第一章-信息可視化課程簡介

信息可視化技術(shù)主講人：劉天亮liutl@

TEL京郵電大學(xué)圖像處理與圖像通信江蘇省重點實驗室目錄什么是可視化為什么要可視化課程規(guī)劃課程基本信息TheAmericanHeritageDictionary1.Formationofmentalvisualimages（可視圖象的表達形式）可視化（Visualization）2.Theactorprocessofinterpretinginvisualtermsorofputtingintovisibleform（用可視形式進行解釋的動作或過程；形象化）可視化的定義計算機學(xué)科：利用人眼的感知能力對數(shù)據(jù)進行交互的可視表達以增強認(rèn)知的技術(shù)

使用圖形傳達信息Everypicturetellsastory.—RodStewart,1971?VAST(VisualAnalyticsScienceandTechnology) —可視分析科學(xué)與技術(shù)?InfoVis(InformationVisualization)—信息可視化

?SciVis(ScientificVisualization)—科學(xué)可視化

VIS會議?ACMSiggraph?EuroVis?PacificVis?IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics其他相關(guān)期刊和會議?ArieE.Kaufman–希伯來大學(xué)物理和數(shù)學(xué)學(xué)士–魏茲曼探究所計算機碩士–本古里安大學(xué)計算家博士–紐約州立大學(xué)石溪分校教授、系主任–IEEEFellow、ACMFellow–1989年創(chuàng)辦IEEEVis會議（co-founder）–1995年出版IEEETVCG，任首任主編

可視化的起源和先驅(qū)?早期的需求:

科學(xué)計算計算可視化–工業(yè)設(shè)計、核物理等對大規(guī)模科學(xué)計算數(shù)值理解的需要–醫(yī)學(xué)影像可視化的需要：MarchingCube

可視化的起源和先驅(qū)?學(xué)科的演化

–信息可視化

–可視分析

?

近年來，概率和統(tǒng)計學(xué)突然變得更加重要起來。計算機科學(xué)所研究的潛在的科學(xué)問題已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)Υ笮碗S機圖、高維數(shù)據(jù)以及維度約減等方面的研究。研究人員已經(jīng)開始對包含數(shù)十億頂點的社交網(wǎng)絡(luò)展開研究。改變是如此迅速且不可預(yù)計，只有那些有能力探索新方向的大學(xué)院系才有可能成為計算機學(xué)科的引領(lǐng)者。

-JohnHopcraft

可視化的起源和先驅(qū)記錄信息分析推理證實假設(shè)交流思想可視化的作用記錄信息伽利略繪制的月亮周期GalileoGalilei,1616LeonardoDaVinci,ca.1500引用：TheHistoryofVisualCommunication

TheGalileoProject,RiceUniversity威廉·柯蒂斯繪制的植物圖譜WilliamCurtis(1746-1799)達芬奇繪制的身體結(jié)構(gòu)

信息成像或草圖記載是將浩如煙海的信息記錄成文、世代傳播的有效方法之一記錄信息E.J.Muybridge,1878邁布里奇（1830-1904），英國攝影師，成名于使用多個攝影機對動物運動的記錄，形成定格動畫的工作。馬在跑步時有沒有四腳騰空？《科學(xué)美國人》

邁布里奇關(guān)于馬的運動記錄記錄信息PhotoFinishes:InformationRichRogervonOech復(fù)合終點攝影圖片：劉翔110米欄撞線時刻記錄

地圖Konyatownmap,Turkey,c.6200BC

AnaximanderofMiletus,c.550BC

MilestonesProject

http://www.math.yorku.ca/SCS/Gallery/milestone/通過記錄信息的地圖，分析推理中國數(shù)顆觀測衛(wèi)星拍到抗戰(zhàn)勝利70年紀(jì)念大閱兵現(xiàn)場三號衛(wèi)星天安門閱兵日融合影像

為了保證衛(wèi)星準(zhǔn)確拍攝天安門及周邊區(qū)域，提高數(shù)據(jù)處理效率，及時制作合格的光學(xué)產(chǎn)品，資源衛(wèi)星中心運行服務(wù)人員從衛(wèi)星觀測計劃制定、復(fù)核、優(yōu)化到系統(tǒng)運行保障、光學(xué)產(chǎn)品圖像制作，提前進行了周密部署，并擬定了應(yīng)急預(yù)案，為圓滿完成既定任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。實踐九號A衛(wèi)星天安門閱兵日融合影像為了保證衛(wèi)星準(zhǔn)確拍攝天安門及周邊區(qū)域，提高數(shù)據(jù)處理效率，及時制作合格的光學(xué)產(chǎn)品，資源衛(wèi)星中心運行服務(wù)人員從衛(wèi)星觀測計劃制定、復(fù)核、優(yōu)化到系統(tǒng)運行保障、光學(xué)產(chǎn)品圖像制作，提前進行了周密部署，并擬定了應(yīng)急預(yù)案，為圓滿完成既定任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。高分二號衛(wèi)星天安門閱兵日融合影像高分二號衛(wèi)星天安門西側(cè)閱兵日融合影像

高分二號衛(wèi)星天安門東側(cè)閱兵日融合影像

分析推理PlanetaryMovementDiagram,c.950已知最早展現(xiàn)行星運動變化的圖表（一年中太陽、月亮、行星的位置）

1686年繪制的歷史上第一幅天氣圖，顯示了地球的主流風(fēng)場分布。這也是向量場可視化的鼻祖。Halley’sWindMap,1686。（哈雷彗星的軌跡計算者、天文學(xué)家）

可視化擴充了人腦的記憶，幫助人腦形象理解和分析面臨任務(wù)，顯著提高分析信息的效率

分析推理英格蘭1700-1780年間的貿(mào)易出口序列圖W.Playfair,1786（蘇格蘭工程師、政治經(jīng)濟學(xué)家）

世界上第一幅餅圖，顯示了1789年土耳其帝國在亞洲、歐洲和非洲的疆土比例W.Playfair,1801蘇格蘭1780-1781年間的貿(mào)易出口情況

分析推理M.Wattenberg,2005孩子的名字和社會數(shù)據(jù)分析可視化（輸入名字、顯示1900年以來的使用數(shù)）SketchingUncertaintyintoSimulations分析推理抽象LondonSubwayMap,19271927年繪制的倫敦地鐵圖，遵循地理相對位置關(guān)系抽象1931年，身為電氣工程師的Beck重新設(shè)計了倫敦地鐵圖：?顏色區(qū)分路線?水平、垂直、45度角?路線上的車站距離與實際距離不成比例關(guān)系1933年HarryBeck設(shè)計的倫敦地鐵圖成為地鐵路線的標(biāo)準(zhǔn)可視化方法NewYorkTimes,20102015南京地鐵規(guī)劃圖展示隱含模式?CharlesJosephMinard（1781-1870），法國工程師、從事水壩，運河和橋梁的工程建造和教育事業(yè)。70歲退休后，開始可視化研究，“法國的Playfair”，是可視化黃金時代的大師。?1869年創(chuàng)作流地圖作品，拿破侖1812遠征圖。這幅圖被后世學(xué)者稱為“有史以來最好的統(tǒng)計圖表”。

?表現(xiàn)的是拿破侖皇帝統(tǒng)帥的法國軍隊在1812-1813年間對俄羅斯的入侵。這場戰(zhàn)爭以法國軍隊的慘敗而告終，侵入俄國的42萬人最終生還者僅僅數(shù)萬。

展示隱含模式E.Tufte,Writings,Artworks,NewsC.J.Minard,18691812-1813年拿破侖進軍莫斯科的歷史事件的流圖可視化，被譽為最好的統(tǒng)計可視化

展示隱含模式E.Tufte,VisualExplanations,1997“鬼圖”幫助發(fā)現(xiàn)霍亂流行原因英國Broad大街；JohnSnow醫(yī)生,1854展示隱含模式NYTimes統(tǒng)計不同類型人群如何使用一天的時間展示隱含模式NYTimes統(tǒng)計圖中可以看出的一些規(guī)律。

?所有人:吃、睡、工作、看電視加起來平均占2/3的時間?男人:工作高點在11a.m.（在工作日有70%的人此時在工作)?女人:超過八成干別的時間超過家務(wù)和看孩子，家務(wù)和看孩子的高峰時間是下午6點?有工作者:早上6點六成的人在睡覺，比沒工作的多80%?失業(yè)者：平均每天花一個半小時在找工作，每天收拾屋子時間2小時以上，比從業(yè)者高1個小時?輕體力從業(yè)者（含部分老幼婦孺）:每天看電視4個小時以上，比無業(yè)者還多50分鐘；。。。展示隱含模式NYTimesNetflix公司09年影片租賃業(yè)務(wù)業(yè)績圖

展示隱含模式《讓子彈飛》人物關(guān)系互動圖

交互Sketchpad第一個交互式繪圖系統(tǒng),1963IvanSutherland,圖形學(xué)之父DougEngelbart,發(fā)明鼠標(biāo),1968與視覺呈現(xiàn)相同，交互是可視化系統(tǒng)的另一核心要素，緩解有限可視化空間與數(shù)據(jù)過載的矛盾，更好參與數(shù)據(jù)理解與分析

傳播思想PreventableWoundsOtherF.Nightingale,CrimeanWar,1856南丁格爾設(shè)計的克里米亞戰(zhàn)爭死亡人數(shù)統(tǒng)計玫瑰圖傳播思想傳播思想HansRosling,講述200年全球人類社會健康與發(fā)展過程TED2006傳播思想AaronKoblin,TED2006傳播思想AaronKoblin,TED2006可視化目標(biāo)：信可視化數(shù)據(jù)客觀正確

可視化目標(biāo)：達準(zhǔn)確表達作者意

可視化目標(biāo)：雅作品形式與內(nèi)容和諧統(tǒng)一，有藝術(shù)個性目錄什么是可視化為什么要可視化課程規(guī)劃課程基本信息信息爆炸信息科學(xué)領(lǐng)域面臨的一個巨大挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)爆炸?；ヂ?lián)網(wǎng)使得信息的采集、傳播的速度和規(guī)模達到空前的水平，實現(xiàn)了全球的信息共享與交互。

科學(xué)數(shù)據(jù)爆炸SloanDigitalSkySurveyATLUM/ConnectomeProjectHalVarian,Google’sChiefEconomist

TheMcKinseyQuarterly,Jan2009“將來幾十年中，處理數(shù)據(jù)的能力將會成為至關(guān)重要的技術(shù)——理解數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、提取數(shù)據(jù)價值、可視化數(shù)據(jù)、與數(shù)據(jù)交流?！驗楝F(xiàn)在我們的確擁有無處不在的、可自由獲取的數(shù)據(jù)?！薄癟heabilitytotakedata—tobeabletounderstandit,toprocessit,toextractvaluefromit,tovisualizeit,tocommunicateit—that’sgoingtobeahugelyimportantskillinthenextdecades,...becausenowwereallydohaveessentiallyfreeandubiquitousdata.”

感知世界相對于數(shù)據(jù)爆炸，人自身的認(rèn)知能力如何？

有多少個“V”？有多少個“V”？一起來找茬看看都發(fā)生了哪些變化？

Ready？GO！注意到變化了嗎？引用：/Members/George/Demos.html注意到變化了嗎？引用：/Members/George/Demos.html注意到變化了嗎？引用：/Members/George/Demos.html變化盲視（ChangeBlindness）RonRensink2002?當(dāng)我們同時經(jīng)歷著多樣事物發(fā)生時僅僅關(guān)注其中一樣而忽視了其他樣事物的發(fā)生而且不知道它們的發(fā)生，我們稱這種現(xiàn)象為變化盲視。

?它體現(xiàn)了人的視覺信息處理和認(rèn)知的局限性RonRensink2002變化盲視人的視覺信息處理和認(rèn)知有局限性

TheHistoryofVisualCommunication“智慧之源”“Itisthingsthatmakeussmart.”–DonaldNorman如何盡可能發(fā)揮人類的特長，增強對海量信息的認(rèn)知能力？

TheHistoryofVisualCommunication“智慧之源”文字和語言使人類知識得到傳承和發(fā)展，但圖示沒有消失！

“智慧之源”IdeaMaps,byJamieNastVisualThinkingCollection,DaveGrey圖表一直是協(xié)助思考，輔助記憶，啟發(fā)智慧的重要工具

哪個年齡段及收入水平人群的三酸甘油脂水平（身體脂肪量）趨勢與其他均不同？使用記憶進行查詢男性女性年齡段65歲以下65歲及以上65歲以下65歲及以上0-$24,999250200375550$25,000+430300700500可視化查詢SlideafterStephenKosslyn,ClearandtothePoint協(xié)助思考使用感知代替認(rèn)知作為大量工作記憶的外界輔助增強認(rèn)知能力總結(jié)：可視化可視化致力于外部認(rèn)知，也就是說，怎樣利用大腦以外的資源來增強大腦本身的認(rèn)知能力。“Visualizationisreallyaboutexternalcognition,thatis,howresourcesoutsidethemindcanbeusedtoboostthecognitivecapabilitiesofthemind.”StuartCard目錄什么是可視化為什么要可視化課程規(guī)劃課程基本信息第一部分：基礎(chǔ)設(shè)計原則過程&數(shù)據(jù)任務(wù)&交互感知視覺編碼色彩第二部分：方法單視圖多視圖過濾

&

聚集降維評估第三部分：技術(shù)統(tǒng)計圖表樹&網(wǎng)絡(luò)地圖文本&圖象第四部分：應(yīng)用JockMackinlay–

Tableau（桌面系統(tǒng)中最簡單的商業(yè)智能工具軟件）BenFry-

Visualization&TheArtsJanetIwasa-

VisualizationinBiologyFernandaViegas&MartinWattenberg-SocialVisualizationBangWong-CommunicatingwithVisualizations百度地圖制作自己的可視化作品GoogleRefineTableauRProcessingD3(JS)ColorBrewer編程工具ch2r2chrhchrgchrfchrdchrcbchrrachch1r2ch9r1chr18chr3chr17chr16c

rh5chr1chr4chr5chr15chr14chr13chr4chr6rch12r1source:Humandestination:Lizardchr1chr2chr7chr8chr9chr10chchr20chrXchrYchr3chr2chr3chr6linesaturation-

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