《數(shù)據(jù)可視化技術(shù)》課件-第4章 可視化數(shù)據(jù)表示

第4章可視化數(shù)據(jù)表示學(xué)習(xí)目標要找到一種脈絡(luò)，具體了解可視化技術(shù)的實現(xiàn)方法，就必須深入分析和掌握可視化過程所采用數(shù)據(jù)的樣式、格式及其相關(guān)表征首先要明確可視化過程中的數(shù)據(jù)是如何表示的2025/2/192內(nèi)容

4.1可視化數(shù)據(jù)表征

4.2可視化圖元4.3數(shù)據(jù)集分類2025/2/1934.1.1模型與數(shù)據(jù)

經(jīng)過可視化管線的學(xué)習(xí)，大致可以將數(shù)據(jù)可視化用以下三個元組加以表示：簡言之，就是針對期望可視化的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先建立好的一定顯示模型，再利用一定算法實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)的展示。2025/2/194程序4-1-1沒有數(shù)據(jù)源輸入即可得到顯示結(jié)果的可視化樣例沒有輸入任何數(shù)據(jù)，整個圖像的顯示是靠單純設(shè)定了其圖像模型為Arrow即可實現(xiàn)。2025/2/1954.1.2采樣與插值計算機所實現(xiàn)的數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)過程中各類信息和數(shù)據(jù)需要表示為離散化的形態(tài)。單純依賴于等距離分割而形成采樣點的方式并不能夠有效進行解決。

可以采用插值的方法來仿真鄰接點之間的關(guān)系，使得零散分布的數(shù)據(jù)點之間的關(guān)系趨于合理。2025/2/196程序4-1-2通過足夠多的數(shù)據(jù)采樣點由多邊形模型生成圓形

2025/2/197程序4-1-2通過足夠多的數(shù)據(jù)采樣點由多邊形模型生成圓形

2025/2/1984.1.3數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征可視化數(shù)據(jù)是一種離散的數(shù)據(jù)集合。

數(shù)據(jù)的拓撲維度0維的數(shù)據(jù)會顯示為點狀圖案1維的數(shù)據(jù)會顯示為曲線2維的數(shù)據(jù)會顯示為曲面3維的數(shù)據(jù)則會顯示為體狀圖像，也可以有更加高維的數(shù)據(jù)和空間。2025/2/199所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)是幾維數(shù)據(jù)？程序4-1-31維數(shù)據(jù)的可視化：

2025/2/1910內(nèi)容

4.1可視化數(shù)據(jù)表征

4.2可視化圖元4.3數(shù)據(jù)集分類2025/2/19114.2.1數(shù)據(jù)集2025/2/1912在數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)中，具有組織結(jié)構(gòu)和相關(guān)數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)對象就構(gòu)成了數(shù)據(jù)集。

根據(jù)數(shù)據(jù)集的特性進行分類，有利于為相同特征的數(shù)據(jù)集合尋找適當?shù)慕鉀Q方案。數(shù)據(jù)集內(nèi)在的拓撲結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)是表征其中數(shù)據(jù)關(guān)系的重要方面。4.2.1數(shù)據(jù)集2025/2/1913拓撲表現(xiàn)了幾何變換下數(shù)據(jù)所具有的內(nèi)在特征，屬于將物體連續(xù)形變之后保持不變的性質(zhì)。幾何結(jié)構(gòu)是拓撲結(jié)構(gòu)在具體坐標系之下的實例化結(jié)果，它是按照坐標位置將拓撲結(jié)構(gòu)進行固定的結(jié)果。

拓撲展現(xiàn)了數(shù)據(jù)點之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系，而幾何結(jié)構(gòu)則展現(xiàn)了數(shù)據(jù)點之間的平面或空間位置關(guān)系。程序4-2-1球體經(jīng)幾何變換呈現(xiàn)橢球

2025/2/1914程序4-2-2圖數(shù)據(jù)所對應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

2025/2/19154.2.2圖元模型預(yù)定義的模型對于規(guī)則數(shù)據(jù)的可視化具有一定效果現(xiàn)實之中大量數(shù)據(jù)屬于非規(guī)則數(shù)據(jù)，并不能夠簡單地采用一些預(yù)定義的模型進行處理要實現(xiàn)更一般的可視化圖形構(gòu)建，就必須引入可視化圖元這一概念2025/2/19164.2.2圖元模型

2025/2/19174.2.2圖元模型在圖元模型中，圖元是構(gòu)成可視化模型的基本單位。給定一個圖元，它會對應(yīng)一個有序的點集

圖元具有不可再分的特點，同時都屬于構(gòu)成數(shù)據(jù)集的基本單位，同時每種圖元會對應(yīng)一個點的序列，即圖元拓撲2025/2/19184.2.2圖元模型預(yù)定義的模型對于規(guī)則數(shù)據(jù)的可視化具有一定效果點集中點的數(shù)量代表了一種點的維度信息，同時也是圖元大小的一種衡量指標，又稱為圖元尺寸當某個點圖元使用了點，因此點的使用集合可以進行如下表示：2025/2/19194.2.2圖元模型

2025/2/1920圖4-2-316種基本的線性圖元程序4-2-3四個點狀圖元的演示

2025/2/1921程序4-2-3四個點狀圖元的演示

2025/2/1922程序4-2-4利用圖元的方式建立點的連線模型

2025/2/19234.2.3全局坐標與局部坐標三維空間中的笛卡爾坐標系是最為常見的坐標形式，又稱為全局坐標。全局坐標中的點是沿著x、y、z三個坐標軸取值的三元組（x,y,z），可以用來指定數(shù)據(jù)集的幾何屬性，如法線、向量的性質(zhì)等。利用全局坐標標注的信息可以稱之為方位。

為充分運用其拓撲屬性和幾何性質(zhì)，更加方便進行計算和模型設(shè)計，這種數(shù)據(jù)集自身的坐標就屬于局部坐標。2025/2/19244.2.3全局坐標與局部坐標拓撲坐標是用于標記具體的圖元或子圖元，而幾何坐標用于確定圖元內(nèi)部的具體位置，稱為區(qū)位。在圖元內(nèi)部指定某個位置就需要幾何坐標，也稱為參數(shù)坐標，是在具體圖元結(jié)構(gòu)之內(nèi)與圖元具有相同維度的坐標。2025/2/19254.2.3全局坐標與局部坐標

2025/2/1926圖4-2-5數(shù)據(jù)集所使用的全局坐標與局部坐標程序4-2-5四邊形圖元的可視化

2025/2/1927內(nèi)容

4.1可視化數(shù)據(jù)表征

4.2可視化圖元

4.3數(shù)據(jù)集分類2025/2/19284.3.1數(shù)據(jù)集建模2025/2/1929數(shù)據(jù)集之內(nèi)的圖元之間一般會遵循某種結(jié)構(gòu)特征，反映了數(shù)據(jù)集中圖元的顯示特點。規(guī)則性是數(shù)據(jù)集的一個重要表征。

如果坐標點具有一定規(guī)則性，就說明數(shù)據(jù)集具有幾何規(guī)則性。

如果圖元之間的拓撲關(guān)系呈現(xiàn)規(guī)則性，則該數(shù)據(jù)集具有拓撲規(guī)則性。4.3.1數(shù)據(jù)集建模2025/2/1930數(shù)據(jù)集之內(nèi)的圖元之間一般會遵循某種結(jié)構(gòu)特征，反映了數(shù)據(jù)集中圖元的顯示特點。規(guī)則性是數(shù)據(jù)集的一個重要表征。在界定這種規(guī)則性的時候主要考慮的是數(shù)據(jù)集中坐標點和圖元的關(guān)系，如果坐標點具有一定規(guī)則性，就說明數(shù)據(jù)集具有幾何規(guī)則性。4.3.1數(shù)據(jù)集建模2025/2/1931

圖4-3-1幾種常見的數(shù)據(jù)集模型4.3.1數(shù)據(jù)集建模2025/2/1932線性網(wǎng)格，也稱為正交網(wǎng)格，線性網(wǎng)格允許行、列的間距進行變化。與線性網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)集也遵循規(guī)則拓撲結(jié)構(gòu)的特征。散點數(shù)據(jù)集對應(yīng)著空間中的不規(guī)則點集，屬于沒有拓撲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，同時其幾何結(jié)構(gòu)也是非結(jié)構(gòu)化的。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的拓撲結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)都是非結(jié)構(gòu)化的，因此可以支持任意的圖元，這是其它數(shù)據(jù)集所不具備的特征。程序4-3-1利用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型可視化一個六面體圖元

2025/2/1933程序4-3-1利用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型可視化一個六面體圖元

2025/2/19344.3.2結(jié)構(gòu)化坐標圖像數(shù)據(jù)模型是一種非常典型的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集模型，其拓撲結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的。在圖像數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)可以表示為一個向量

其中的坐標原點可以表示為

只需要在各個坐標軸上指定一個索引2025/2/1935程序4-3-2線性網(wǎng)格進行數(shù)據(jù)的剖面分析的示例

2025/2/1936圖4-3-3線性網(wǎng)格模型所展示的數(shù)據(jù)剖面4.3.3圖元鑲嵌可視化系統(tǒng)在應(yīng)對多樣化的圖元顯示問題時，引入了圖元鑲嵌這一概念，即在可視化過程中，通過鑲嵌算法，通過對非線性圖元內(nèi)部的細分，從而鑲嵌出更為細致的子圖元。只要細分的粒度達到一定程度，從宏觀上看，通過圖元細分所鑲嵌出來的子圖元就已經(jīng)近似為線性圖元。2025/2/19374.3.3圖元鑲嵌邊細分算法：循環(huán)處理圖元的邊，只要邊的長度大于一定值，就可以對該圖元的邊進行細分，最簡單的就是將該邊均等分。2025/2/1938程序4-3-3利用邊細分方法實現(xiàn)二次四面體圖元的鑲嵌

2025/2/1939data=vtk.vtkUnstructuredGrid()data.SetPoints(points)data.InsertNextCell(cell.GetCellType(),cell.GetPointIds())tessellate=vtk.vtkTessellatorFilter()tessellate.SetInputData(data)tessellate.SetM