From 379779beb577462b8360f15d20213584c63a1e2e Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: Filip Znachor <filip@znachor.cz>
Date: Thu, 25 May 2023 16:08:44 +0200
Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?Pozn=C3=A1mky=20z=208.=20prezentace=20z=20UPG?=
MIME-Version: 1.0
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8
Content-Transfer-Encoding: 8bit

---
 .../08. Základy vizualizace vědeckých dat.md  | 134 ++++++++++++++++++
 1 file changed, 134 insertions(+)
 create mode 100644 KIV UPG/08. Základy vizualizace vědeckých dat.md

diff --git a/KIV UPG/08. Základy vizualizace vědeckých dat.md b/KIV UPG/08. Základy vizualizace vědeckých dat.md
new file mode 100644
index 0000000..2c89c36
--- /dev/null
+++ b/KIV UPG/08. Základy vizualizace vědeckých dat.md	
@@ -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
\ No newline at end of file