而在战略（讨论）过程中，视觉化思考可带来巨大的价值。视觉化思考通过将抽象变具体，通过阐明各元素间的关系，通过简化复杂性而增强了战略审查。
有两种方便实用的视觉化思考的技术：便利贴和结合商业模式画布略图描绘。便利贴的功能就像创意的容器，你可以增加、减少或在商业模式构造块之间进行调整移动。这一点非常重要，因为在商业模式讨论中，人们经常不会马上赞同某个元素应该出现在商业模式画布中，或者应该放在什么地方。在探索性的讨论中，有些元素会被移走或者被多次取代，以便探索新创意。而绘图甚至能比便利贴更加有效。草图和图画在许多方面都能发挥作用。最明显的作用是基于简单图画解释和交流商业模式。
原型制作（Prototyping）原型制作来自设计和工程领域，在这些领域中，原型制作被广泛地用于产品设计、架构和交互设计。不必把商业模式原型看成像是某个商业模式草图。相反，原型是一个思维工具，可以帮助我们探索不同的方向——哪些是商业模式应该尝试选择的方向。制作和使用商业模式原型迫使我们处理结构、关系和逻辑的问题。商业模式原型可能是发人深省的，甚至有点疯狂，因而有助于推动我们思考。原型作为探索新可能性的思考辅助工具，可以帮助我们获得对商业模式本质更好的理解。同样的设计理念可以应用于商业模式创新。通过创造商业模式原型，我们可以探索创意的各方面，比如新的收入来源。
故事讲述（Storytelling）讲故事的目的，是要把一种新的商业模式以形象具体的方式呈现出来。故事的内容一定要简单易懂，主人公也只需要一位。可以从公司、客户两种视角出发。讲故事可以采用谈话和图画、视频片段、角色扮演、文本和图画、连环图画等技巧。
情景推测（Scenarios）在新商业模式的设计和原有模式的创新上，情景推测能起到很好的作用。情景推测把抽象的概念变成具体的模型。它的主要作用就是通过细化设计环境，帮助我们熟悉商业模型设计流程。两种常见的情景推测是：1.描述不同的客户背景；2. 描述新商业模式可能会参与竞争的未来场景。
客户情景推测可以在商业模式设计中引导我们做出正确选择。他们帮我们解决诸如此类的问题，例如，哪种渠道通路最为恰当？与客户建立什么样的关系效果最佳？客户最愿意为哪种问题解决方案掏腰包？一旦我们针对不同的客户细分群体设计出不同的情景模式，我们便可以问一下自己，某种单一的模式能够应付所有的这些客户细分群体吗？是否我们需要针对不同的客户群做一些调整呢？而在未来商业模式的设计中，这种方法一般要比依靠自由发挥的头脑风暴更为方便和有效。有三种方法：基于两个或者多个主要衡量标准，设计出一组未来情景图；以故事的形式来讲述每一幅情景图，对它们的主要特点和要素做一个概述；针对每一种情景，设计出一种或多种恰当的商业模式。
孔隙网络模型的可视化方法及应用 第7篇
达西定律是渗流力学的基础,但由于其是一个宏观概念,并不涉及微观孔隙空间结构,因此在微观渗流理论的研究中无法应用。为克服其局限性,孔隙网络模型便应运而生。它是对真实多孔介质复杂的孔隙空间结构的一种简单等价将孔隙空间抽象为一些功能不同的单元,狭长的孔隙空间用喉道来代表,喉道交接处相对较大的孔隙空间用孔隙体来代表,并将孔隙体和喉道设定为一些具有相应的几何参数的理想的几何形状[1]。由于多孔介质真实孔隙空间的结构复杂性,直接描述流体在其中的流动几乎是不可能的。而孔隙网络模型提供了一种新的途径,通过观察和研究孔隙尺度下流体的流动行为,结合侵入-逾渗理论来描述流体驱替准则,可研究和预测多孔介质中的宏观输运规律[2,3,4]。
在微观渗流领域,孔隙网络模型有了日渐广泛的应用[5],但对其可视化成像方面的研究并不多,因而导致孔隙网络模型的应用受到极大的限制[6]。基于几个基本假设,对Berea砂岩的孔隙网络模型[7]进行了深入研究,从孔隙网络模型数据文件的读写出发,将孔隙网络模型立体地呈现在人们面前,并将其应用于普通孔隙网络模型(如Berea砂岩)、复杂孔隙网络模型及孔隙网络模型中含油饱和度分布的可视化,使人们对孔隙网络模型的分布状况有一个直观的了解。
1 孔隙网络模型的可视化
1.1基本假设
孔隙网络模型中的孔隙体和喉道可能具有多种多样的几何形状(如三角形、正方形、圆形等),但为了既能将孔隙网络模型的全貌展现出来,又能做到尽量的简单明了,本文做了如下基本假设:
(1)整个孔隙网络模型都包含在一个NNN的立方体中,其中N为基本体素,并在初始化时将整个立方体的值赋值为0(即NNN个0);
(2)在这个立方体中,0代表岩石骨架,孔隙体、喉道以及含油饱和度分别用相应的数值表示;
(3)喉道假设为一个圆柱体,其中圆柱长度为喉道总长度(喉道连接的两个孔隙体中心的距离),圆柱半径为喉道半径;
(4)孔隙体假设为一个球体,其中球体半径为孔隙体半径,孔隙体与喉道的覆盖部分视为孔隙体。
1.2喉道的确定
对于一个喉道而言,如图1所示,立方体中的点P只需满足点P到圆柱体中轴线AB的距离小于喉道直径和点P处于面I1和面I2之间这两个条件,便可确定点P处于该喉道中。若满足条件,便将点P所处为单元赋值为一个非0的数(数值视情况而定)。
其中,点P到直线AB的距离h可由点到直线距离公式求得;判断点P是否处于面I1和面I2之间可将点P坐标分别代入两平面方程,若两者之积小于0,则表示点P处于两平面之间。
1.3孔隙体的确定
对于一个孔隙体来说,判定规则则更为简单,如图2所示,只需满足立方体中的点P到球心A的距离小于孔隙体半径,就可确定点P处于该孔隙体内。如果确定了点P处于孔隙体内,则将点P所处为单元也赋值为一个非0的数(数值同样视情况而定)。
其中,点P到球心A的距离可由两点间距离公式求得。
这样,就得到了由NNN个数值组成的数据体,只要将该数据体导入可视化软件[8]中,便可以直观的观察孔隙网络模型的分布了。
1.4可视化流程图
这套算法的流程图如图3所示。
2 实例应用
2.1Berea砂岩的孔隙网络模型
Berea砂岩的孔隙网络模型是现在比较典型的一个模型,具有十分广泛的应用。现选择它进行可视化,既具有代表性,又可以普通可视化方法相印证,来证明本可视化方法的正确性。
在该模型中,若判定某点位于喉道中,则赋值为2,若判定位于孔隙体中,则赋值为1,由此得到的可视化图如图4所示,其中N取值为200。图中,紫色代表岩石骨架,红色代表喉道,绿色代表孔隙体。由此便可以直观地看出孔隙网络模型的孔隙体和喉道在空间的分布。
图5为普通方法得到的Berea砂岩的孔隙网络模型图,其中红色代表孔隙体,蓝色代表喉道。通过对比图4和图5可以发现,两者形状大体一致,从而验证了现方法的正确性,但前者的整体形状更为规则,图形的操作性也更强,同时,普通方法所需的显示时间要远大于本文的方法。
2.2复杂孔隙网络模型
孔隙网络模型有时是两个甚至多个孔隙网络模型整合在一起的复杂模型,如在碳酸盐岩的孔隙网络模型中,既可能是几个不同尺度下的孔隙网络模型的整合[9],也可能是基质孔隙网络模型与裂缝孔隙网络模型的整合,而且这种整合并不是简单的机械叠加,各个孔隙网络模型之间还有十分重要的连接部分(通常为喉道)。这便要求既要将各个孔隙网络模型区分的可视化,又要将其连接部分进行可视化。
图6(a)是第一个孔隙网络模型(Berea砂岩)的可视化图,喉道赋值为2,孔隙体赋值为1;图6(b)是第二个孔隙网络模型(生成的一个抛物面)的可视化图,喉道赋值为5,孔隙体赋值为4;图6(c)是连接两个孔隙网络模型的喉道的可视化图,赋值为3;图6(d)是由三个模型整合在一起的可视化图(为了更为直观的显示,取其剖面图进行显示),N取值也为200。图中紫色代表岩石骨架,青色代表第一个孔隙网络模型的喉道,蓝色代表第一个孔隙网络模型的孔隙体,红色代表第二个孔隙网络模型的喉道,黄色代表第一个孔隙网络模型的孔隙体,绿色代表连接两个模型的喉道。从图中可以明显的区分出两个孔隙网络模型及其连接部分。
2.3孔隙网络模型中含油饱和度分布
含油饱和度分布图可以更为直观的帮助人们显示岩心中的油水分布,对于进行流动机理分析和微观剩余油分布分析有着十分重要的作用[10]。
对Berea砂岩的孔隙网络模型进行流动模拟,得到油驱水和水驱油两个过程中每一步的孔隙体和喉道的含水饱和度分布(共24步,其中115步为油驱水过程,1624步为水驱油过程),将其读入孔隙网络模型中进行可视化,为孔隙体和喉道赋值为相应的含油饱和度,从而得到孔隙网络模型中含油饱和度分布的动态分布可视化图如图7所示(为了更好的显示效果,岩石骨架没有显示),考虑到计算量的问题,将N取值为100。图7(a)为初始状态,所有孔隙体和喉道都饱和水。图7(b)至图7(e)为油驱水过程中取的几步,分别对应第1步、第5步、第10步和第15步;图7(f)至图7(h)则为水驱油过程中取的几步,分别对应第16步、第20步和第24步。由图中便可以明确的得到整个流动过程含油饱和度的分布状况,便于进行流动机理分析和微观剩余油分布分析。这样,孔隙网络模型的应用范围便得到了极大的拓展。
3 结论
(1)基于四个基本假设,提出了孔隙网络模型的可视化方法,并绘制流程图。
(2)根据假设中喉道和孔隙体的几何特征,利用立体几何知识,得到了喉道和孔隙体的确定方法。
(3)对Berea砂岩的孔隙网络模型进行可视化,可以直观地看出孔隙网络模型的孔隙体和喉道在空间的分布;对复杂孔隙网络模型进行可视化,可以明显的区分出两个孔隙网络模型及其连接部分;对孔隙网络模型中含油饱和度分布进行可视化,可以明确的得到整个流动过程含油饱和度的分布状况,便于进行流动机理分析和微观剩余油分布分析。
定向井轨迹可视化方法研究 第8篇
一、井眼轨迹的概述
井眼轨迹就是一条存在于地下的平滑钻井曲线,无法直观形象的表现出来。要想准确的描述井眼轨迹的空间形态,必须借助井眼轨迹参数。同时,要实现井眼轨迹的可视化,必须将井眼轨迹参数转化为三维可视化模型。在定向钻井中,实际钻井由于地质等原因肯定与设计井眼轨迹存在差别,实际钻井过程中是一个不断修正钻井轨迹的过程。所以,定向井轨迹可分为钻井前井眼轨迹和修正后井眼轨迹。只有直观准确的描述井眼轨迹,才能实现定向钻井,而准确的描述井眼轨迹需要井眼轨道的空间参数,大致有基本参数、坐标参数和工艺参数三类参数。基本参数包括井深、井斜角和方位角,主要用来描述井眼轨迹的总体形态。而坐标参数则是用三维空间数值描述井眼轨迹,更加形象准确。井眼轨迹的形态主要是由整体坐标和局部坐标描述的。在井眼轨迹可视化实现过程中,只有将整体坐标转换为模型坐标和整体坐标、局部坐标的参数转化为模型坐标参数,才能建立井眼轨迹的三维可视模型,实现定向井轨迹的可视化。井眼整体坐标是对井眼的整体描述,是以井眼为原点、垂直和纵向为坐标轴的坐标系统。局部坐标就是以井眼轨道的某测点为原点的坐标系统。因为测点的不连续性,测点间的参数也具有离散性,为了保证井眼轨道曲线的光滑性,需要对测点参数进行插值计算。综上所述,井眼轨迹的各个参数为三维可视化提供了数据支持,井眼轨迹坐标转换为模型坐标可直接用于建立几何模型,对坐标的插值计算则使轨道曲线保持平滑性。
二、定向井井眼轨迹可视化方法研究
定向井井眼轨迹可视化需要通过计算机图形学,利用顶点处理、裁剪与图元组装、光栅化和片元处理等手段,才能形成三维计算机图形。顶点处理就是通过平移、放缩和投影灯方式将井眼轨迹的顶点坐标转换为屏幕坐标,并进行着色。顶点坐标可以用矩阵乘法完成其转换。由于显示系统不能一次显示整个可视的轨道范围,对于超出显示系统模型的部分就需要对其进行裁剪,减少光栅化和片元处理的计算量。只有通过图元组装才能将转化后的顶点数据用以表示几何对象,主要有三角形、四角形和直线段等方式。裁剪则是显示或部分显示图元的过程。光纤化就是将顶点处理和裁剪后的图元转换为片元数据,然后根据片元数据,确定显示设备中几何体的像素和颜色。用离散的像素点代替原来连续的直线,显示在显示设备中,就是直线的光栅化。最后,将光栅化的片元数据转化为像素显示在设备上,消除三维图形中的隐藏面和各种像素明暗之间的转化,就是片元处理。经过片元处理后的图形,具有相当的真实性,并能反映几何体表面不同材质的效果。片元处理是产生三维立体图形的最后一步,处理完成后将信息进行保存,显示设备就能直接读取数据进行显示。
三、定向井井眼轨迹可视化系统实现方法研究
井眼轨迹的可视化需要通过运用计算软件,才能建立系统。人类最直接的认知世界和客观事物的方式就是观察图形,利用三维图形技术,就可以将抽象的井眼轨迹直观准确的表示出来。通过井眼轨迹的三维视图,研究人员就能直观的发现定向井轨迹的变化规律,从而为开发方案的制订提供有效的数据支持。用三维视图构建井眼轨迹,形象直观的表达出定向井轨迹的形态,实现对轨迹的平移、旋转等可视化操作是井眼轨迹可视化系统设计的目的。定向井轨迹可视系统主要包括:井眼数据的管理、井眼轨迹模型的形成以及地层模型的形成。井眼轨迹数据是通过手动输入或导入的方式保存到数据库之中,主要有井眼数据、钻井数据、地层参数和岩性分析数据。如果按真实尺寸将井眼轨迹显示在屏幕中,则其曲线是一条细线,不能直观的反应轨迹形态,所以需要对井眼直径按其深度进行大小的放大。
四、结束语
定向井井眼轨迹的掌握和控制,对于指导钻井施工具有重要的意义。通过应用计算机三维图形学,将定向井井眼轨迹直观、全面的表示出来,有利于解决不能通过人机交互全面展示井深结构的不足。在定向井井眼轨迹可视化的过程中,首先要采集井眼轨迹参数,进行分析,应用坐标转换和插值计算法,建立井眼轨迹三维坐标;其次,将井眼轨迹三维坐标转化为模型三维坐标,经过顶点转化、光栅化和片元化,将片元转换成帧缓存数据;最后,提取帧缓存数据,显示在屏幕中,建立出定向井眼轨迹模型。定向井眼轨迹模型的建立,能够直观描述井眼轨迹以及地层参数,为井段施工提供了有效、直观和全面的分析方法,具有十分重要的意义。
摘要：随着钻井技术和设备的发展,石油钻井技术发展迅速,定向井钻井是一种实用有效的提高石油开采效率的方式。井深轨迹设计和计算的方法也得到了较快的发展,井眼轨迹在地表之下,不能直观的看到,需要经过对测量仪器测得数据的分析间接的了解到井下的情况。定向井测量仪器测得数据多,数据量大,很难直观的了解到定向井轨迹的实际情况,因此开展定向井轨迹可视化方法的研究具有重要的意义。文章通过调研分析,研究了面向对象的方法在定向井轨迹可视化方面的应用,并且得到了定向井轨迹可视化的方法。文章的研究对于提高定向井钻井的速度和质量具有的意义。
关键词：定向井,轨迹,可视化,钻井,方法
参考文献
[1]梁鹏帅,冯冬敬三维可视化的研究现状和前景[J].科技情报开发与经济,2009
[2]韩志勇定向井设计与计算.石油工业出版社[M].北京二石油工业出版社,1989
[3]张卓,宣蕾,郝树勇.可视化技术研究与比较[J].现代电子技术.2010
可视化方法 第9篇
地形是人类社会赖以生存并从事一切实践活动的根基, 地形可视化技术作为计算机图形学、虚拟现实、游戏和GIS等领域的一个重要应用领域和研究方向, 一直是人们的研究热点, 并取得了卓有成效的工作。因此, 根据测绘学等学科理论, 借助先进的计算机技术, 生成具有高度真实感的和可量测性的地形三维模型, 实现三维地形表面的逼真还原, 无疑是一项富有建设性和开创性的工作。
1研究现状
国内外学者在地形可视化方面的研究主要集中在以下4个专题领域:数字地形建模;地形的真实感显示;地形模型的简化;地形的多分辨率模型。地形建模的基本问题是如何根据给定的地形数据 (如等高线数据、DEM数据等) , 有效地建立逼真表示地形表面的曲面模型。关于地形建模的研究从20世纪60年代延续至今, 主要围绕两个方面展开:一是如何提高建模的速度。二是如何改进模型的精度, 而这两方面都跟DEM插值方法有关;地形的真实性是地形可视化的重要组成部分, 目前主要分为3种方法:分层设色法、晕渲法、纹理映射法。地形模型简化和多分辨率表示是近年来的热门话题, 国内外已经有大量相关的研究。地形的简化基于以下事实:在同一地形中, 只有地形复杂且离视点较近的区域才需要使用原始数据进行显示, 其他地区都可以用简化的地形代替。这样可以大大减少表示地形的三角形数目, 以提高显示效率, 同时不影响显示效果。目前的简化算法分类有多种, 如根据拓扑结构是否保持可以分为拓扑结构保持形和非拓扑结构保持形;根据模型简化的过程可以分为逐步求精和几何化简;根据误差可控性可分为误差受限和误差不受限;根据视点相关性可以分为视点无关的化简和视点相关的化简。多分辨率地形模型是虚拟现实应用中经常采用的技术, 是地形实时绘制系统中的核心组成部分, 具有非常重要的作用, 而且模型的好坏直接影响系统功能的实现。对多分辨率地形模型数据的组织, 目前普遍使用的是金字塔模型。
从底层开发变得不是经济可行, 人们使用各种图形引擎来满足自己的三维地形可视化需求。OSG是一款目前非常流行的开源引擎, 是一个面向对象的三维开发包, 包含了极丰富的类库, 操作灵活, 性能优越, 广泛应用于中小型项目当中。据世界权威的现代仿真网站 (www.modsim.org) 调查统计, OSG在世界仿真软件市场的占有率已超过51%, 如图1所示。而在虚拟现实中国社区 (http://www.Vrchina.net/vr/viewthread. Php tid=8139&extra=page%3D1) 目前所做的一个投票调查显示, OSG在国内的推广使用已经上升到第二位, 如图2所示。
2实现原理
OSG使用目前最普遍的一种大地形数据组织方法:金字塔模型。金字塔模型是一种多分辨率层次模型, 即采用倍率的方法构建, 形成多个分辨率层次。从金字塔的底层到顶层, 分辨率越来越低, 但表示的范围不变。通过构建金字塔模型, 可以为地形可视化系统提供不同分辨率的地形数据。然后用四叉树来组织这些地形数据。
2.1OSG金字塔分层分块方案
当数据量达到不能一次装入计算机内存时, 再简单的模型也无济于事, 更何况模型不能无限制地随意简化。因此, 解决问题的唯一途径就是对每一层进行横向分块, 实时渲染时根据需要调用相应层的相应块。为了降低计算机内存的消耗, 加快计算机处理时间, 同时也将数据进行纵向分层组织, 即采用金字塔模型。OSG采用等间隔划分方法对海量地形数据金字塔模型进行分层分块处理。如图3、图4所示。
2.2基于四叉树的地形调度策略
地形数据经过分块后, 使视点始终位于场景的中心位置附近。随着视点的移动, 只需将视点附近区域的数据注入内存, 动态地调度数据和释放数据。当数据块离视点较远时, 整个数据块可以用最粗略的层次, 即用四叉树的根节点来显示。当视点逐渐靠近时, 数据块的误差超过了指定阈值, 则将根节点分割为4个子节点来显示, 即调入4个子节点的数据, 同时从内存中清除父节点的数据。对各子节点递归调用此过程, 直至所有节点的误差在限定的误差范围内。视点远离数据块的过程与此相反。当数据块的部分节点移出视景体范围后, 只显示与视景体相交或完全位于范围内的子节点, 视景体外的节点由于被剪裁掉而不被显示;当整个数据块移出视景体范围后, 从内存中清除该数据块。 OSG内存释放是发生在该层10秒不用之后, 也就是该层被闲置了10秒, 那么该层所用内存将被释放, 该数据可以在osgDB::DatabasePager中得到并设置。
2.3基于四叉树结构的地形块简化
OSG采用边折叠简化算法对地形进行简化。流程如下:
(1) 计算格网所有三角形, 点, 边的连通性。
(2) 计算每个边折叠代价, 然后按代价从小到大的顺序进行排列。
(3) 给定一个限差值。
(4) 当代价的最小值小于给定限差时, 折叠该边, 同时重新计算与该边有关联的边的代价。
(5) 利用OSG::Geometry重新构网。
图5右边的牛模型是左边牛模型采用边折叠简化算法所得到的简化模型, 设置的样本比率为0.3, 点的最大误差为4。图6和图7分别表示不同填充模式下的牛模型。
2.4缝隙消除
在四叉树的节点之间, 由于细节层次不同, 在显示时会出现空洞。OSG采用垂直边缘法来避免这种问题。其主要思想就是在各节点边界周围生成垂直边缘填充裂缝, 垂直边缘的顶部为节点的边界值连成的折线, 其底部为节点块最高分辨率模型时在该边界处的最小值, 这样可以确保在该边界的所有边界格网点肯定在该底部之上。垂直边缘比较容易构建, 其纹理可以直接采用节点的纹理, 这样就可以有效避免裂缝的出现。如图8所示。
3成果展示
自从OSG2.0后, OSGDEM已从OSG中移出, 作为单独的一个部分VirtualPlanetBuilder来发展。VirtualPlanetBuilder是一种地形数据库创作工具, 是能够阅读各种地理图象和高程数据并建立小面积地形数据库, 乃至大规模如整个地球的庞大数据库。这些数据库可以上传到互联网, 并能够提供像Google Earth一样风格漫游整个地球的数据库。VirtualPlanetBuilder本身是一个基于OSG实时图形工具箱, 它可以创建基于OSG的二进制的最高效率的数据库。
使用OSG生成DEM, 大概有如下几个步骤。
3.1处理地形文件
第一个命令就是利用GDAL进行格式转换, 第二个是利用gdaladdo命令重采样 (-r即重采样) , 重采样算法选择average方法。2、4、8 、16、32表示级别的值 (level value) , 2表示以底层分辨率的1/2作为该层的分辨率。
3.2处理纹理图像
3.3生成层次模型
以上结果需要在命令行下运行, 同时, 为了方便处理, 一般要把数据拷贝到程序目录下, 或者进行环境变量的设置。过程抽象, 繁琐。本文设计了一个友好图形界面, 这样有效避免上述方法的不足。点击osgdem工具图标, 进入OSGDEM相关参数的设置。如图9、图10所示。
4结束语
本文对OSG大地形可视化方法进行了研究和总结, 在该基础上, 针对osgdem本身的不足做出了进一步地研究和完善, 使osgdem的处理更加直观、便捷。大地形可视化是一个涉及到很多技术难题的研究领域, 目前有很多学者也在从事这方面的研究, 相信随着研究的深入和其他边缘学科的发展, 必将会有更多的技术瓶颈被突破。
摘要：针对传统的地形海量数据 (基于规则格网数字高程模型) 渲染对软硬件需求高、开发周期长、开发难度大等问题, 提出了基于Open Scene Graph的解决方案, 使海量数据渲染在对硬件需求以及开发难度上都得到了明显的改善。
关键词：海量数据,大地形可视化,细节层次OSG
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可视化方法 第10篇
人们在地图空间认知的过程中"首先关注的是其所感兴趣的地名", 而非各式各样的点、线和面状符号[1], 地名具有其他地理要素不可比拟的高度概括性[2]。然而正因为这种高度概括性, 地名数据直观可视化和高效管理正成为目前研究的热点。地名数据与地理空间位置紧密相关, 故使用地理信息系统 (geographic information system, GIS) 对地名数据进行管理正在成为趋势, 包括地名实体融合、地名位置校正、重复地名处理、地名历史变迁、地名词条管理等是GIS对地名数据发挥管理作用的主要方面[3]。其中地名实体融合中的主要应用就是地名的地图化输入。地名地图化输入, 能够展示其蕴含的地理信息, 自然语言形式表达的模糊的地理信息被“翻译”成精确的地理位置和地理形态, 可作为许多应用领域的辅助工具, 如中文地名识别与抽取[4]、地理信息检索 (GIR) 、地理信息语义服务[5]、知识空间可视化[6]、基于位置的服务 (LBS) 、建立地学知识图谱[7]的等一系列地理信息服务领域。
地名可视化输入将地名与数字图形结合起来, 解决了传统地名输入方法中的“地”与“名”相分离的矛盾, 将地理位置和地理属性有机结合起来, 准确真实图文并茂的提供给用户, 增加用户对地名的记忆, 并能够实现地名信息与地图图形的双向查询与访问。
地名可视化输入方法具有直观性, 方便性, 用户只需要点击鼠标就能自动完成地名的输入。地名的输入方式很好地将地名与地图结合起来, 使用户输入更加直观。当用户只知道某地区的地理位置, 而不知道其具体名称而模糊知道其地理位置时, 使用该方法也能实现地名输入。此外, 该方法提供了更好的地名输入用户体验, 避免了用户在长下拉菜单中查找地名的麻烦, 并能够帮助用户记忆输入地名的地理位置, 增加了使用的方便性和趣味性。
一、传统地名输入方法的不足
“地名输入”本质上来说是用户根据要求输入相应的信息, 然后提交给系统进行适当的处理操作。但是, 这些具有地理空间特性的信息往往具有客观性, 直观性等特点[8], 这就要求我们制定合适的规则, 存储在文件系统或者XML或者关系型数据库中, 以满足其特性[9]。
目前传统的地名输入方式有两种, 即直接输入方式和“下拉列表”的方式。最基础的地名输入方法是允许用户直接输入, 向系统传送信息。虽然这种方式简单, 但是这种直接输入的方式有很多缺点, 用户必须准确地记住该地名以及书写方式, 这无形中增加了用户的负担。此外, 它无法保证用户输入信息不具有破坏性, 格式的正确性。基于这些原因, 一些地名输入系统对输入方式进行了改进, 如通过提供限定条件如“下拉列表”的方式展现给用户, 虽然这种方式解决了用户输入合法性, 格式等要求, 但是仍然存在缺陷, 如下拉列表可能很长, 导致用户找到一个地名会很麻烦, 不直观。此外, 当用户不知道一个地区的地名, 而只知道这个地区的地理位置时用户不能准确输入。特别是, 目前基于位置的服务 (LBS) 得到越来越普遍的应用, 使得用户对于地名信息输入的要求越来越向准确、快捷、直观方向发展[10]。针对这些问题, 有人提出了基于Flex等技术实现地名的输入[11], 但这种方式的数据相对固定, 不易更改, 且数据扩展性不好, 效率不高, 用户需要安装额外的插件。针对上述问题, 地名可视化输入方法使用户只需要鼠标点击就能自动完成地名的输入, 且具有数据扩展功能及动态交互性, 且不需要安装额外的插件。
二、地名可视化输入方法设计
任何一个工具都只有在经历良好的设计下才能形成一个用户满意的工具。进行设计时首先明确技术要求, 同时还要充分考虑界面、数据诸因素。
地名可视化输入工具是基于开源GIS工具Geotools设计实现的。Geo Tools是面向Java的地理信息处理软件, 按照功能模块划分明确, 层次结构清晰, 容易扩展[12]。Geo Tools库定义了的基本功能的对象结构和操作接口, 这些基本功能包括:空间数据及元数据处理、栅格数据读取、电子地图的渲染和空间分析等, 并支持多种矢量、栅格和数据库数据源, 能够很好得支持开源数据库Post GIS, 具有丰富的显示、管理、分析、查询的功能。对于不同格式的数据提供了不同的插件和不同的坐标参考方法等[13]。
设计良好的界面看起来应该是平衡的、协调的、令人感兴趣的, 而设计拙劣的界面只会令人迷惑和误导[14]。在设计风格上借鉴了已经比较完善的时间输入控件, 因为它们具有很多的共同点, 比如层次感, 时间可分为年月日, 地名可分为省市区等。但是地名与时间也有区别, 比如时间的计算具有一定的规律, 可以用万年历算法计算, 而地名是无形的基础地理信息, 必须由专业人员进行收集、整理、处理等。
下面重点讨论地名可视化输入方法的设计和实现, 以及在项目中的实际应用。
2.1地名可视化输入方法的总体结构
地名可视化输入方法的总体结构 (如图1所示) 由四部分构成:数据层, 数据操作层, 业务逻辑层, 表现层。
数据层采用数据库及文件系统存储地名与基本地图数据;数据操作层负责对数据的访问与处理;业务逻辑层利用数据操作层提供的数据对这些地图基本数据以及地名数据进行加工, 以及根据配置进行样式设置等;表现层则负责对基本地图与地名的显示, 动态交互, 以及提供地名的输入等功能。在界面设计上, 主要部分是区域的地图, 左上角是与之对应的下拉列表的地名按照字母排序的层级显示, 实现了地名信息与地图图形的双向查询与访问。用户不仅能通过点击地图, 层层显示地名, 下拉列表的地名也能够根据用户点击地图的位置识别用户选择的该层次地名, 同时用户也可以通过下拉列表的方式选择该层次地名, 该层次的地图也会得到响应。此外, 该方法还能够根据基础地名库与地图集的层次, 自动判断用户是否完成输入, 不需要额外的操作, 减少用户的负担。通过这种方法, 用户不仅能完成输入, 还能了解地名与地图的对应关系, 无形中增加用户对地名的记忆, 且增加了用户在输入地名过程中的趣味性知识性。
2.2地名可视化输入方法的数据来源
地名可视化输入的数据来源根据国内和国外的地理空间分为两部分。大陆的地名来源于国家基础地理信息资源系统, 该网站提供了全国省界, 市界, 县界等1:400万的矢量格式的数据。其他地区的地名来源于美国的DIVA-GIS网站。该网站包含世界各国的十一种数据能满足用户的需求。利用这两部分数据, 设计了基本地图库。用户通过点击地图, 层层地图化的显示地名信息。将地名与地理空间对照起来, 直观方便。此外, 对于基本地图库不包含的数据, 设计了地图素材库的数据生成工具。该方法是用户自己根据需要将采集的数据导入, 该方法会自动检测用户的数据是否满足地名输入的基本条件, 然后经过相应的算法以及用户的交互设置, 进行加工, 一键生成控件, 用户可以直接在项目中使用, 如图2所示。这样不仅提高了该方法的使用范围, 也提高了用户的使用效率。
三、关键技术及实现
3.1地名可视化输入的关键技术
3.1.1地名与地图的关联可视化
与传统的地名输入方案不同, 地名可视化输入将地名与地图关联起来, 形象直观的表达了地名与地图空间位置的关系。常见的三维地球如Google Earth、NASA的World Wind等, 这些开放API或者开放源代码免费的软件包通常功能丰富, 但占用资源多, 性能在一定程度上受限制[15]。本文结合地名可视化输入的关键问题进行了调研。在考虑技术、性能、资源占用、可行性等因素下, 采用了开源的GIS工具Geo Tools工具。为了地名与地图相对应显示, 地名与地图的多层次特点必须一一对应, 这样才能更准确高效的调度。为了地名能够显示在其代表的区域上, 设计了两种方案。首先计算其代表的区域多边形的质心, 将地名显示的位置默认为该质心。然而, 地名区域多边形并不都是凸多边形, 也即质心不一定都在区域内, 如中国省级地名甘肃省, 针对这种情况, 需要对质心进行“移动”, 地名才能显示在适当的位置;其次, 地名显示有可能会重叠在一起, 如中国省级地名中河北省与北京市, 针对这种情况, 我们往往对区域面相对大的处理, 使其显示更准确美观。
3.1.2地名与地图数据的分层组织与管理
地名的重要特点是像年月日表示的时间一样具有层次结构, 地名的层次化特点体现在地名可分为省市县等。在地名层次分解过程中, 要正确分解各类地名的不同层次级别。对于中国的地名可视化输入, 层次分为三级, 即省市县。“省”级主要包括省、直辖市、自治区、特别行政区等等。“市”级主要包括市、州、地区等。“县”级包括县、区、县级市、自治县等。通过这种方式划分后, 地名之间的层次感很清晰。另外, 地名的另一特点即包含关系, 因此必须能够根据当前位置找到上一级或者下一级地名 (如果存在的话) , 如能够根据“沈阳市”, 单步找到“辽宁省”或者“辽中县”。地名具有层次与包含两个特点, 与之对应的地图也必须按照这些特点组织, 才能为地名与地图的关联可视化提供基础。这些特点的对应关系的实现方式通常有两种方式。一是可以通过文件系统数据库的树状结构建立地图之间的关系, 地名则通过数据库设置外键关联方式确定特点, 同时制定地名与地图的对应关系, 二是通过矢量文件的属性指定地名与地图的关系[16]。这两种方式的区别明显, 数据库的树状结构表示明显, 但是考虑到精简性, 这里采用的是第二种方式。这种方式实现方便快捷, 用户只需要对符合上述条件的地图进行组织管理。
3.1.3地名与地图的渲染方法
地名与地图的渲染是地名可视化输入的重要工作, 也是实现地名可视化输入的难点。不过, 在前两步的基础上, 实现流程是可以进行多样式的地图设计, 用户可以根据自己的要求选择。实现流程可分为以下三步:
(1) 选择需要加载的矢量文件及其解码格式;
(2) 实现rule、style、labelplacement、textsymbolizer;
(3) 设置渲染流渲染该层数据等。
对于地名可视化输入, 较好的设置style是必要的, 因为对于每个“省”级的区域大小完全不同, 避免标注显示重叠或者不显示, 甚至需要修改多边形中心的计算方法, 以得到更好的视觉效果。
3.2地名可视化输入的实现
地名可视化输入方法的实现是对关键技术实现的结果。使用Geotools库, 对矢量地图数据以及地名数据进行分析处理输出显示的结果。基于这些关键技术方法, 实现了地名可视化输入的基本地图库和地图素材库。
3.2.1基本地图库
地图化的地名信息输入的功能是用户能够通过点击地图, 层层显示地名信息。本地名可视化输入的基本地图库包括全国的省市区三级数据。当鼠标经过某个区域时, 该区域会高亮显示, 给用户深刻的印象。如用户需要输入地名“广东省深圳市罗湖区”, 用户可以依次点击广东省地图, 深圳市地图, 罗湖区地图, 地名“广东省深圳市罗湖区”就可以自动输入, 非常方便快捷直观, 同时下拉列表中选中值也会根据用户的选择动态变化, 与用户进行动态的交互。此外, 用户也可通过下拉列表的方式查看当前层次的所有地名信息, 也可以通过它进行选择, 同时地图也会进行相应的变化, 实现两种方式地名输入的双向查询与交互。选择完县区级后会自动将地名输入。该方法方便、快捷, 同时增加了用户对地理空间的记忆。
3.2.2地图素材库
地图素材库的设计是由于地名的无规律性, 没有任何一种算法能够实现地名的搜集、统计, 所以设计并实现了地图素材库, 允许用户自己生成数据, 此功能为自发地理信息 (volunteered geographic information, VGI) [17]的管理提供基础功能。
图3是地图素材库的自导入工具的界面, 其中导入文件按钮是导入用户显示的地图文件, 为.shp格式。显示字段指对地图的标注字段, 这是一个下拉列表的形式, 内容是根据用户加载.shp文件对应的.dbf文件的字段属性自动填充的。父节点是用户加入的所有Shapefile的文件名。文件名是用户希望显示在系统中的文件夹名称, 同时也会显示在父节点的列表里。预览按钮是用户预览该设置下的地图化输入效果, 生成控件按钮则是一键生成控件, 用户能在其他地方直接调用。
通过地图素材库的设计, 用户可以任意导入需要的Shapefile文件, 实现地名可视化输入的功能。该控件设置灵活, 使用方便, 用户不需要编写任何代码即可使用。
四、应用
地名可视化输入方法在中国科技资源三维地图导航与检索系统和北京城市历史时空导航系统中得到了应用。中国科技资源三维地图导航与检索系统和北京城市历史时空导航系统都是基于中国之星数字地球平台。其中中国科技资源三维地图导航与检索系统对中国各个地区、省、市等进行科技资源可视化及对比分析。科技资源存储是以每个科技资源所在地相对应的, 同时也存储了其省份信息, 地市信息等, 检索对比时使用本方法方便快捷。而北京城市历史时空导航系统是以北京典型历史事件为时间维度, 对北京800年建都史中的城市形态和空间结构的事实和研究成果资源进行可视化展示及检索。北京城市信息资源中有大量的地图资源、地名资源, 利用本方法, 使用户输入和检索方便快捷, 同时增加了二维和三维之间地名之间的对应关系。图4是该方法在中国科技资源三维地图导航与检索系统中的体现。
五、结论
本文在分析传统的地名输入方法的基础上提出了地名可视化输入方法, 它采用Geo Tools工具渲染矢量文件, 用户只需要用鼠标点击地图的相应区域就能完成地名的输入, 解决了地名与地理空间位置的关联问题, 为数字地球平台下的地名服务部分提供了内容准备, 简化了用户操作, 改善了用户体验。
可视化管理的滋味 第11篇
一位病人躺在手术床上，身上穿蓝色的手术服，6名医护人员围拢在病人身边，他们的配合灵敏而默契。而在另一个手术病房里，医生在手术室里来回走动，快速地传递器械，气氛静穆。这是解放军总医院（以下简称301医院）正在进行的手术，通过手术室的摄像头，这一切投影在一面巨大的电子屏幕上，这是名为“卫勤指挥中心”的大型会议室里展现的情形。
在这里，可以通过摄像头监控医院的任何角落，可以远程控制数以万计的灯光、空调，可以监控所有的消防设备，甚至可以关闭和开启任何一栋楼里的某个大门。在摄像头无法抵达的角落，工作人员可以头戴移动摄像头到达现场，将影像传递到这里，便于决策者进行指挥，未来还将逐步实现对全院进行三维立体虚拟漫游，医院的管理者有望不离开指挥中心，便能够了解每个病房里的医生和病人的分布实况和就诊状况。2012年的12月，301医院初步应用信息化的手段，建立以上管理模式。
“你无法想象在301医院这样一个大型医院的管理多么复杂，301医院有1万多名员工，大约有1/5的人从事行政、后勤和保障工作。”301医院计算机中心主任史洪飞表示，“你无法想象医院需要管理的医疗设备和管道多么复杂，需要多少人员去进行维护。” 以后勤管理为例，医院希望了解所有设备的运行状况、保证在设备出现故障时可以及时进行检修，但是整个医院有数以万计的灯光、空调、消防设备，管理者无法完全从全局上把握这样的管理细节信息。其实，301医院在业界一直拥有最先进的临床医疗信息系统，不过全院综合管理是一个空白区域，目前在医疗领域，也鲜有医院涉足。
301医院的这一状况一直持续到2011年，这一年301医院的院长李书章提出，希望301建立一个综合信息的集成中心，以提高医院的运营效率，保障医院的安全运营。2012年北京发生了两起伤医事件后，301医院对综合指挥中心的需求越来越迫切，计算机中心开始着手建立“卫勤指挥中心”，目前，这个汇总全院信息的指挥中心不仅集成了医院设备的管理，还全面集成对门诊信息、住院信息等全部医院的医疗运行状况信息，并且在技术上初步实现了直观的二维可视化管理。
现场的后勤人员表示，他们在日常的管理中，可以监控到医院所有突发状况，不仅包括门诊大楼里的纠纷，还包括停止工作的摄像头、已经超出警戒水位的污水坑、以及出现故障的灯光等。这些出现异常的设备会以红色警报的方式在屏幕中直观显示。
除了医院中的设备，指挥中心可以监管到医院里所有的车辆使用情况，哪些车辆正在被使用、以及目前所处的位置都一清二楚。同时，301医院还是唯一一家可以访问999急救车辆信息系统的医院，指挥中心可以直观地看到999急救系统里的所有车辆所处的位置和状态，从而可以直接呼叫999的呼叫中心，安排距离病人最近的车辆，病人被送上救护车后，病人的心电、血压，呼吸等数据便直接传输到301医院的后台指挥中心。
除此之外，计算机中心还将原来分散在各个运营中心的信息系统集中到指挥中心，比如，在这里可以看到每天门急诊的病人数量、已经就诊的病人、已经使用的床位、以及门诊趋势等等信息。有了充分的数据，便很容易实现精细化管理，比如在门诊量下降的情况下，医生可以从门诊转移到病区工作。与此同时，医院的CT、核磁、普放、超声等四大医疗设备的运转情况也一览无遗，医院的管理者可以查看每一台设备是否正常运作、今天几点开始检查病人，检查了多少病人等，同时后台的指挥中心人员也可以进行异常监控。301医院初步将包括门诊信息、住院信息、医疗设备、大楼设备全部融合到后台信息体系中，进行了一体化的统一管理。
可视化方法 第12篇
国网鹰潭供电公司积极推广用电信息采集系统“全费控”功能,业务涉及到千家万户的电费结算,涉及到能否正确地及时通知欠费用户并能准确无误地停止欠费用户的电力供应,在交上电费后及时可靠地恢复完成交费用户的电力供应。在实际环境中,由于载波通信通道的原因,导致现场电能表无法与集中器有效通信。除影响正常数据抄收外,还无法正常响应费控命令,导致无法有效远程给用户停送电,出现问题也只能使用应急掌机和人工判断,站在现场通过观察智能电表信号接收灯一闪而过判断主站指令是否下达到位,工作效率较低,客户体验和客户满意较差。载波通道的电气性能特殊性,决定了其无法如RS485通道一样可以通过简单的转换头来监控通信报文。如何在现场有效的监测电力线载波通信数据,动态分析监测到的报文数据,使现场问题可视化,成为解决现场载波通信问题的关键。通过应用一套可视化现场监控和电力载波通讯报文监测装置,现场对主站下发指令后在电力载波通讯状况进行分析,装置可多功能分析电力线环境,可满足用户现场监测的需求,可通过监测系统现场的通讯数据,来衡量现场载波系统的稳定性,并在必要时快速找出和解决问题。
2 主要创新点
(1)设计开发3G无线传输视音频移动安全帽,摄像头具备红外夜视;开发设计头盔连接装置,可加装强光电筒,提高方便性,便于1人在现场、1人在后台协同开展报文分析,使现场操作可视化。随着3G无线网络技术和数字视频压缩技术的发展,在3G无线网络上传输视频和音频成为一种趋势。该项目是利用3G技术进行视频数据的无线网络传输的新型系统。它采用了先进的视频压缩算法H.264、流媒体视频数据压缩技术无线传输网络解决方案,整合了3G数据通讯功能和数字视频编码功能为一体化的便捷式的产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩,通过智能无线通讯终端发射到GPRS/CDMA/EDGE/3G网络,实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、加解码,链路的控制维护等功能。根据应用,把实时动态图像传输到距离用户最近的联通或移动通信网络。
(2)设计开发支持多厂商载波模块、支持插拔式模组(包括东软、鼎信、瑞斯康、矩泉等载波芯片的监测模组),实现多种载波芯片的接入监测,支持蓝牙通讯。模块接口遵循国家电网公司Q/GDW 375.2-2009《电力用户用电信息采集系统型式规范:集中器型式规范》(参考该标准文档6.3.1本地通信模块接口、6.3.2载波耦合接口)。通信规约遵循国家电网公司Q/GDW 376.2《电力用户用电信息采集系统通信协议:集中器本地通信模块接口协议》,属于集中式载波抄读模式。使用平板和监测软件可定性分析载波信号强度,使现场电力线里载波报文可视化。装置功能按键简捷有效的输入和控制,同时还设计了方便夹在空气开关的电源接线。
(3)本项目国内率先创新提出了可视化的一种电力载波现场通讯分析方法。该项目2015年4月已获得两项实用新型专利授权,2016年正申请两项实用新型专利。
3 预期成效及应用前景
(1)装置已在国网鹰潭供电公司推广使用,有关费控复电不及时的投诉为“零”;
(2)通过台区客户经理的操作和后台的支撑,使现场单人即可完成报文监测工作,精准定位故障点,大大提高了复电成功率,平均每月达到98.2%以上,提升工作效率;
(3)制定了用电信息采集报文故障排查流程和报文分析方法,在公司全面推广;
(4)可视化电力载波现场通讯分析方法,可被视为电力线载波通信的“万用表”和“示波器”,着力分析现场实际情况,指导现场人员迅速制定最佳实施方案,改变原有直接换集中器、直接换表的粗放式工作方法,优先更换载波芯片,预计可节约集中器和电表购置成本约36万。
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