Poznámky z 8. prezentace z UPG
This commit is contained in:
parent
398020f37b
commit
379779beb5
|
|
@ -0,0 +1,134 @@
|
|||
# Základy vizualizace vědeckých dat
|
||||
|
||||
## Význam vizualizace
|
||||
|
||||
- přesné definice neexistují
|
||||
- dělení založeno na intuici
|
||||
- různí autoři se neshodnou
|
||||
- často obdobné prostředky pro různé typy vizualizací
|
||||
- vědecké vizualizace zobrazují něco, co má fyzikální podstatu, geometrický tvar
|
||||
- výhradně číselné údaje
|
||||
|
||||
**Vědecká data**
|
||||
- pocházejí z fyzikálních měření a simulací
|
||||
|
||||
## Vizualizace vědeckých dat
|
||||
|
||||
- umožňuje snadnější pochopení problému
|
||||
- používána zejména v oblastech:
|
||||
- aplikovaná matematika
|
||||
- geofyzika
|
||||
- chemie a biologie
|
||||
- medicínský výzkum
|
||||
|
||||
**Charakteristika dat**
|
||||
- formální definice: vědecká data = kolekce uspořádaných množin P, PD, C, CD
|
||||
- P = množství bodů v $E^d$
|
||||
- dimenze bodů v praxi nejčastěji:
|
||||
- 1D - čas nebo parametrická vzdálenost od počátku
|
||||
- 2D - x, y
|
||||
- 3D - x, y, z nebo x, y, čas
|
||||
- 4D - x, y, z, čas
|
||||
- PD = množina hodnot přiřazených k bodům
|
||||
- každému bodu může být přiřazeno více hodnot
|
||||
- skalár, vektor, tensor
|
||||
- C = množina buňek (spojuje body z P)
|
||||
- nemusí být v datech přítomná
|
||||
- CD = množina hodnot přiřazených k buňkám
|
||||
- každé buňce může být přiřazeno více hodnot
|
||||
- obvykle není k dispozici
|
||||
- některé množiny mohou být prázdné
|
||||
- buňka = geometrický útvar
|
||||
- vrcholy = podmnožina P
|
||||
|
||||
**Vizualizační přístupy**
|
||||
- různé pro různé dimenze bodů
|
||||
- 2D (x, y), 3D (x, y, z)
|
||||
- různé pro různý typ hodnot
|
||||
- skalární pole, vektorová pole, tenzorová pole
|
||||
- neexistuje univerzální přístup
|
||||
- nejvhodnější přístup vizualizace je závislý aplikaci
|
||||
|
||||
### 2D skalární pole
|
||||
|
||||
**Barevná mapa**
|
||||
- předpoklad: pravidelná mřížka
|
||||
- $O(x, y)$ - pozice začátku
|
||||
- $\Delta x$ - vzdálenost mezi body na ose x
|
||||
- $\Delta y$ - vzdálenost mezi body na ose y
|
||||
- $m$ - počet bodů na ose x
|
||||
- $n$ - počet bodů na ose y
|
||||
- data převedena na obrázek
|
||||
- šířka = m
|
||||
- výška = n
|
||||
- barva pixelu $I(i, j)$ stanovena dle hodnoty přiřazené bodu (i, j)
|
||||
+ je-li (0, 0) okna v levém horním rohu (většina grafických knihoven), je nutné provést inverzi řádek, jinak se zobrazí data vzhůru nohama
|
||||
|
||||
**Kontury**
|
||||
- kontura, iso-čára nebo také vrstevnice = spojnice míst se stejnou hodnotou
|
||||
- typicky neprochází body z P
|
||||
|
||||
### 3D skalární pole
|
||||
|
||||
**Barevná mapa**
|
||||
- předpoklad: pravidelná mřížka
|
||||
- $O(x, y, z)$ = pozice počátku
|
||||
- $\Delta x$ = vzdálenost mezi body na ose x
|
||||
- $\Delta y$ = vzdálenost mezi body na ose y
|
||||
- $\Delta z$ = vzdálenost mezi body na ose z
|
||||
- $n_{x}$ = počet bodů v ose x
|
||||
- $n_{y}$ = počet bodů v ose y
|
||||
- $n_{z}$ = počet bodů v ose z
|
||||
- skalární pole v datech ukládáno výhradně po řádcích jako 3D matice (x pak y a pak z)
|
||||
- data lze rovněž zobrazit po řezech na ose x nebo y
|
||||
- obtížnější extrahovat hodnoty
|
||||
- vhodné uživateli nechat možnost, aby si vybral, který řez chce vidět
|
||||
- vhodné umožnit uživateli obrázek přiblížit
|
||||
|
||||
**Isoplocha**
|
||||
- obdoba vrstevnic z 2D
|
||||
- uživatel typicky musí stanovit iso-hodnotu
|
||||
- plocha procházející danou iso-hodnotou je vytvořena
|
||||
- nejčastěji se jedná o trojúhelníkovou síť
|
||||
- různé přístupy
|
||||
- plocha zobrazena jako 3D objekt (ve 3D)
|
||||
- může být poloprůhledná
|
||||
|
||||
### Vektorová pole
|
||||
|
||||
**Barevná mapa**
|
||||
- vektorové pole převedeno na skalární
|
||||
- skalární pole zobrazeno již známými technikami
|
||||
|
||||
**Glyfy**
|
||||
- v bodech zobrazen glyf (objekt)
|
||||
- typ glyfu, jeho velikost, barva, a orientace závisí na velikosti a směru vektoru
|
||||
- glyfem často šipka
|
||||
- nejjednodušší případ = šipka
|
||||
- má konstantní velikost a je vykreslena jednou barvou
|
||||
- složitější (ale častější) = velikost šipky je funkcí velikosti vektoru
|
||||
|
||||
**Streamlines**
|
||||
- křivky trajektorií částic ve vektorovém poli
|
||||
- pole nesmí být časově proměnlivé
|
||||
- nutno specifikovat startovní body
|
||||
- málo bodů = nedostatečně vystihuje chování
|
||||
- mnoho bodů = vysoké časové i paměťové nároky, navíc může být nepřehledné pro uživatele
|
||||
- výpočet streamlines
|
||||
- algoritmus postupuje ze startovacího bodu a hledá, kam se z tohoto bodu dostane částice unášená polem
|
||||
- možnosti zobrazení streamlines
|
||||
- staticky = vykreslení lomených čar (trajektorií)
|
||||
- dynamicky = vykreslení částic pohybujících se po streamlines v závislosti na čase
|
||||
|
||||
### Vizualizační nástroje
|
||||
|
||||
- vizualizace vědeckých dat aplikačně závislá
|
||||
- nástroje musí být použitelné laiky
|
||||
- vizualizační nástroje mají společnou myšlenku:
|
||||
- nástroj obsahuje sadu předdefinovaných modulů
|
||||
|
||||
**Komerční**
|
||||
- např. ANSYS, Matlab, 3D Doctor, TrueGrid
|
||||
|
||||
**Volně dostupné**
|
||||
- např. MVE2, MAF, ParaView, OsiriX, OpenDX (dřívější IBM Data Explorer), 3D Slicer, MayaVi Data Explorer
|
||||
Loading…
Reference in New Issue