數(shù)據(jù)可視化原理與實踐（第二版）

目 錄
第1 章 導(dǎo)論???????????????????????????????????????????????? 1
1．1 可視化如何工作???????????????????????????? 2
1．2 本書定位???????????????????????????????????????? 7
1．3 本書結(jié)構(gòu)???????????????????????????????????????? 9
1．4 符號???????????????????????????????????????????????11
1．5 網(wǎng)絡(luò)資料???????????????????????????????????????11
致謝??????????????????????????????????????????????????????? 12
第2 章 從圖形到可視化?????????????????????????? 13
2．1 一個簡單的例子?????????????????????????? 13
2．2 圖形渲染基礎(chǔ)?????????????????????????????? 16
2．3 渲染高度圖?????????????????????????????????? 18
2．4 紋理映射?????????????????????????????????????? 22
2．5 透明度與混合?????????????????????????????? 24
2．6 視角(viewing) ????????????????????????????? 26
2．7 匯總?????????????????????????????????????????????? 29
2．8 總結(jié)?????????????????????????????????????????????? 31
第3 章 數(shù)據(jù)表達?????????????????????????????????????? 32
3．1 連續(xù)數(shù)據(jù)?????????????????????????????????????? 32
3．1．1 什么是連續(xù)數(shù)據(jù)??????????????????? 32
3．1．2 數(shù)學(xué)連續(xù)性?????????????????????????? 33
3．1．3 維度：幾何、拓撲、屬性?????? 34
3．2 采樣數(shù)據(jù)?????????????????????????????????????? 34
3．3 離散數(shù)據(jù)集?????????????????????????????????? 39
3．4 單元類型?????????????????????????????????????? 40
3．4．1 頂點???????????????????????????????????? 40
3．4．2 線段???????????????????????????????????? 41
3．4．3 三角形????????????????????????????????? 41
3．4．4 四邊形????????????????????????????????? 42
3．4．5 四面體????????????????????????????????? 42
3．4．6 六面體????????????????????????????????? 43
3．4．7 其他單元類型??????????????????????? 43
3．5 網(wǎng)格類型?????????????????????????????????????? 44
3．5．1 均勻網(wǎng)格?????????????????????????????? 44
3．5．2 正交網(wǎng)格?????????????????????????????? 46
3．5．3 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格??????????????????????????? 47
3．5．4 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格??????????????????????? 47
3．6 屬性?????????????????????????????????????????????? 49
3．6．1 標(biāo)量屬性?????????????????????????????? 49
3．6．2 向量屬性?????????????????????????????? 49
3．6．3 顏色屬性?????????????????????????????? 49
3．6．4 張量屬性?????????????????????????????? 53
3．6．5 非數(shù)值型屬性??????????????????????? 55
3．6．6 屬性數(shù)據(jù)的性質(zhì)???????????????????? 56
3．7 采樣數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)的計算??????????????????? 58
3．8 實現(xiàn)?????????????????????????????????????????????? 60
3．8．1 網(wǎng)格實現(xiàn)?????????????????????????????? 60
3．8．2 屬性數(shù)據(jù)實現(xiàn)??????????????????????? 65
3．9 高級數(shù)據(jù)表達??????????????????????????????? 68
3．9．1 數(shù)據(jù)重采樣??????????????????????????? 68
3．9．2 散亂點插值??????????????????????????? 70
3．10 總結(jié)???????????????????????????????????????????? 74
第4 章 可視化管線?????????????????????????????????? 75
4．1 概念層面?????????????????????????????????????? 75
4．1．1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入?????????????????????????????? 76
4．1．2 數(shù)據(jù)濾波和濃縮???????????????????? 77
4．1．3 數(shù)據(jù)映射?????????????????????????????? 78
4．1．4 數(shù)據(jù)渲染?????????????????????????????? 83
4．2 實現(xiàn)層面?????????????????????????????????????? 83
4．3 算法分類?????????????????????????????????????? 88
4．4 總結(jié)?????????????????????????????????????????????? 89
第5 章 標(biāo)量可視化?????????????????????????????????? 91
5．1 顏色映射?????????????????????????????????????? 91
5．2 設(shè)計有效的顏色圖??????????????????????? 92
5．3 等高線法???????????????????????????????????? 101
5．3．1 步進方格???????????????????????????? 105
5．3．2 移動立方體????????????????????????? 106
?6?
5．4 高度圖???????????????????????????????????????? 109
5．4．1 脊?fàn)顖D(Enridged Plots)?????????110
5．5 總結(jié)?????????????????????????????????????????????113
第6 章 向量可視化?????????????????????????????????114
6．1 散度和渦度?????????????????????????????????114
6．2 向量符號?????????????????????????????????????117
6．2．1 向量符號討論??????????????????????119
6．3 向量顏色編碼???????????????????????????? 122
6．4 位移圖???????????????????????????????????????? 125
6．5 流對象???????????????????????????????????????? 127
6．5．1 流線及其變體????????????????????? 127
6．5．2 流管?????????????????????????????????? 134
6．5．3 3D 數(shù)據(jù)集中的流線和管束??? 135
6．5．4 流帶?????????????????????????????????? 136
6．5．5 流面?????????????????????????????????? 137
6．5．6 紋面?????????????????????????????????? 139
6．6 基于紋理的向量可視化????????????? 140
6．6．1 IBFV 方法?????????????????????????? 141
6．6．2 IBFV 的實現(xiàn)?????????????????????? 143
6．6．3 IBFV 例子?????????????????????????? 146
6．7 向量場的簡化表示???????????????????? 147
6．7．1 向量場拓撲結(jié)構(gòu)????????????????? 148
6．7．2 特征檢測方法????????????????????? 151
6．7．3 向量場分解方法????????????????? 151
6．8 說明性的向量場渲染????????????????? 157
6．9 總結(jié)???????????????????????????????????????????? 159
第7 章 張量的可視化???????????????????????????? 160
7．1 主成分分析???????????????????????????????? 160
7．2 分量可視化???????????????????????????????? 163
7．3 標(biāo)量主成分分析信息的可視化???? 165
7．4 向量主成分分析信息的可視化???? 167
7．5 張量符號???????????????????????????????????? 168
7．6 纖維追蹤???????????????????????????????????? 171
7．7 說明性的纖維渲染???????????????????? 174
7．8 超流線???????????????????????????????????????? 178
7．9 總結(jié)???????????????????????????????????????????? 180
第8 章 域建模技術(shù)???????????????????????????????? 181
8．1 切割???????????????????????????????????????????? 181
8．1．1 數(shù)據(jù)磚抽取????????????????????????? 181
8．1．2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集切片?????????????? 182
8．1．3 隱函數(shù)切割????????????????????????? 183
8．1．4 一般化切割????????????????????????? 183
8．2 選取???????????????????????????????????????????? 184
8．3 散亂點網(wǎng)格構(gòu)建????????????????????????? 185
8．3．1 三角化方法????????????????????????? 185
8．3．2 表面重建與繪制?????????????????? 188
8．4 網(wǎng)格處理技術(shù)????????????????????????????? 198
8．4．1 幾何變換???????????????????????????? 198
8．4．2 網(wǎng)格簡化???????????????????????????? 198
8．4．3 網(wǎng)格細化???????????????????????????? 201
8．4．4 網(wǎng)格平滑???????????????????????????? 203
8．5 總結(jié)???????????????????????????????????????????? 206
第9 章 圖像可視化???????????????????????????????? 207
9．1 圖像數(shù)據(jù)表示????????????????????????????? 207
9．2 圖像處理與可視化????????????????????? 208
9．3 基本的成像算法????????????????????????? 209
9．3．1 基本的圖像處理?????????????????? 209
9．3．2 直方圖均衡化????????????????????? 210
9．3．3 高斯平滑???????????????????????????? 212
9．3．4 邊緣檢測???????????????????????????? 215
9．4 形狀表示及分析????????????????????????? 218
9．4．1 基本分割???????????????????????????? 220
9．4．2 高級分割???????????????????????????? 221
9．4．3 連通區(qū)域???????????????????????????? 226
9．4．4 形態(tài)學(xué)操作????????????????????????? 228
9．4．5 距離變換???????????????????????????? 230
9．4．6 骨架化??????????????????????????????? 240
9．4．7 在2D 圖像中的骨架計算????? 243
9．4．8 3D 中的骨架計算???????????????? 247
9．5 總結(jié)???????????????????????????????????????????? 254
第10 章 體可視化?????????????????????????????????? 255
10．1 動機?????????????????????????????????????????? 255
10．2 體可視化基礎(chǔ)??????????????????????????? 257
10．2．1 分類????????????????????????????????? 258
10．2．2 最大強度投影函數(shù)????????????? 259
10．2．3 平均強度函數(shù)??????????????????? 259
?7?
10．2．4 取值距離函數(shù)??????????????????? 260
10．2．5 等值面函數(shù)??????????????????????? 260
10．2．6 混合函數(shù)?????????????????????????? 261
10．2．7 體著色????????????????????????????? 264
10．3 圖像序技術(shù)?????????????????????????????? 266
10．3．1 采樣和插值??????????????????????? 267
10．3．2 分類與插值順序???????????????? 269
10．4 對象序技術(shù)?????????????????????????????? 270
10．5 體繪制與幾何繪制的比較??????? 271
10．6 總結(jié)?????????????????????????????????????????? 272
第11 章 信息可視化?????????????????????????????? 273
11．1 什么是信息可視化??????????????????? 273
11．2 信息可視化與科學(xué)可視化的技術(shù)
比較????????????????????????????????????????????????????? 274
11．2．1 數(shù)據(jù)集????????????????????????????? 275
11．2．2 數(shù)據(jù)域????????????????????????????? 276
11．2．3 數(shù)據(jù)屬性?????????????????????????? 277
11．2．4 插值????????????????????????????????? 278
11．3 表格可視化?????????????????????????????? 279
11．4 關(guān)系可視化?????????????????????????????? 283
11．4．1 樹可視化?????????????????????????? 283
11．4．2 圖可視化?????????????????????????? 292
11．4．3 圖解可視化??????????????????????? 314
11．5 多變元數(shù)據(jù)可視化??????????????????? 316
11．5．1 平行坐標(biāo)系??????????????????????? 316
11．5．2 降維????????????????????????????????? 319
11．5．3 多維標(biāo)度?????????????????????????? 320
11．5．4 基于投影的降維???????????????? 321
11．5．5 高級降維技術(shù)??????????????????? 322
11．5．6 投影解釋?????????????????????????? 323
11．5．7 投影質(zhì)量評估??????????????????? 327
11．6 文本可視化??????????????????????????????? 332
11．6．1 基于內(nèi)容的可視化????????????? 333
11．6．2 程序代碼可視化???????????????? 334
11．6．3 演化文檔可視化???????????????? 336
11．7 總結(jié)?????????????????????????????????????????? 341
第12 章 結(jié)束語?????????????????????????????????????? 343
附錄 可視化軟件???????????????????????????????????? 346
參考文獻???????????????????????????????????????????????????? 359
專業(yè)詞匯表???????????????????????????????????????????????? 382