CC BY
89
Феррейра Опасо Е.В. ©
Аспирант, кафедра информационные системы в экономике, Волгоградский государственный технический университет
СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ
Аннотация
В статье предложены основные принципы визуализации информации. Рассмотрены два современных подхода к визуализации математических объектов и понятий: с использованием пакетов прикладных математических программ и с применением графических библиотек визуализации.
Ключевые слова: визуализация информации, математические пакеты прикладных программ, графические библиотеки визуализации
Keywords: information visualization, mathematical software application packages, graphic libraries of visualization
На сегодняшний день существует множество методов визуализации информации. Используется многообразие пакетов анализа информации, которые позволяют строить сотни видов различных графиков и диаграмм. Визуализация позволяет исследователю обнаруживать особенности, выявлять закономерности и аномалии в больших объемах информации. В данной статье предполагается обобщить основные принципы визуализации информации, а также рассмотреть два основных подхода к визуализации объектов и понятий.
Основные принципы визуализации
Под компьютерной визуализацией понимают методику перевода абстрактных представлений об объектах в геометрические образы, что дает возможность исследователю наблюдать результаты компьютерного моделирования явлений и процессов [1, 21].
Выделяются три подобласти компьютерной визуализации:
- научная визуализация (визуализация результатов научных вычислений);
- визуализация программного обеспечения (использование графики для уяснения понятий и эффективной эксплуатации программного обеспечения и спецификации программ в процессе их разработки);
- визуализация информации (визуальное описание и представление, как правило, абстрактной информации, получаемой в процессе сбора и обработки данных различного назначения).
Обобщим основные принципы визуализации, которые встречаются в литературе [4, 5, 6] и необходимы для оптимального отображения информации:
1. Объем, состав и форма визуализируемой информации должны иметь определенное функциональное значение и соответствовать решаемым задачам.
2. Наглядность - возможность зрительного восприятия пространственных форм, размеров и взаимного положения объектов, возможность обзора и восприятия наиболее важных и существенных элементов содержания. При разработке наглядных информационных моделей необходимо четко определить признаки, которые целесообразно отобразить наглядно и в допустимой степени схематизации. В некоторых случаях необходима визуализация объектов, не обладающих наглядными признаками. В этих случаях происходит визуализация понятий, и строятся абстрактные информационные модели, отображающие свойства объекта, которые недоступны непосредственному наблюдению.
©© Феррейра Опасо Е.В., 2012 г.
3. Необходима легкая воспринимаемость отображаемой информации. Следовательно, отображаемые данные и показатели в визуальной модели должны находиться в определенной оптимальной структуре взаимодействия.
4. Для визуализации сложных динамических систем и образов нужно наглядно графически отображать изменения динамических объектов и их параметров с целью прогнозирования развития ситуации.
Реализация задачи визуальной интерпретации данных решается в основном двумя способами. Во-первых, с использованием подсистемы визуализации каких-либо прикладных математических пакетов программ. Во-вторых, с использованием графических библиотек визуализации.
Визуализация объектов средствами прикладных математических пакетов
На рынке прикладного программного обеспечения представлены разнообразные средства информационных технологий в виде интегрированных профессиональных математических пакетов, таких, как Mathematica, Maple, MathCad, MatLab, Statistica, LiveMath, Statgraphics, Stadia и другие.
Эти средства предоставляют широкие возможности для визуализации математических объектов и понятий. Очевидными достоинствами данного подхода являются общедоступность, многообразие и в общем случае гарантированная стабильность работы программных продуктов [3, 22].
Средства визуализации в пакетах прикладных программ являются универсальными системами визуализации. Математические объекты, которые можно описать средствами данных пакетов, можно также визуализировать, используя имеющиеся приемы и виды отображения с фиксированными параметрами. Часть пакетов для описания визуализации использует визуальные языки на базе потока данных.
Важной особенностью универсальных систем является наличие типового набора видов отображения для типовых математических объектов. Тем самым они могут дать инструмент для разработки специализированной визуализации. Задача пользователя -описать связь между модельными сущностями, которые необходимо визуализировать, и стандартными видами отображения, так, чтобы увидеть интересующие его особенности изучаемых объектов. Это зачастую требует от пользователя значительных усилий, а иногда вывод важных особенностей практически неосуществим. В основном, при помощи универсальных систем можно отобразить любые математические объекты. Следует отметить только, что полностью универсальных систем визуализации не существует. По сути, универсальные системы содержат некоторый стандартный набор видов отображения и приемов визуализации [2, 29].
Визуализация объектов средствами инструментальных графических библиотек
Метод построения двумерных и трехмерных графических объектов средствами программных интерфейсов (API) компьютерной графики намного сложнее, чем выше перечисленный, но при умелом его использовании можно получить потрясающие результаты.
Среди таких средств выделяются DirectX и OpenGL, причем предпочтение часто отдается последней по причине открытого кода и многоплатформенности. OpenGL предоставляет разработчику набор базовых графических примитивов для двумерных и трехмерных построений, а среда разработки позволяет задействовать мощные вычислительные средства для математических расчетов.
Средствами OpenGL очень наглядно (с элементами динамики и интерактивности) иллюстрируются многие сложные математические понятия: кривые и поверхности в пространстве, определенный интеграл и интегралы от функций нескольких переменных,
предельные поведения функций. Также можно эффективно визуализировать не только математические понятия, но и многие другие [3, 23].
Недостатком средств инструментальных графических библиотек является определенная сложность подобных разработок, как на этапе постановки, так и в процессе разработки задач.
Литература
1. Авербух, В.Л. К теории компьютерной визуализации / В.Л. Авербух // Вычислительные технологии. -2005. - Т. 10, № 6. - С. 21-51.
2. Авербух, В.Л. Опыт разработки специализированных систем научной визуализации / В.Л. Авербух, А.Ю. Байдалин, М.О. Бахтерев // Научная визуализация. - 2010. - Т. 2, № 4. - С. 27-39.
3. Возженников, А.П. Технология визуализации математических объектов и понятий / А.П Возженников, В.О. Голубев // Прикладная информатика. - 2008. - № 4 (16). - С. 22-26.
4. Горохов, В.Л. Современные методы когнитивной визуализации многомерных данных / В.Л. Горохов, А.А. Лукьянец, А.Г. Чернов. - Томск: Некоммерческий фонд развития региональной энергетики, 2007. - 216 с.
5. Шаропин, К.А. Визуализация результатов экспериментальных исследований / К.А. Шаропин, О.Г. Берестнева, Г.И. Шкатова // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316, № 5. - С. 172-176.
6. Эйнджел, Э. Интерактивная компьютерная графика: вводный курс на базе OpenGL / Э. Эйнджел. - 2 изд.: пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. - 592 с.
