可視化（圖形）
可視化或可視化（請參閱拼寫差異）是創建圖像，圖表或動畫以傳達消息的任何技術。自人類曙光以來，通過視覺圖像可視化是一種傳達抽象和具體思想的有效方法。歷史包括洞穴繪畫，埃及象形文字，希臘的幾何形狀以及萊昂納多·達·芬奇（Leonardo da Vinci ）的革命性技術繪畫方法，用於工程和科學用途。
當今的可視化在科學，教育，工程（例如產品可視化），交互式多媒體，醫學等方面都有不斷擴展的應用。可視化應用的典型是計算機圖形的領域。自文藝復興時期中央視角以來，計算機圖形（和3D計算機圖形）的發明可能是可視化最重要的發展。動畫的開發也有助於提高可視化。
概述
使用可視化來提供信息並不是一種新現象。它已在地圖，科學圖紙和數據圖中使用了一千年。製圖的例子包括托勒密的地理（公元2世紀），中國地圖（公元1137年）和拿破崙對俄羅斯入侵俄羅斯的一個世紀半月前的Minard的地圖（1861）。設計這些圖像時學到的大多數概念以直接的方式延續到計算機可視化。愛德華·塔夫特（Edward Tufte）撰寫了三本廣受好評的書，這些書籍解釋了許多原則。
計算機圖形從一開始就被用來研究科學問題。但是，在早期，缺乏圖形功能通常會限制其用途。最近對可視化的重視始於1987年，當時是在科學計算中發表可視化的，這是計算機圖形的特刊。從那時起，由IEEE計算機社會和ACM Siggraph共同贊助了幾次會議和研討會，專門研究了一般主題，以及該領域的特殊領域，例如數量可視化。
大多數人都熟悉電視上天氣報告期間生產的數字動畫，儘管很少有人可以區分這些現實模型和此類程序上也顯示的衛星照片。電視在顯示道路或飛機事故的計算機繪製和動畫重建時，還提供了科學可視化。一些最受歡迎的科學可視化示例是計算機生成的圖像，這些圖像顯示了真正的航天器，在遠遠超出地球或其他行星上的空隙中。可視化的動態形式，例如教育動畫或時間表，有可能增強對隨著時間變化的系統的學習。
除了交互式可視化和動畫之間的區別外，最有用的分類可能是在抽象和基於模型的科學可視化之間。抽象可視化在2D或3D中顯示了完全概念上的結構。這些生成的形狀是完全任意的。基於模型的可視化要么將數據疊加在真實或數字構造的現實圖像上，要么直接從科學數據中對真實對象進行數字構造。
科學可視化通常是使用專用軟件進行的，儘管有一些例外，如下所示。這些專業程序中的一些已作為開源軟件發布，其起源經常起源於大學，在一個學術環境中，共享軟件工具並訪問源代碼很常見。還有許多專有的科學可視化工具軟件包。
用於構建可視化的模型和框架包括由AVS，Iris Explorer和VTK Toolkit等系統普及的數據流模型，以及電子表格系統中的數據狀態模型，例如用於可視化的電子表格和圖像的電子表格。
申請
科學可視化
作為計算機科學的主題，科學可視化是使用交互式，感官表示（通常是視覺）的抽像數據來增強認知，假設構建和推理。科學可視化是具有隱式或顯式幾何結構的模擬或實驗中數據的轉換，選擇或表示，以允許對數據的探索，分析和理解。科學可視化焦點並強調使用主要圖形和動畫技術的高階數據表示。這是可視化的非常重要的部分，也許是第一個，因為實驗和現象的可視化與科學本身一樣古老。科學可視化的傳統領域是流動可視化，醫學可視化，天體物理可視化和化學可視化。有幾種不同的技術可以可視化科學數據，而等值範圍的重建和直接體積渲染更為常見。
數據和信息可視化
數據可視化是涉及統計圖形和地理空間數據（如主題製圖中）的可視化相關子類別，該類別以示意圖形式抽象。
信息可視化集中於使用計算機支持的工具來探索大量抽像數據。術語“信息可視化”最初是由Xerox Parc的用戶界面研究組創造的，其中包括Jock Mackinlay。信息可視化在計算機程序中的實際應用涉及以促進人類互動以探索和理解的形式選擇，轉換和表示抽像數據。信息可視化的重要方面是視覺表示和互動性的動力學。強大的技術使用戶能夠實時修改可視化，從而在所討論的抽像數據中對模式和結構關係提供無與倫比的感知。
教育可視化
教育可視化正在使用模擬來創建某些東西的圖像，以便可以教授它。當教授一個難以看見的主題，例如原子結構時，這是非常有用的，因為原子太小了，無法輕鬆研究而沒有昂貴且難以使用科學設備。
知識可視化
使用視覺表示在至少兩個人之間傳遞知識的旨在通過使用計算機和非計算機的可視化方法來改善知識的傳遞。因此，正確設計的可視化不僅是數據分析，而且是知識傳輸過程的重要組成部分。使用混合設計可以顯著改善知識轉移，因為它可以增強信息密度，但也可能會降低清晰度。例如，可以使用ISO-Surfaces實現3D標量字段的可視化，用於該場的梯度的字段分佈和紋理。此類視覺格式的示例包括草圖，圖表，圖像，對象，交互式可視化，信息可視化應用程序和虛構可視化，如故事中。儘管信息可視化集中於使用計算機支持的工具來獲取新的見解，但知識可視化側重於轉移洞察力並在組中創建新知識。除了事實的轉移之外，知識可視化旨在通過使用各種互補可視化來進一步轉移見解，經驗，態度，價值觀，期望，觀點，觀點，觀點和預測。另請參閱：圖片詞典，視覺詞典
產品可視化
產品可視化涉及可視化軟件技術，用於查看和操縱3D模型，技術圖和其他相關組件和大型產品組裝的文檔。它是產品生命週期管理的關鍵部分。產品可視化軟件通常提供高水平的光真實主義，因此可以在實際製造產品之前先查看產品。這支持功能從設計和样式到銷售和營銷。技術可視化是產品開發的重要方面。最初是手工製作的技術圖紙，但是隨著高級計算機圖形的興起，圖紙板已被計算機輔助設計（CAD）取代。 CAD-Drawings和模型比手工製作的圖紙具有多個優點，例如3-D建模，快速原型和仿真的可能性。 3D產品可視化有望為在線購物者提供更多的互動體驗，但也挑戰零售商克服3D內容的障礙，因為大規模3D內容的生產可能非常昂貴且耗時。
視覺交流
視覺交流是通過視覺顯示信息的溝通。它主要與兩個維圖相關聯，其中包括：字母數字，藝術，標誌和電子資源。該領域的最新研究集中在網絡設計上，並以圖形為導向的可用性。
視覺分析
視覺分析的重點是與可視化系統的人類互動，這是更大的數據分析過程的一部分。視覺分析已被定義為“交互式視覺界面支持的分析推理科學”。
它的重點是在大規模，動態變化的信息空間內的人類信息話語（互動）。視覺分析研究集中於對感知和認知操作的支持，這些操作使用戶能夠檢測到預期並發現複雜信息空間中的意外情況。
視覺分析產生的技術幾乎在所有領域都找到了其應用，但受到生物學和國家安全的關鍵需求（和資金）的驅動。
互動
交互式可視化或交互式可視化是計算機科學中圖形可視化的一個分支，涉及研究人類如何與計算機互動以創建信息的圖形插圖以及如何使該過程更有效。
為了將可視化視為互動性，必須滿足兩個標準：
一種特殊類型的交互式可視化是虛擬現實（VR），其中使用沉浸式顯示器（例如立體聲投影儀）顯示信息的可視化表示（請參閱立體鏡檢查）。 VR還具有使用空間隱喻的特徵比人類更小或更大的規模可以直接感覺到）或具有形狀（相反，它可能完全是抽象的）。
交互式可視化的另一種類型是協作可視化，其中多人與相同的計算機可視化互動，以相互交流他們的想法或合作探索信息。通常，當人們身體分離時，會使用協作可視化。使用幾台網絡計算機，可以同時向每個人提供相同的可視化。然後，人們對可視化的註釋以及通過音頻（即電話），視頻（即視頻會議）或文本（即IE， IRC ）消息進行通信。
人類對可視化的控制
程序員的層次交互式圖形系統（ PHIGS ）是交互式可視化的第一個程序化努力之一，並提供了對人類提供的輸入類型的列舉。人們可以：
- 選擇現有的視覺表示的一部分；
- 找到一個興趣點（可能沒有現有代表）；
- 撫摸一條路；
- 從選項列表中選擇選項；
- 通過輸入一個數字來插音；和
- 通過輸入文本來寫。
所有這些動作都需要物理設備。輸入設備範圍從常見的（鍵盤，鼠標，圖形平板電腦，軌跡球和觸摸板）到深奧的 -有線手套，動臂臂，甚至是全向跑步機。
這些輸入操作可用於控制所表示的唯一信息或信息的呈現方式。當更改顯示的信息時，可視化通常是反饋循環的一部分。例如，考慮一個飛機航空系統系統，飛行員輸入滾動，音高和偏航以及可視化系統提供了飛機新態度的渲染。另一個例子是一個科學家，他在響應其當前進度的可視化時會更改模擬。這稱為計算轉向。
更常見的是，信息的表示而不是信息本身。
對人類輸入的快速響應
實驗表明，在提供輸入和視覺表示更新之間的延遲超過20毫秒之間是大多數人都明顯的。因此，可以在此時間範圍內根據人類輸入提供基於人類輸入的渲染。但是，當必須處理大量數據以創建可視化時，當前技術這將變得困難甚至不可能。因此，“交互式可視化”一詞通常應用於在輸入幾秒鐘內向用戶提供反饋的系統。術語互動幀量通常用於測量可視化的交互式。幀速率測量可視化系統可以生成圖像（幀）的頻率。每秒50幀（幀/s）的幀率被認為是好的，而0.1幀/s被認為較差。然而，使用幀量來表徵交互性是有些誤導的，但是由於幀率是帶寬的量度，而人類對潛伏期更敏感。具體而言，可以實現50幀/s的良好幀率，但是如果生成的圖像是指一個人在1秒前進行的可視化更改，則它不會讓人感到互動。
交互式可視化所需的快速響應時間很難滿足，並且已經探索了幾種方法，可以根據其輸入為人們提供快速的視覺反饋。一些包括
- 並行渲染- 同時使用多個計算機或視頻卡來渲染圖像。可以通過不同的計算機同時渲染多個幀，並通過網絡傳輸的結果在單個顯示器上顯示。這要求每台計算機保存所有信息的副本，並增加帶寬，但也會增加延遲。同樣，每台計算機都可以渲染單個幀的不同區域，並通過網絡發送結果以進行顯示。這再次要求每台計算機保存所有數據，並且當一台計算機負責與其他計算機相比，一台計算機呈現屏幕區域時，可能會導致負載不平衡。最後，每台計算機都可以渲染包含信息子集的整個幀。然後可以通過網絡發送所得的圖像以及相關的深度緩衝區，並與其他計算機的圖像合併。結果是一個框架，其中包含所有要渲染的信息，即使沒有單個計算機的內存保留所有信息。這稱為平行深度合成，當必須交互式渲染大量信息時使用。
- 漸進式渲染- 如果渲染的某些信息要呈現，並且一旦可視化不再改變，則可以保證幀速率的一部分。
- 範圍（ LOD ）渲染級別- 在人提供輸入時，在簡化的信息表示時可以實現所需的幀率，然後將完整表示一旦人通過操縱可視化來生成靜止圖像。 LOD渲染的一種常見變體是子採樣。當所表示的信息存儲在拓撲矩形陣列中（與數字照片， MRI掃描和有限差模擬一樣，可以輕鬆地通過跳過每個1點渲染的n點來生成較低的分辨率版本。亞採樣還可以用於加速渲染技術，例如音量可視化，這些技術需要超過兩倍的圖像計算圖像。通過渲染較小的圖像，然後縮放圖像以填充所需的屏幕空間，渲染相同數據所需的時間要少得多。
- 無框渲染- 可視化不再以時間序列的圖像呈現，而是作為單個圖像，其中不同區域會隨著時間而更新。