可视化技术研究范文
可视化技术研究范文第1篇
[关键词] SSCI； 教育技术； 可视化； 热点； 前沿； 高影响力
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 胡小勇（1978—），男，江西奉新人。教授，博士，硕士生导师，主要从事信息化教育、信息化教师专业发展等研究。E-mail：。
一、研究背景
一直以来，教育技术领域的国际学者（如加涅、乔纳森、汉纳芬等）和学术组织（如AECT等），对我国教育技术的发展有着深远影响。关注国际教育技术发展热点与动态趋势，成为我国教育技术学者们最重要的学术活动之一，意义重大。
《社会科学引文索引》（SSCI），是国际上社会科学最权威的研究引文索引。SSCI的来源期刊都经过了科学方法的层层筛选，其发表的研究文献都反映了国际研究的主流和前沿。[1]鉴于此，本研究结合国际教育技术研究的发展历程，对SSCI所收录的教育技术五本核心期刊《British Journal of Educational Technology》《Computers & Education》《Education Technology & Society》《International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning》《Australasian Journal of Educational Technology》，从2002至2012年相关的论文进行文献分析，可视化呈现近11年来国际教育技术研究的热点和前沿，为国内研究提供参考依据。
二、研究设计
（一）方法、工具与数据源
本研究采取定量研究为主、定性研究为辅的方法，采用词频分析法对文献进行定量研究，并在可视化结果上进一步定性分析。词频分析法，是指利用能够揭示或表达文献核心内容的关键词或主题词的频次高低来确定该领域研究热点和发展动向的文献计量学方法。[2]
在工具选择上，本研究所采用的CiteSpaceⅡ，是一种科学知识图谱中的引文分析软件。它是美国德雷克赛尔大学信息科学与技术学院的陈超美博士开发，基于Java编程语言的信息可视化软件。CiteSpaceⅡ能够有效探索学科知识领域的演进与研究前沿，并进行可视化分析，使得文献计量学分析易于呈现历时性的动态，[3]并具有以下基本功能：（1）通过引文网络分析，找出学科领域演进的关键路径；（2）找出学科领域演进的关键节点文献（知识拐点）；（3）分析学科演化的潜在动力机制；（4）预测学科或知识领域研究前沿。[4]
以Web of Science（WOS）为数据源，检索SSCI收录的上述五本教育技术期刊的论文信息，时间选择是从2002-01-01到2012-12-31。CiteSpaceⅡ可直接对WOS的数据进行提取研究关键术语的操作，并开展词频分析及引文分析。
（二）分析思路
第一，对样本文献中高频度、高突变和高中心性的关键术语进行分析，形成研究热点的可视化知识图谱，初步判断国际教育技术领域11年来的研究重点和热点。同时利用CiteSpaceⅡ绘制的关键术语时间序列图谱，呈现11年来国际研究热点的变迁，得出近年来衍生出的新研究主题和方向。第二，在CiteSpaceⅡ中利用词频探测技术进行分析，明确突变专业术语，并生成代表研究前沿的可视化知识图谱，进而深入分析该领域的研究前沿。第三，通过对作者及文献的共被引分析，生成可视化知识图谱，分析国际研究中具有重要地位和贡献的学者，以及对近年来教育技术领域具有高影响力的经典文献。
三、国际教育技术研究热点与变迁
（一）研究热点的可视化分析
1. 研究热点的可视化呈现
使用CiteSpaceⅡ以关键词为节点，时间分区为一年，设置top N% per sliced值为30%，采用Pathfinder算法，绘制高频关键术语共现网络（即研究热点知识图谱），如图1所示。
研究热点知识图谱
在该图谱中，年环大小代表频次，内部不同年轮的颜色代表相应的年份。外部年轮为紫色的年环（箭头所指）表示具有高中介中心度的关键节点。数值高的中介中心度节点，对其他节点之间的联系起到控制作用，体现了其在整个网络中的重要地位。[5]由图1可知，2002—2012年间国际教育技术领域的研究热点包括：“teaching/learning strategies（教与学的策略）”、“interactive learning environments（互动学习环境）”、“pedagogical issues（教学法话题）”、“improving classroom teaching（提高课堂教学）”、“students（学生）”、“computer-mediated communication（计算机媒介通讯）”、“cooperative/collaborative learning（合作/协作学习）”、“education（教育）”、“technology（技术）”、“media in education（教育媒体）”、“secondary education（中等教育）”、“elementary education（初等教育）”、“applications in subject areas（学科领域应用）”、“post-secondary education（专科教育）”、“multimedia/hypermedia systems（多媒体/超媒体系统）”和“human-computer interface（人机界面）”。
将这些频次100以上的关键术语进行中介中心度的二次统计，如表1所示。从频次排序看，“Teaching/Learning Strategies”最高，其节点年环明显最大。从节点中介中心度看，“interactive learning environments”和“multimedia/hypermedia systems”两个节点的紫色年环最大，其中心度最高，占该领域研究的核心地位。综上所述，2002—2012年间国际教育技术领域中，“teaching/learning strategies”相关研究最广泛，但是相对突出的研究热点是“tnteractive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”和“secondary education”等的相关研究。
2. 研究热点的讨论
在国际教育技术领域中，“teaching/learning strategies”的研究最为普遍。随着教育理念从“教”向“学”的转变，教学策略也逐渐向学习策略转变。在学生为主导的教学环境背景下，对“students”的研究具有重要的意义。在国际教育技术研究领域，对“学生”的研究主要包括学习方式、学习策略、学习态度、学习效果、认知能力、认知风格、社会关系等主题。学习环境建设也是国际教育技术领域研究的一个重点。社会的信息化发展，对学习环境变革提出了新诉求，学习环境必须能够促进学习者主动的、有效的学习。国际教育技术学者在关注对学习环境的“interactive（互动性）”研究时，无论是面对面授课，还是网络远程授课，都强调必须在师生间、生生间搭建良好的互动交流环境。媒体系统的演化，则展示了媒体与人类学习的密切联系。从“multimedia”到“hypermedia”，反映了教育对网络技术的采纳。“hypermedia systems”能够将用户引入包含相关信息的页面，其作为促进教与学的工具，在教育中有着广泛的用途。
（二）研究热点变迁的可视化分析
1. 研究热点变迁的可视化呈现
基于上述分析基础，利用CiteSpaceⅡ对研究热点分布再作进一步的时间线图分析，如图2所示。
从时间线图来看，国际教育技术领域的各研究主题，在2005年或更早之前就已基本成熟化，呈现出相对的静态稳定性。在2005—2012年间，少数巨大影响力的新研究热点出现，而主要还是对之前研究热点的继续深化。但是，从时间线图的总体方向来看，几乎每年都会衍生出一些新的研究主题，例如“self-efficacy（自我效能感）”、“self-explanations（自我解释）”、“virtual reality（虚拟现实）”等，说明国际教育技术领域的研究具有与认知心理学领域研究相结合的态势。其中术语“virtual reality”在2007年左右出现，词频分布比较均匀，说明它可能成为研究的一个新热点。
另外，本研究针对总频数和中介中心度均较高的关键术语（包括“interactive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”、“secondary education”）作了激增分析，得出总频数和中介中心度均居高的关键术语的各年频数基本上都呈现增长趋势，且结点年份与起始年份的频数相比，差异明显。这些关键术语近11年来的频数增长曲线，体现了所对应主题的研究具有良好的发展态势。
2. 研究热点变迁的讨论
在2005年前后，国际教育技术领域的研究已趋于成熟，而此后几年中衍生的研究主题大多与认知心理学相关，如“self-efficacy”、“self-explanations”等。美国Robert Zheng和Matthew McAlack等学者在2009年发表的文章《Effects of Multimedia on Cognitive Load， Self-Efficacy， and Multiple Rule-Based Problem Solving》，对“multimedia on cognitive load（多媒体认知负荷）”和“self-efficacy”的关系进行了深入研究；[6]2006年，Silke Schworm和Alexander Renkl两位学者在文章《Computer-Supported Example-Based Learning： When Instructional Explanations Reduce Self-Explanations》中对“Computer-supported example-based learning（计算机支持的案例学习）”与“self-explanations”之间的关系进行了论述。[7]随着网络技术的发展和应用，相关研究内容呈现上升趋势。其中“virtual reality”作为一个新的研究领域，营造了“自主学习”的环境，并能节省成本、规避风险、打破时空限制。在教学中应用“virtual reality”技术对师生来说都越来越具有吸引力；但美国Kami Hanson和Brett E. Shelton两位学者在文章《Design and Development of Virtual Reality： Analysis of Challenges Faced by Educators》中也指出，基于虚拟现实技术的教学活动具有一定的难度和挑战性，必须综合各方面因素开展适当的教学设计。[8]
四、国际教育技术研究前沿
（一）研究前沿的可视化呈现
在CiteSpaceⅡ中，同样以关键词为节点，时间分区为一年，选择突变专业术语类型为“burst term”，设置top N% per sliced值为30%，阀值设置（c，cc，ccv）的值分别为{（1，1，20），（2，2，20），（2，2，20）}，同时标出突现点，得到图3所示的知识图谱。其中代表突现点的节点变成红色的（箭头所指）。并生成“summary table”，对节点的Σ值进行整理，见表2。可知代表研究前沿的术语有：“distributed learning environments（分布式学习环境）”、“learning communities（学习社区）”、“computer-mediated communication”、“architectures for educational technology system（教育技术系统的体系结构）”、“teaching/learning strategies”和“collaborative learning”。
（二）研究前沿的讨论
深度分析上述术语，可将国际教育技术领域的研究前沿方向概括为四类：理论研究类、环境资源类、策略方法类、媒体技术类。结合关键术语共现的可视化知识图谱以及词频统计结果：（1）在理论研究类方向，主要是对“architectures for educational technology system”开展研究，具体包括“evaluation of CAI systems（计算机辅助教学评价系统）”、“intelligent tutoring systems（智能教学系统）”、“distance education and telelearning（远程教学）”、“e-learning（数字化学习）”和“construction（建构）”等主题内容；（2）在环境资源类方向中，重点研究的主题是“学习环境”，其中“环境”包括“interactive learning environments”、“distributed learning environments”、“learning communities”和“classroom（教室/课堂）”；（3）在策略方法类方向中，主要是对“teaching/learning strategies”开展研究，具体主题包括“improving classroom teaching（提高课堂教学）”、“cooperative/collaborative learning”、 “evaluation methodologies（评价方法）”、“communication（交际）”、“tools and methods（工具和方法）”和“navigation（导航）”等，此外，还针对“elementary education”、“secondary education”、“post-secondary education”和“adult learning（成人学习）”等教育阶段的教学方法策略进行研究；（4）在媒体技术类方向中，主要是针对以计算机网络为代表的新技术开展相关研究；包括“computer-mediated communication”、“human-computer interface”、“virtual reality”、“Internet”和“computer”等信息技术在教育中的应用。
五、国际教育技术领域高影响力的学者与文献
（一）高影响力的学者
运行CiteSpaceⅡ，将节点类型选择为“Cited author”，设置top%为30%，阀值设置（c，cc，ccv）的值分别为{（2，2，20），（2，3，20），（2，3，20）}，得到关于作者共现信息 从图4和表3可以看出，共现频次及节点的中介中心度最高的学者是Vygotsky，L.S.（维果斯基），其次是Jonassen D.H.（乔纳森）。另外，中心度较高的学者还有Salomon，G.（所罗门）、Chi MTH（季清华）和Brusilovsky，P.（彼特·布鲁斯洛维奇）。中介中心度较高的这些学者，在教育技术知识网络中起着重要的节点作用，构成了教育技术领域的主流结构。其中，有些学者已经逝去（维果斯基、乔纳森等），有些文献发表的年份也都较早，但仍具有如此高的频次和中心性，说明这些学者及其经典著作作为教育技术研究的理论来源和知识基础，对教育技术的发展起着重大的促进作用。图表中显示的高影响力学者大多是基于心理学开展教育技术研究，这在一定程度上说明了心理学对教育技术的理论支撑作用。突变用于检测一个学科内研究兴趣的突然增长。[9]通过数据分析，具有突变值的学者有Brusilovsky，P.、Bandura，A.（阿尔伯特·班杜拉）和Dillenbourg，P.（皮埃尔·狄隆伯格）。通过对三位学者的突变文献进行检索，分别是：Brusilovsky，P.的《Using A Style-Based Ant Colony System for Adaptive Learning》、Bandura，A.的《Social Cognitive Theory： An Agentic Perspective》和Dillenbourg，P.的《Over-Scripting CSCL： The Risks of Blending Collaborative learning with instructional design》。这些学者共同关注的焦点是“协作学习”，这是近十多年来教育技术研究的热点主题。可以说，这些学者及其重要文献为近十多年来“协作学习”研究的兴盛奠定了重要的理论基础。
（二）高影响力的文献
将节点类型改为“Cited Reference”，其他设置不变，得到关于共引文献信息的知识图谱，如图5所示。将统计得出的高频共引文献进行整理，选择频次大于40的共引文献，并统计其中介中心度等信息，如表4所示。
上述统计的高影响力共引文献包括著作和文章，都是教育技术领域的经典之作，距今数十年不等。Vygotsky，L.S.（维果斯基）的高级心理技能和社会心理学理论，Davis，F.D.（弗戴维斯）的感知理论和技术接受模型，Brown，J.S.（约翰·布朗斯）的教学模式和资源改革理念，Wenger，E.（安提拿·温格）的实践社区
理论，Mayer，R.E.（理查德·梅耶）的多媒体学习认知理论，Bandura，A.（阿尔伯特·班杜拉）的社会学习理论与行为矫正技术，Fishbein，M.（莫里斯·费许班）的信仰、态度、意图和行为的理论研究等，为教育技术领域的各项研究提供指导思想。这些经典著作建构了教育技术领域的理论体系，具有很大的开创意义，成为众多后续研究工作的基础性文献资料，影响力高。
六、研究结论
（1）近年来国际教育技术领域研究广泛，包括教与学的策略、教学设计、学习环境等方面的理论研究，以及相关技术研究和应用研究。各种主题内容的研究，基本上都是基于计算机和网络来开展设计和实施的。
（2）近年来国际教育技术领域研究的热点包括对学习环境、媒体系统、教学策略方法和学生等方面的理论研究和实践操作，具体有“interactive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”、“secondary education”和“teaching/learning strategies”等。
（3）近年来国际教育技术领域研究热点变迁的情况是：各热点研究方向在2005年左右就已基本成熟化，呈现出相对的静态稳定发展，但在后期研究中会衍生出如 “self-efficacy”、“self-explanations”和“virtual reality”等新的研究主题。
（4）近年来国际教育技术领域研究的前沿包括理论研究类、环境资源类、策略方法类、媒体技术类等四类方向，具体内容包括“architectures for educational technology system”、“distributed learning environments”、“teaching/learning strategies”和“computer-mediated communication”等。
（5）在教育技术高影响力学者与文献的可视化分析中，维果斯基、乔纳森等教育技术领域著名学者的思想理论，对教育技术研究起着指导性作用。一些学者在前人研究的基础上也提出了适应时展的研究焦点并得到良好发展，如彼特·布鲁斯洛维奇、阿尔伯特·班杜拉等提出的协作学习理论。此外，教育技术领域的经典著作和文献资料，仍然被当今学者广泛引用，作为教育技术研究的重要参考依据。
学术研究既要有本土化行动，更要有国际化视野。本研究分析了国际教育技术领域的发展热点与动态趋势，并还将对国内外教育技术领域在各个时期的发展特点进行比较，以期为国内学者与国际研究相接轨提供参考和借鉴。
[参考文献]
[1] 徐勇，张秀华，张昆丽.《SSCI》收录图情界期刊概况——SSCI来源期刊研究之一[J].现代情报，2004，（12）：162～166.
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[6] Robert Zheng， Matthew McAlack， Barbara Wilmes， Patty Kohler-Evans and Jacquee Williamson . Effects of Multimedia on Cognitive Load， Self-Efficacy， and Multiple Rule-Based Problem Solving[J]. British Journal of Educational Technology， 2009，40（5）：790～803.
[7] Silke Schworm， Alexander Renkl. Computer-Supported Example-Based Learning： When Instructional Explanations Reduce Self-Explanations[J]. Computers & Education， Volume 46， Issue 4， 2006，46（4）：426～445.
可视化技术研究范文第2篇
关键词：可视化技术；图像理解
中图分类号：TP391.4
可视化技术是计算机图形学的一个重要研究方向，是图形科学的新领域。它是指是运用图形学原理和方法，将大规模的科学数据-数值和图像，转换为可视的图形和图。它能够给予人们深刻与意想不到的洞察力，在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。它涉及的研究领域很广，成为计算机科学研究领域中不可缺少的组成部分，例如计算机图形学、图像处理、计算机视觉等，它也是理解复杂现象和大规模数据的重要工具。
自从1986年可视化概念提出以来，发达国家纷纷开始研究可视化理论、方法，开发可视化工具与环境，它们的研究成果已广泛应用于石油勘探、气象预报、航天航空、核武器研制、医学图像处理等科学与工程领域以及自然科学领域中。
90年代初，我国开始了科学计算可视化技术的研究工作，一般需要使用巨型计算机和高档图形工作站处理庞大的数据量以及相关复杂的图像生成算法。所以，在高水平的大学、大公司和部级的研究中心才有实力对可视化技术进行研究和应用。近几年来，随着处理器功能的不断提高，可视化技术的飞速发展，它的应用已经扩展到科学研究、工程、军事、医学、经济等各个领域，但是，与国外先进水平还有差距，因此还需要在在医学、地质、海洋、气象、航空等行业加大应用力度。
1 可视化的基本概念
可视化是一种计算技术，它将符号转换成几何，使研究者能观察到他们的研究工作。可视化技术能够将看不见的事物通过计算机变为能够看见的事物，提供了科学发现和展现事物的新途径，改变了科学家原有的研究方式，能够给人们意想不到的启示。
根据可视化技术的交互性、多维性、和可视性的特点，以及考虑结合程度，可视化技术可以分为后置处理，实时跟踪处理和实时绘制及交互控制三个层次。后置处理指的是将计算结果解释或显示为可视化的图形，目前大部分应用软件属于这一层次；实时跟踪处理强调它的实时性，因此要求计算与显示必行同步进行，这样能够随时发现执行中的错误以便日后改正；实时绘制及交互控制一方面强调它的实时性，另外能够根据显示结果随时改变执行过程中的参数以便得到满意的结果，因此具有交互界面。近二十多年来，在美国、德国、日本等发达国家的著名大学都在致力于可视化技术的研究，而且已经重点向实时处理和交互控制方面发展。
2 国内外比较著名的研究成果
2.1 流体可视化软件
这是美国国家超级计算机应用中心（NCSA，National center of supercomputer Application）的研究成果。该软件通过多个相联系的模型，在交互及分布环境下研究暴风雨的形成规律。其中安装在NCSA的超级计算机CRAY-YMP进行模型计算，VGX工作站则用来实现二、三维图形显示，提供用户接口，二者之间使用网络连接。
2.2 医学可视化技术
医学数据的可视化，已成为数据可视化领域中最为活跃的研究领域之一。由于近代非侵入诊断技术如CT、MRI和正电子放射断层扫描（PET）的发展，医生已经可以非常容易获得病人有关部位的一组二维断层图像。因为核磁共振、CT扫描等设备能够产生人体病变区域的多个方面多个剖面的图像，或者重建为具有不同细节程度的三维真实图像，使医生对病灶部位的大小、位置，不仅有定性的认识，而且有定量的认识，从而及时高效地诊断疾病。CT图像打破传统的胶片感光成像模式，借助于计算机重构人体器官或组织的图像，使医学图像从二维走向三维，使人们从人体外部可以看到内部。利用可视化技术软件，能够重构有关器官和组织的三维图像，例如美国加洲的ADAC实验室，约翰.霍普金斯大学等开发出的软件已在许多医院得到应用。利用可视化技术可以以获得心脏的三维图像，并用于监控心脏的形状、大小和运动，为综合诊断提供依据，例如中国协和医科大学等进行的主动脉病变的临床诊断和冠状动脉搭桥术（CABG）后的血管显示等。正是应用了可视化技术，变不可见为可见，从而大大提高了手术的成功率。
耿国华教授实现了医学图象数据库系统MidBASE。在数据库设计、基于内容的图象检索、嵌入三维可视化构件、WEB方式远程查询等方面特色明显。已在多个医院使用，效果良好[1]。
2.3 地学可视化技术
科学可视化应用到地学中，产生了地学可视化。1990年的勘探地球物理学家协会的举办“科学可视化”专题讨论会，促进了地球物理勘探中的可视化研究。进而在1995年举办的“可视化技术用于发现和开发更多的油气资源”会议，使得科学可视化技术在油气工业中的应用成果大放光彩。目前，美国的SGI公司在可视化技术方面是处于世界领先地位，它在地学中主要应用于油田开发、油藏数值模拟、石油地质、地震勘探、钻井、测井、遥感测绘等方面。
2.4 人类胚胎的可视化
这是美国依利诺大学芝加哥分校研制的成果。首先依据美国卫生和医学国家博物馆所得到的胚胎数据重构人类胚胎模型，其次将该模型进行三维显示。这一成果预示着人类可以远程访问人类性态数据，可以进行分布式计算。
2.5 数字博物馆的可视化技术
数字博物馆最突出的特点是：虚拟现实技术。虚拟技术通过计算机图形构成三度空间或把现实环境编制到计算机中去，产生逼真的虚拟环境，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境中的感觉。数字博物馆借助这样的技术，对珍贵藏品进行三维可视化的建模。在追求视觉真实感受的同时，最大限度地保存了物体真实数据。研究者可以直接测量模型得到标本的形态结构信息，为远程标本研究提供可靠翔实的基础，真正地做到了辅助科学研究及数据保存的作用。例如中国地质大学地学数字博物馆、中山大学生物数字博物馆、清华大学美术数字博物馆、西北大学考古数字博物馆、北京航空航天大学航空航天数字博物馆等，这些数字博物馆不仅为学者提供了一个高水平高质量的学习平台，有利于院校之间的学术信息和研究资源的共享，而且满足用户的交互性、参与性和沉浸性。
2.6 大场景及文物的虚拟修复可视化技术
大场景与文物虚拟修复还原和展示的研究涉及多个研究领域，需要综合应用数字图象处理、计算机图形学、模式识别、可视化技术等研究领域。目前，在我国很多研究机构已在与大场景和文物的虚拟修复技术相关的领域内进行了一些研究工作，也取得了一些研究成果。但是，还没有研制出完全自动的虚拟修复和还原系统，并且这些研究成果相对独立，没有一个综合文物复原和大场景虚拟还原展示的系统。
3 结束语
NCSA（美国国家超级计算应用中心）是国际上从事可视化研究的权威单位，一直从事可视化算法如软件的开发研究。而在国内，清华、北大、国防科大、中科院软件所等单位相继开展了可视化算法的研究及可视化工具的开发，都已取得了一大批可喜的成果。随着计算机硬件条件的改善和诸如人工智能、机器学习等可视化算法的成熟，可视化技术一定会产生一个大的飞跃。
参考文献：
[1]荣国栋，孟祥旭.Inspeck3D-DF三维扫描仪在数字博物馆中的应用[J].计算机工程与应用，2002，38（16）：237-239.
可视化技术研究范文第3篇
对教学过程而言，“思维可视化”是指将原本不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，以期实现增强记忆及加深理解的效果。其本质也就是隐性思维显性化的过程。本研究从主体目标来说是希望：①基于未来课堂环境，构建基于思维可视化技术的学科教学模式。重点通过让教师掌握各项思维可视化技术并将其运用到教学实践中，提高课堂教学效能，同时促进学生思维能力的发展。②探讨技术环境下的可视化学科教学实践，形成思维可视化技术进行学科教学的理论体系。（备注：在相关研究中，很多机构使用了“知识可视化”的概念，而我们使用的是“思维可视化”概念，这两者有何区别？我们认为“知识”这个概念比较表层化，不是本质，知识背后的规律以及加工知识的过程即思考过程才是本质，所以用“思维可视化”这一概念更能体现这个过程的本质。）
研究之目的
1.实现教学效能倍增
教学是教育的核心之一，好的教育必须要有好的教学，那么什么是“好的教学”？结合新课改的三维教学目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度），可以基本得出三项评价指标：第一，学生的学业水平（成绩）要好；第二，学生解决问题的能力（主要是思维能力）要强；第三，学生要有积极健康的人格。那么，能更好地实现以上目标的教学就是“好的教学”，也可称之为“高效能教学”；反之，则是“差的教学”，称之为“低效能教学”或“负效能教学”。那么当前在基础教育阶段，学校的“教学效能”是高、是低、还是负的呢？这个现状大家都很清楚：教师教得累，学生学得苦，然而学生的整体学业水平并不理想，成绩优秀者并不多，两极分化和大面积不及格现象非常严重。另外，厌学情绪在中小学生群体中不断蔓延，据调查数据显示，当前有近70%的学生具有不同程度的厌学心理，而至于“能力”这一项，显然比前两项的情况更糟糕。由此可见，“教学效能”的整体水平是很低的。那么原因在哪里？
本研究认为问题的根源在现行的教学方式和方法——教师为了提高学生成绩，挤、抢、霸占时间，大量、重复、机械地向学生灌输知识；学生则长期陷入“死记硬背”和“题海战术”之中，身心疲惫，晕头转向。关注“成绩”没有错，我们一直认为“不出成绩的教学”一定算不上“好的教学”，让学生取得好成绩，无可厚非。但问题出在大多数教师根本没搞清楚“好成绩到底是从哪来的”。其实，学生的成绩（尤其是初高中学生）并不是来自于教师们常挂在嘴边上的“四多”（多读、多写、多背、多做题），而是思维能力。因为今天的中高考，考的并不是死知识——基于对中高考试题的深入分析，我们证实中考题中有50%是考学生思维能力的，而高考题有80%是在考学生思维能力。因此，思维能力的强弱才是决定成绩优劣的关键因素。然而，传统教学模式过度关注“知识”却忽视知识背后的“思维”，使学生长期处于“浅思考”甚至“不思考”状态，从而导致学生的思维能力发展受阻。所以，年级越高，学生“掉队”的越多，两极分化和大面积不及格现象越严重。
本研究的主要目的之一是希望通过思维可视化技术的运用，引领教师把教学关注点从“知识”转移到“思维”，从而持续提升学生的思维能力，实现教学效能的倍增。
2.让自主探究学习“落地”
新课程改革要求教师培养学生自主、合作、探究的学习方式，使教学从“以教师为中心”转向“以学生为中心”。为积极响应教改计划，各地学校进行了大量的、有益的探索，如小组合作式学习、生命课堂、学本教育、生本教育等，但经调查发现，有不少学校，由于课堂没有教师主导又缺少具体、有效的方法支持，课堂秩序无法保证，学生一盘散沙，好动的静不下来，好静的不愿参与，结果遭到教师、家长、学生的一致抵制，难以继续推进。究其根源，在方向不清，定位不准，又缺少方法和技术支持的情况下，硬着头皮改变课堂教学模式，其教学效能必然大打折扣。推广自主探究式学习的前提是要提供行之有效的方法，让教师和学生都尝到“甜头”（效能的提高），然后逐步培养学生的自主学习意识，在“爱学习”和“会学习”的条件下实施，而其中“会学习”是自主探究式学习取得效果的关键因素，其核心是教会学生应如何思考，而这正是本研究的主要目的与价值之一。
3.实现“素质”与“应试”教育的统一
我国从1983年提出素质教育的方针以来，很多人便误认为“素质”和“知识”是对立的，始终将“素质教育”无法落实的根源归罪于“应试教育”，把矛头指向中高考。然而考试是一种相对公平的教育资源分配和人才选拔制度，是保证公平的有效方式，不会也不能被取消，所以“考试”并不是问题的真正所在。另外，不少人还错误地把学钢琴、学跳舞、学画画等当成“素质教育”，其实这并不是人的“核心素质”，而是一项技能、一种特长。人的“核心素质”是心智模式——思维能力（系统思考能力）和心理能力（积极健康的心理状态）。本研究将日常教学聚焦在“发展学生思维能力”上，使学生“会学”，同时带动学生“爱学”和“乐学”的积极心态，最终使学生获得好成绩。这样我们便能将“素质教育”和“应试教育”统一起来，实现教学效能的最大化。
4.为教育信息化开辟新的发展道路
从1946年美国教育家戴尔提出“视听教学法”开始，教育技术便作为辅助教学的重要手段发展起来。其后随着计算机和网络技术的发展，信息技术的教育应用也得到了突飞猛进的发展。进入数字化和网络化时代，信息的传播打破了时间、空间和对象数量的限制，如基于“云计算”的教育平台可以使教育资源在更大的范围进行共享，使学习者获取信息更为便捷。然而，对于个体学习者而言，下一步他们需要的是什么？是更快的网速、更大的信息量，还是更“酷”的用户体验？也许都要，但这些绝不是最重要的。最重要的是“效能”，学得更快、更清晰、更深入，同时还锻炼了思考能力，启发了智慧，这才是效能的真正体现。
然而，当前国内关于教育信息化的研究大多是集中在网络平台建设、信息环境优化、终端开发（如电子书包、智能手机、电子白板等）领域，很少有从事教学内容（当然是指能够提高教学效能的内容形式）开发的。即使有做内容开发的，也多是以题库、教学视频、动漫等形式呈现的，并不能帮助学生建立系统的知识架构并同时发展其思维能力，是信息和知识的可视化而非思维的可视化，对提高教学效能没多少帮助，甚至会强化学生“被动学习，不爱思考”的习惯，所以这些并不是高效教学资源的开发方向。而本研究就是要运用思维可视化技术开发出具有“思维可视”特点的新形式教学资源，实现“教”与“学”的效能倍增。
综上所述，让更多教师掌握和运用思维可视化技术，创建思维型课堂，开发思维可视化教学资源，使学生在学习过程中实现一举多得——建立清晰的知识体系，发展系统思考能力，同时获得良好的学习成绩，是我们推进教学改革，提高教学水平的唯一正确途径，是势在必行、刻不容缓的事情，也是教育信息化发展的新方向、新领域、新天地。
技术支撑
由于“思维可视化”的本质是隐性思维显性化的过程，也就是将不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，所以各类技术支撑就显得尤为重要。本研究中的未来课堂建设，就是为了充分利用现有各种新技术来支撑教育信息的有效呈现与互动。归结起来，思维可视化的技术支撑主要是：
1.图示技术
图示技术（是指能帮我们理清概念之间的逻辑关系并将其中的思考方法及思维路径以视觉信息呈现出来的图示或图示组合）是实现思维可视化的基础。最初，技术教育应用发端于视听技术，主要以录音、图像、电影等视听信息来辅助教学。依据1946年美国试听教育家戴尔提出的“经验之塔”理论，这些“视听信息”比其上层的言语和视觉符号更具体、更形象，所以更容易激发学习者的学习兴趣，也更好理解和记忆。然而，这些“视听信息”刺激的主要是人的感知记忆层，并不能将人的“知识加工”过程即“思考过程”呈现出来，所以无法实现思维可视化。自上世纪60年代开始，各种能呈现思考方法及思维路径的图示技术开始发展起来，如英国人东尼·博赞（Tony Buzan）发明的思维导图（mind map）、心理学家及教育技术学家诺瓦克于1970年在康奈尔大学提出的概念图（concept map）技术、日本管理大师石川馨先生发明的鱼骨图（因果图）技术等。这些图示技术被逐渐运用到高等教育、企业培训和基础教育等领域，都产生了较大的影响力，使知识可视化、思维可视化、读图时代、可视化思考等新学习模式逐渐流行开来。相对于国外，国内在这方面的研究主要体现为理论的提出及单一技术的应用实践。例如，北京师范大学林崇德教授提出的“思维型课堂”概念和基本模式；北京师范大学知识工程研究中心提出的较为完整的“知识可视化”理论，并且开发了“易思——认知助手”软件。据了解，开展相关研究工作的还有南京师范大学、河南师范大学、广西师范学院、陕西师范大学等，但至今尚未有与基础教育阶段各学科教学进行整合的思维可视化成果。目前，只有华东师范大学现代教育研究所在这一领域进行了比较深入的、系统的研究和开发工作并取得了一系列教学实验和教师培训的成功。
2.绘图软件
随着软件技术的发展，计算机软件可以帮助没有任何绘画基础的人将各种图示清晰、规范地绘制出来，这是保证每位教师都可以开发“思维可视化教学资源”的工具性前提。目前，这类软件有很多，学习和操作起来也比较简便，易学易用。例如，用来绘制思维导图的软件就有Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、MindV、imindmap等。这些绘图软件不但可以绘图，而且还可以将图示以动态的形式分步呈现出来，使内容开发者或学习者的思路更清晰。
3.交互软件技术
有效的教学是离不开交互活动的。从广义上讲，本研究的“思维可视化技术”并不仅仅指思维图示的绘制技术，还包括思维图示的呈现、传播、存储、交互、共享、修改等一系列技术。随着研究的深入，可将课题中产生的各种可视化的教学资源与软件开发技术结合起来，开发出一系列具有“思维可视化”特性的教学软件，实现学习者与学习资源、学生与教师、学生与学生的各种双向互动。
4.网络信息平台
随着计算机及网络技术的发展，包括各类有线与无线传送技术，特别是“云计算”的广泛应用，可将我们的可视化教学资源利用网络信息平台进行共享，突破时间、空间和学习者数量的限制，使学习资源的获取更加便捷，成本（经济成本和时间成本）更低。
5.通用技术
可视化技术研究范文第4篇
关键词： 物联技术； MES； 可视化； SOA
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0049?03
MES（Manufacturing Execution System）制造执行系统[1?2]，是为了防止上层计划管理与底层车间信息数据的断层而产生的，MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理，并根据当前的准确数据对车间进行指导和处理，在整个企业信息化集成系统中起到承上启下的作用。然而MES存在很多数据无法挖掘获取并有效利用的问题，使生产控制、质量控制、数据实时更新以及历史数据统计方面存在管理缺陷，因此对这些数据的有效管理是关键部分，可视化管理可帮助企业更直观的挖掘隐藏的数据并有效管理企业。“制造物联”是MES更高阶段的必然表现形式如图1所示。
“制造物联”与MES的侧重：
（1）MES侧重生产业务管理，制造物联更关注产品要素与制造活动管理；
（2）MES侧重提升过程管理能力，制造物联更侧重提升制造交付能力；
（3）MES侧重制造环节，制造物联则扩展到售后、再制造等产业环节；
（4）MES表现形式多为“系统”，制造物联表现为“平台”；
（5）MES立足企业，制造物联则强化了企业间协同。
MES拥有企业制造过程的实时和历史数据，数据量大，维度多，质量信息也难以有效、直观地表示。为了提高MES系统的交互性和可视性，引入可视化技术[3]和制造物联技术，设计面向制造物联的MES可视化系统[4]，使管理者有效管理生产车间，帮助企业减少成本、提高产品质量和服务质量。
1 系统需求
随着企业生产技术水平的不断提高，企业产品种类趋向多样化，客户需求趋向个性化、对产品的质量要求高，客户及企业间的需求信息、响应信息动态变换快[5]，这些信息贯穿于产品的描述、设计、生产、销售以及回收过程中，如得不到准确有效地管理和控制，给企业和客户都会造成损失，为了更好的满足客户需求、实现企业信息化，目前企业制造过程中主要还存在以下需求：
（1）数据可视化方面。MES系统之所以能有效的监控整个车间的生产过程，主要是通过对制造过程中的原材料、车间设备、工艺状态、生产进度和质量等生产信息进行实时管理实现的，面对动态变化的大量数据信息，之前系统显示的结果比较抽象，难以发现隐含信息，而像质量管理过程和生产管理过程等子系统都要根据这些数据信息进行筛选、分析和控制，因此，利用可视化技术将其转化为图表、图像和表格等形式展示，便于管理者有效分析、控制和管理。
（2）可视化交互方面。车间的装配质量管理系统和过程控制管理系统交互性差，只能管理者单方面的接收问题并解决后才可继续运行生产，影响企业生产效率。
（3）实时处理方面。企业客户数量大，产品种类多，质量信息变化快且来源多，生产过程、工艺流程和工时数据动态变化快，管理者如不能及时地接收这些信息，企业的生产经营将蒙受损失。所以企业能及时正确地传达和响应这些生产过程、设备和质量信息。
针对上述需求，结合物联技术，研究MES可视化系统[6]，通过部署多个传感器节点，利用RFID标签定位技术[7?8]，追踪物料单品在生产线上的装配制造过程，设计交互界面，使企业实现车间生产数据在各方面应用的可视化管理，为企业节约成本、创造更多的价值。
2 系统架构
针对MES在制造业车间的应用情况及反应出的问题，结合物联技术，提出了基于物联技术的MES可视化系统基本架构，如图2所示。
依据架构图可知，系统的层次主要分为3大部分：车间现场控制层、执行监控层和车间可视化管理层。
车间现场控制层主要利用OPC技术[9]、PLC技术[10]和条码/RFID识别技术等物联技术实现I/O控制、数据采集和设备集成等功能。
执行控制层可以实时监控各工位设备的运行状态，设备出现故障可以立即发出警告，提示生产现场管理人员及时排除故障；也可以接收工作站反馈的质量控制、性能分析的结果信息，指导现场工作人员进行改进生产作业，执行详细工序计划的指令，安排生产线准时完成生产任务。
车间可视化管理层利用可视化技术、SPC技术实现生产过程控制、质量控制，最后在管理层以图表、图像形式将过程控制数据、质量控制数据、实时更新的数据和历史统计的数据可视化展示，让管理者更直观地管理生产现场。最后，可通过接口管理平台实现与ERP，MES，PDM，CAPP等系统信息集成与共享。
3 可视化MES系统的功能模型
通过对上述系统架构图的分析，并结合装配车间的现场情况，将MES可视化系统的功能模型总结如图3所示。
3.1 生产控制可视化
生产控制可视化可以用来查看生产进度，防止生产事故，监测流水线的生产情况，阻止生产线因异常情况而停止流转，并可查询和追溯当时操作人员的详细信息，提高生产效率，具体可有生产工序可视化、生产工时可视化、车间布局可视化和工艺流程可视化等功能模块组成。
3.2 质量控制可视化
质量控制可视化由质量标准可视化、质量检测可视化和质量追溯可视化组成，通过质量标准，对采集数据进行自动判断，异常情况进行报警，并追溯检测问题根源，及时控制并合理改善管理，实现质量的实时在线观察和控制。
3.3 数据实时更新
利用数据采集设备，实时采集设备数据、物料数据和人员信息数据等，并通过构建数据软硬件平台系统，实时更新展示数据，方便管理人员有效管理装配过程。
3.4 历史数据统计
企业数据库存储车间现场的所有数据，对历史数据有效统计，以图表或图像形式展示，便于管理人员直观查询和统计、分析设备状况、人员信息状态状况和物料状况等信息，出现问题时可利于追溯查询问题根源。
4 系统实现
SOA是一种通过使用和组装构建模块来概念化、设计和构建应用程序的方法，每个构建模块被表示为一个可重用的服务，通过SOA技术的应用，将提高软件的可重用性，改善MES系统过于个性化和升级困难的问题，提高系统的构件速度，降低构件成本。所以本系统采用SOA架构。采用C#，.NET开发，企业数据库采用ORACLE数据库管理，利用GDI+、OWC等绘图工具和Dundas数据可视化技术，完成交互图形图表的绘制和数据可视化的呈现，用可视化的方式高效管理车间装配过程。
5 结 语
本文分析了制造业中MES系统存在的不足，引入物联技术，提出了基于物联技术的MES可视化系统，通过系统架构分析系统的功能模型，使装配车间的生产控制、质量控制和数据实时更新和历史统计都可视化展示，改进了生产过程中组装线和工艺流程的混乱、质量反馈问题的滞后和交互，使管理者有效管理车间，使企业降低成本，高效高质量生产。
参考文献
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[3] 孙晓梅，韦晓凯，曹从咏.基于物联网的军事装备信息可视化系统研究[J].交通信息与安全，2012，30（4）：7?9.
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[7] 孟晓明.基于RFID的物流信息管理系统模型研究[J].微计算机信息，2006（6）：266?268.
[8] 李为为，周汝胜.基于RFID的物流过程监控及可视化管理系统分析与设计[J].物流科技，2010（5）：19?21.
可视化技术研究范文第5篇
关键词：LOD技术；Creator；简化
模型的实时绘制是虚拟现实的一项基本要求，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景的实时绘制要求。1976年，Clark提出了细节层次(LeveI ofDetail，LOD)模型的概念，认为当物体覆盖屏幕较小区域时，可以使用该物体描述较粗的模型。在虚拟现实系统的场景绘制时，在不同的显示时段需要不同的简化模型，因此需要进行一系列简化。
一、LOD技术相关研究
LOD技术是指在同一个场景中，依据视觉的特性，远离视点的物体只需较粗的细节，而只有离视点较近的物体才需要详细的细节，这样便可以通过具有不同细节的描述得到一组模型，供渲染时使用。LOD技术主要有顶点删除、三角形删除、三角形合并、基于包络网格的模型简化等算法。1992年后，国内外学者相继提出了许多LOD技术模型生成算法，对地形网格生成而言主要有基于规则三角形网格算法和基于不规则三角形网格算法两类。作为对规则三角形网格算法多分辨率地形的简化，在大地形的场景绘制时，在不同的显示时段需要不同的简化模型，因此需要进行一系列简化。Hoppe提出了一种递进网格算法，增加三角形到任意网格来满足需要的细节，后来又对递进网格算法进行了扩展，形成了基于视点的递进网格算法，避免了三角剖分给整体网格带来的影响。
二、实物模型在Creator软件中的LOD简化
Creator软件中的LOD技术主要通过设置模型的Switch ln、Switch Out值来实现不同视点距离显示不同复杂度模型。在实际开发中注意相邻复杂度模型中低复杂度模型的多边形数目是高复杂度模型多边形数目的75％。采用该技术不但可以增强场景的逼真度，也可以减少场景绘制的多边形的数量，既提高了可视性又节约了系统资源。
可视化技术研究范文第6篇
关键词：数据挖掘；可视化；数据挖掘可视化
中图分类号：TP311
胜利油田“九五”以来就着手建立了较为完善的专业管理信息系统，全面覆盖了油田经营管理各项业务，促使信息把握更加及时，管理效率显著提高。近几年油田主要致力于系统间的联动，作为国内应用ERP（Enterprise Resource Planning）系统规模最大的一家企业，2005年胜利油田ERP系统（企业资源计划）正式上线运行，信息系统由过去的“单线应用”转变为“集成应用”，原有的管理模式发生了重大变革，建立了新的管理程序，用标准、优化的流程解决了制度落实过程中存在的不足。由于随着计算机技术在胜利油田的广泛应用，积累了大量的生产信息数据，并且油田开发和生产科研土作中的大量信息已经实现网上传输。在传输数据的过程中，由于各种原因，不可避免地会出现一些错误数据，从而影响到最终的结果而掩盖了正确的生产信息。
根据对油田生产情况的具体分析，可以将生产数据的错误类型分为以下三类：
（1）不符合原始界限（该界限用户己给出）时，有以下几种可能的原因：
1）数据在输入和存储过程中计算机产生的错误；
2）人工输入数据时，以欺诈为目的对数据的恶意修改。
上述情况，不符合用户所给出的最大范围，表明该数据是完全错误的，需要监控人员直接对其进行处理。
（2）数据变化过大，原因如下：
1）数据在输入和存储过程中计算机的错误；
2）人工输入数据时，以欺诈为目的对数据的恶意修改；
3）在生产过程中，人为的影响（例如油井作业、维修时，己停产）。
（3）不符合数据的大体趋势时，原因同（2）。
所以迫切需要一种能及时检测例外数据的方法来提高数据质量，在数据挖掘领域此问题归结为例外数据挖掘问题。针对胜利油田数据库所积累的大量数据，更加需要一种能高效进行例外数据挖掘的方法，并且该方法应具有透明性和可信度高的特点。
可视化的基本思想就是使用图形和图像来表征数据，将隐藏在大量数据中的信息以相对直观、易于领会的图像方式表达出来，从而加快获取信息的速度。数据可视化是对大型数据库或数据仓库中的数据的可视化，是数据分析过程中必不可少的一个阶段。在数据可视化方面，目前的研究方向主要是将关系数据库或数据仓库中的数据，从不同的抽象层次将属性、维度进行联合之后，以不同的呈现形式展现给用户。国内相继开展了数据可视化技术方面的研究，并取得了一些成绩。将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析。
可视化绘制方法就是把隐藏于大容量计算数据集中的物理信息转化为有组织结构表示的视觉信号集合，如空间几何形状、颜色、亮度等。目前常用的可视化绘制方法有：几何法、彩色法、多媒体法和光学法。
本文基于色彩法提出了一种新颖的方法将油田生产数据进行数据挖掘可视化，使其能直观清晰的看到数据库中的频繁与例外异常模式，对提高决策的效率具有重大现实的意义。
1 问题提出
在庞大的数据库中，经常有例外异常数据夹杂在数据记录中，一眼分辨实为困难。我们提出了一种新的识别例外数据的方法，就是利用可视化来进行识别。
定理1 数据库中有m条H（H>W>N）维的记录，可以把每一条记录映射成空间中的点，若某点在低维空间中是Outlier（例外异常点），那么这一点在高维空间中必定是Outlier。
证明：假设oi是数据库中的第 条记录（oi1，oi2，…，oim），则映射到N维空间中的一个点o（xi，yi，zi，…Ni）。
设空间中一个点与任意各点的距离大于一个阈值则定义为Outlier，空间中点oi与任意点oj（j≠i）之间的距离定义为：
（1）
N维空间中点oi与任意点oj（i≠j）之间的距离大于一个给定的阈值δ则定义为Outlier：
（2）
如果将数据库中的纪录映射到比N维高的W维（W>N）空间中，则在低维空间的例外点在高维空间中与其它点的距离：
（3）
由公式（2）和 可知：dW（ois，ojs）>dN（ois，ojs）>δ。
所以定理得证。
因此，可视化出的数据库截面把数据库中的数据映射到4维的空间，在图中得出颜色较浅的例外数据在高维数据库中必定就是一条例外异常的记录。
2 试验
由于可视化能清楚直观地看到数据库中的频繁模式与异常模式，本文采用可视化的方法来对油田数据库中的数据做试验。
首先将油田数据库中的数据表中所有的数值型字段按照等距离方法转化成字符形式。这里我们先设定字符表的大小，为4个即{a，b，c，N}，N代表该字段的值为空。算法为：求出字段中的最大最小除以3，即将该字段划分为3个区域，每个区域分别代表a，b，c。然后将数据库中的值映射到各区域中，落在哪个区域就用该区域的字符代替该数值。最后将转化好的字符存储成表。
字符转化的方法是，首先在一个字段中找到最大值max和最小值min，定义一个区间段长度为foot：
（4）
字段中任意一个值为y，按照如下公式将其转化为字符形式：
（5）
将转化的字符用可视化的方法显示出来。a，b，c，N分别用不同的颜色表示：a用红色，b用蓝色，c用绿色，N用无色表示；其颜色变化要有范围，即有一个基准色，若有叠加则加一，最后达到颜色变化上限，即使再有叠加，颜色也不再变化。颜色越深，表示该颜色所对应的字符越多，颜色越淡，表示该颜色对应的字符越少。
对于油田数据库某生产表做试验（从第一个字段开始）可以得到如图1结果。在图2圆中可以选择感兴趣的前三个圆环中的任意一个色块，既可再出现关于此色块的第二个圆。例如：根据上图，选择第二圆环蓝色最深的色块，则出现关于这个色块的第二个圆。由图1得知，油田数据库中可视化的表从第一字段到第四字段中，aaaa，bbbb，cccc这三种模式的记录相对多，从图2可以看出数据库表中第一字段到第五字段中aaaaa这种模式较多，所以颜色浅淡的色块对应的记录由定理可知为例外异常记录。
图1 油田数据库可视化图
图2 关于图1第二圆环蓝色最深的第二圆
3 结束语
本文提出了运用在油田数据库中的一种可视化模型的设计方法，取出油田数据库的一个数据截面进行可视化，可以直观清晰的看到数据库中的频繁与例外异常模式，对提高决策的效率具有重大现实意义。
参考文献：
[1]Jiawei Han，Micheline Kamber.范明，孟小峰，译.数据挖掘：概念与技术[M].北京：机械工业出版社，2001：3-4.
[2]于吉红，董久敏.数据挖掘可视化应用与研究[J].海军航空工程学院学报，2006：10-12.
可视化技术研究范文第7篇
关键词：可视化；数学探究可视化；教育价值
以图形的方式认识世界是人类最便捷的认识方式之一。视觉能力是我们获取世界信息的重要能力。人类进化过程中．人脑最先接触图像而后才接触文字。每一种技术的发明都使人类上述的这种理解世界的认识方式与互动方式产生深刻的变化。从本质上看。以动态影像图形语言为特征的视觉文化代替以静态文字符号语言为特征的印刷文化就像口语文化转移到印刷文化一样。这又是社会发展的重大飞跃。数学理解需要视觉的感知。特别是几何图形的性质，复杂的计算过程、函数的动态变化过程、几何证明的直观背景等，若能运用信息技术来直观呈现，使其可视化。将会有助于学生理解。促进对形与数的联系的认识。利用信息技术将现实中的复杂数据以动态影像图形的方式表现出来．这种可视化技术促进我们开展数学探究教学。
一、可视化
可视化的英文单词是Visualization。它来自英文的Visual，原意是视觉的、形象的。可视化是将不可见或抽象的信息用有意义的图像、视觉效果或图片来表示，使这些信息在人们的感觉和想象中可视。事实上。将任何抽象的事物、过程变成图形图像的表示都可以称为可视化。可视化描述为数据与可洞察表达之间的一种映射。这种可洞察既可体现为视觉、听觉或触觉．也可体现为以上感官的一种综合。在计算机软件和多媒体资料的帮助下．将被感知、被认知、被想象、被推理的事物及其发展变化的形式和过程。用仿真化、模拟化、形象化、现实化的方式，在教学过程中尽量表现出来。它是学生借助信息技术在头脑中形成图像的一个过程。并且以获得更好的数学理解和激励数学发现过程为目的来使用这些图像。
Zazkis，Dubinsky和Dautermann提出：可视化是一种行为。在此行为中个体在内在结构和通过感官所获得的事情之间建立牢固的联系。一个可视化的行为可以由任何对象或程序的意识建构所构成。这种意识建构是个体联系了他对外部所感知的对象或活动。可选择的是，在诸如纸、黑板或计算机屏幕这些外在媒介上．一个可视化行为可以构成以诸多对象或活动的建构。个体可以把这些对象或活动与他(或她)头脑中的一个或多个对象或活动视为一体。概括地讲，可视化是研究如何把科学数据转换成可视的、能帮助科学家理解信息的方法。其目的主要是为了高效地处理科学数据和解释科学数据。因为科学数据越来越多，人们来不及处理：其次是因为目前信息交流手段贫乏，可通过视觉化信息来弥补语言符号信息交流之不足。
美国CEP在报告中对可视化的定义是：“可视化是一种计算和处理的方法，它将抽象的符号(数据)表示成具体的几何关系．使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果。使用户看见原本不能看见的东西。”圈可视化技术尚待人类进一步研究与开发。它在多媒体技术发展的基础上，必将获得更开阔的前景。
二、数学探究可视化
一个数学对象蕴含着多个要素，需要学生从多种角度、多个侧面进行分析研究。利用可视化技术能够展示出同一数学对象不同方面的特征。学习者可以从不同侧面来探究数学对象，可以从多个维度来分析思考数学对象，将不同方面的信息进行有效组合．建立联系．从而能够全面深刻地理解数学对象，把握数学对象本质特征。
数学探究可视化是指：利用信息技术等工具以多种方式灵活地向学生提供学习背景的影像、图表、图像等资料。展示数学问题；开展数学实验，完成数学猜想；动态显示数学研究对象变化过程，使数学抽象性质具体化，促进学生理解数学本质；加强学生深入思考并创造性地解释、描述数学信息。使可视推理与代数推理结合，创造性地解决问题。
数学探究可视化将实现数学探究信息在外部世界和学生大脑之间的转换。通过多种媒介手段或表示方法，把抽象的、视觉上不可见的数学知识转化为可见的图形、图表的一种实践过程，在这个过程当中，人的内在的数学知识结构和外在的可视代表物建立起了密切的联系．从而导致对数学探究问题认识的更深层的洞察力、提出新的假设去检验．促进数学学习和数学科学的发展。在没有新的思路时，学生可以求助于信息技术的帮助，经过对数学问题可视化。进行猜想，获得对问题新的理解，得到启发。重新选择、修改问题解决策略圈。所以，数学探究可视化应该是帮助学生联想数学概念、原理和解决问题的方法。美国学生早就利用交互程序在探究圆锥曲线上非常有效地解决了曲线概念的抽象与曲线图像的直观这一问题。为学生学习和理解曲线的性质和特点提供了思维的载体。
数学探究可视化主要包含以下几个方面：
（一)数学问题可视化
数学探究的源头是问题。利用信息技术所具有的丰富视听表征为学习者创设易于发现问题的良性认知环境。视觉系统为我们提供了一种新的、主观的、非理性的、具有情感的、印象主义的思维景象，提供数学问题背景，促进数学问题产生。将数学问题以动态的方式呈现在学生面前，提供丰富而动感的图像、图形，使数学问题具有生动性、直观性和形象性。可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力．这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来超越自己的能力获取信息。发挥自己创造性的思维，高效率地提出问题和解决问题。
教师利用信息技术编辑影视片段，可以制作色彩斑斓的动态画面．呈现丰富生动的信息．通过色彩对比、动静对比、伸缩对比形象直观地阐述数学概念生成过程。其表现手法显得活泼有趣，往往能吸引学生的注意，激发学生的学习兴趣。在“线段、射线、直线”课例中，老师利用信息技术创设教学情境：通过观看足球比赛、学生打滑梯场景及七巧板拼图动态过程的影像资料，揭示本章将要学习的主要内容；伴随着优美的竖琴音乐，一架华丽的竖琴画面展现在学生的面前。学生观察绷紧的琴弦以及手电筒射出的光线、笔直的铁轨等图片，引发学生思考，抽象得出本节所学内容．引出课题。通过学生熟悉的场景和事物引出所学内容。使学生感受到数学就在我们身边，数学离不开生活。渗透善于观察生活中的数学的学习意识。
（二)数学猜想可视化
猜想是数学探究教学过程中一个重要环节。对猜想不能轻易地加以肯定与否定，要用科学的态度来对待猜想与发现。通过数学实验说明猜想的正确与否，再通过严格的证明来说明猜想是成立的。或者通过举反例来否定猜想，这种研究意识的形成和建立，有助于学生真实并主动地进行数学探究活动。
基于信息技术的可视化促进学生提出新的数学猜想，便于学生检验猜想，因此这样的方法更快地促进数学探究教学的发展。Devhn相信在数学家的推理过程中计算机能够扮演重要的作用，例如，在等式中看到改变一个参数的影响可以对产生新的猜想做出贡献。学生在使用计算机开展数学实验可以发现数个与计算机的可视反馈有关系的猜想。这些猜想既不在学生头脑内也不在它们之外．而是产生在计算机屏幕上。学生可以通过计算机屏幕上的图像可视地确认了他们的猜想．这些猜想来自于他们用不同方法所做的实验。推动试验成为分析学生理解数学知识和完成探究学习任务的重要工具州。拖动鼠标的过程使学生能够在原来经验的基础上探索新的数学规律，猜想“生长”在拖动鼠标的过程。拖动让学生在几秒钟之内在计算机屏幕上看到猜想．论证问题很多样例图形，拖动给学生提供及时的信息反馈。学生关注计算机屏幕上图形中各个元素之间的关系。
再通过变换、测量、做图等工具处理图形。给出特例和反例。发现图形变化的规律性。
在“正多边形定义的推广—‘分数’多边形”课例中．利用几何画板等教育软件对图形几个部分进行颜色对比、平移或旋转变换，学生能够猜测图形的一些抽象性质。学生利用几何画板的多种颜色显示功能和动态变换功能．经过对图形中线段颜色对比分析，成这个一般规律。
当我们研究问题的时候，可以利用信息技术直观形象展示数学对象的构造与变换过程。透过可视化信息展示出数学思维过程，反映出数学本质。在探索问题时，可以通过参数赋值等方法来构造数学对象的特例．然后连续变化参数来变换数学对象，经过观察、思考、尝试等具有创造性的数学可视化活动。来猜测数学规律，并且探寻论证结论的切入口。因此，信息技术使得数学对象可视化，使得数学关系显性化。能够展示和发展数学思维。
三、数学探究可视化的教育价值
（一)数学创新思维的触发点
澳大利亚著名数学教育家、前国际数学教育大会主席Bishop教授断言：“明显的是在数学课堂上的所有方面强调可视化描述是有价值的。”可视化对数学发现过程是极其重要的。可视化通常体现了数学知识本身和图片之间的转化，它有能力向观看者描述资料的特征．刺激使用者大脑中的联系，这将促进学生更深层的数学洞察力水平的提高。数学问题一旦从静态提升到动态，常常会出现新的现象和新的问题，会成为数学创新思维的触发点。最有效的信息传播媒介是图像而不单单是靠听觉。信息图像化本身就满足了每一位学生的不同需要，使其能以各自不同的方式和各自不同的进度来对图像化的信息进行个别化与理性化的筛选和理解，图像化的信息本身就给学生提供了一个同步进行的可控宽频带通道，而单纯1：3授是无法达到这一点的。教师利用可视化手段充分调动学生的视听器官。从而获得最佳的认知效果。利用可视化技术，一些数学探究问题的答案立刻可以直观地呈现出来，使人耳目一新，并为进一步的理论探索和拓展提供了导向。
（二)提高数学学习的有效性
任何抽象的概念都与具体的事物有着某种内在的联系。将抽象的内容用具体的东西进行形象化。有利于学生对知识的理解和掌握。数学探究教学以可视化的信息作用于学生，使学生在最佳的学习条件下进行学习。形成直接对学生视觉和听觉器官共同进行作用的情况。促进学生的数学认识过程的形成和发展，利于学生数学学习。由于可视化教学能在有限的时间内提高教育信息传递的效率和质量，在课堂教学中使学生能利用多种感知手段获取各种表象，从而丰富学生的想象力，扩大学生的信息量，促进数学创造力的形成。提高学习效率和教学效果。
（三)学会欣赏数学
基于动态几何的平台，运用跟踪、轨迹、变换和迭代等功能，容易创作千变万化的美丽的图案。利用信息技术可以创作动态的百变数学艺术作品，一个看起来简单的图像，观察者自己调整参数后．可以产生无穷无尽的不同效果：利用《几何画板》软件，给赋予不同的数字或拖动点F。欣赏到“枝叶茂盛”、运动变化的勾股定理树，如图5所示。学生通过黄金分割网站看到教材以外建筑师如何将黄金分割用在巴特农(Pa=henon)神庙、埃费尔铁塔、金字塔等建筑物中；学生欣赏米勒(Millet)的《拾穗者》、达•芬奇的《最后的晚餐》和《蒙娜丽莎》等艺术品时。看到艺术家将黄金分割巧妙地运用于绘画和雕刻之中。这与在传统教学条件下教师只是依靠语言描述建筑物和艺术品中黄金分割的教学效果相比是有很大的不同。
可视化技术研究范文第8篇
关键词：双目视觉；三维可视化；信息融合
1.引言
随着计算机软、硬件突飞猛进的发展，社会的各行各业对三维可视化技术的需求已经越来越突出。当前三维显示技术已在军事、航空、航天、医学、地质勘探、文化娱乐和艺术造型等方面得到广泛应用。
为实现变电站的三维可视化，需要对变电站进行三维建模，构建变电站的三维模型。监控摄像头采集现场数据之后，对视频进行智能处理，根据设备的状态和人员目标的状态，将设备与人员的状态融合入变电站的三维可视化系统中，通过采集的数据以及处理结果实时更新目标的状态和位置，并且实时显示到变电站三维系统中。
2.三维可视化技术研究现状
（1）研究现状
1）建模软件
目前应用较多的是欧特克（Autodesk） 公司的 3ds MAX 和Maya；Multigen 公司的 Creator；Google 公司的 Sketch Up；Microsoft旗下Caligari公司的trueSpace等。这些建模软件，几乎可以满足我们所见到的任何现实世界中的物体模型的建立，比如房屋、道路、管道、植物、动物、日常用品以及我们现实生活中见到的一切。
2）平台软件和应用软件
三维可视化软件大都依赖于计算机图形学和可视化技术的发展。人们对计算机可视化技术的研究已经历了一个很长的历程，而且形成了许多可视化工具，比如 Directx 和 OpenGL，尤其在地里信息系统领域，当前Arc/info，MapInfo，MAPGIS，SuperMap，GeoStar等国内外专业二维 GIS 软件都有自己专有的三维GIS 子系统。比较专业的三维可视化系统软件或平台有：美国 ERDAS 公司的 IMAGINE Virtual GIS；美国 Skyline 软件；国内适普软件有限公司的 IMAGIS Classic；国内灵图的VRMap。
另外，像国内的武汉吉奥公司的CCGIS、上海杰图三维展示系统、中视典的 VRP 产品体系，在三维可视化方面都有自己独特的功能。
（2）双目立体视觉与三维重建
双目立体视觉是计算机视觉的基础内容，它利用成像设备在不同角度获取目标物体的两幅图像，然后基于视差原理，计算两幅图像中对应点的位置偏差，获取物体空间信息的方法。
3.信息融合技术发展状况及方法
（1）发展状况
信息融合技术是智能信息处理的一个重要研究领域。1973年，美国国防部自主开发了声呐信号理解系统，数据融合技术在该系统中得到最早的体现。此后，数据融合技术蓬勃发展，不仅在人工系统中尽可能采用多种传感器来收集信息，而且在工业控制和管理等领域也朝着多传感器方向发展。20世纪70年代末，在公开的技术文献中开始出现基于多传感器信息整合意义的融合一词，并开始广泛应用与军事与民用领域。
在美国军用电子技术带动下，20世纪80年代后期以来西方其他先进技术国家也先后加强多传感器信息融合研究活动，而且很快向民用部门扩展。1987年2月，美国国家科学基金会（NSF）首次在犹他州召开了“制造自动化中的多传感器信息融合”学术研讨会。
同年10月，全美人工智能学会（AAL）在伊利诺斯州召开了“空间推进与多传感器融合”学术研讨会。1988年，美国摄影仪器工程师协会（SPIE）主办了两次有关信息融合的学术研讨会，一次主题为“空间推理与景物解释”，另一次主题为“传感器融合”。同年，美国国防部把信息融合技术列为90年代重点研究开发的二十项关进技术之一，且列为最优先发展的A类。1989年，北约组织也在巴黎召开了这方面的会议，主题是“计算机视觉中的多传感器融合”。美国一实验室理事会（JDL）下设的C3技术委员会（TPC3）专门成立了信息融合学术会议，并通过SPIE传感器融合专辑、IEEE Trans，On AES，AC等发表有关论著；为了进行广泛的国际交流，1998年成立了国际信息融合学会，总部设在美国，每年举行一次信息融合研究国际学术大会。
到目前为止，美、英、法、意、日等国已研究出上百个军用融合系统，取得了一定的成果，但还存在着一些难题没有完全解决。如传感器模型、融合过程的推理以及有关算法的研究等。
国内关于信息融合技术的研究起步相对较晚，到了20世纪80年代末才开始有关多传感器信息融合技术研究的报道。20世纪90年代初，这一领域在国内才逐渐形成高潮。在政府、军方和各种基金部门的资助下，国内一批高校和研究所开始广泛从事这一技术的研究工作，出现了一大批理论研究成果。
20世纪90年代中期以来，信息融合技术在国内已发展成为多方关注的共性关键技术，出现了许多热门研究方向，许多学者致力于机动目标跟踪、分布监控融合、多传感器综合跟踪与定位、分布信息融合、目标识别与决策信息融合、姿态评价与威胁估计、图像融合、智能机器人等领域的理论及应用研究，相继出现了一批多目标跟踪系统和有初步综合能力的多传感器信息融合系统。
（2）信息融合技术方法
信息融合作为对多源信息的综合处理过程，具有本质的复杂性。传统的估计理论和识别算法，以及新兴的基于统计推断、人工智能和信息论的新方法，都可以用来解决信息融合问题。目前主要的信息融合方法可以分为以下几类：
1）信号处理与估计理论方法
这种方法包括小波变换技术、加权平均、最小二乘、卡尔曼滤波等线性估计技术，以及扩展卡尔曼滤波（EKF）、高斯和滤波（GSF）等非线性估计技术，以及近年来发展的 UKF滤波、粒子滤波和马尔科夫链蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo， MCMC）等非线性估计技术。
2）统计推断方法
统计推断方法包括经典推理、贝叶斯推理、证据推理、随机集（random set）理论以及支持向量机理论等
3）信息论方法
信息论方法运用优化信息度量的手段融合多源数据。典型算法有熵方法、最小描述长度方法（MDL）等。
4）决策论方法
决策论方法往往应用与高级别的决策融合。
5）人工智能方法
人工智能方法包括模糊逻辑、神经网络、遗传算法、基于规则的推理，以及专家系统、逻辑模板法和品质因数法等。
6）几何方法
几何方法通过充分探讨环境以及传感器模型的几何属性来达到多传感器信息融合的目的。
4.总结
随着新技术的不断发展，未来还会应用到更多更新的领域中，本文对三维可视化技术和信息融合技术的研究现状及原理进行了分析，相信基于信息融合的三维可视化技术未来也将在电网建设中进一步深化应用。
参考文献
[1]郭玲. 智能视频监控中运动目标检测的算法研究[D]. 华南理工大学，2013.
[2]孙振宇. 双目视觉重构算法及其在变压器中的应用[D]. 东北电力大学，2015.
[3]余小欢，韩波，张宇等. 基于双目视觉的微型无人机室内3维地图构建[J]. 信息与控制，2014，43（4）：392-397.
[4]常文凯，李恩，杨国栋等. 基于双目视觉的输电线路近距离三维位置测量[J]. 华中科技大学学报，2015，43：144-147.
可视化技术研究范文第9篇
【关键词】创新数据；可视化方法；管理研究
视化技术使得人们不再局限于通过文本或关系数据表来观察和分析数据信息，转而以更直观的方式研究数据并发现其中隐藏的关系，将单调乏味的数据及其内涵关系美观形象地展现在人们面前。根据实现原理的不同，数据可视化方法可以划分为基于几何的技术、面向像素的技术、基于图表的技术、基于层次的技术、基于图像的技术和分布式技术等。
目前，数据可视化技术已经在电子商务、数据仓库、社交网络、计算机网络等信息领域得到了普及应用。由于信息可视化技术及其应用范围非常广泛，在本文中，我们仅侧重于网络数据的可视化技术研究（这儿的网络数据是指通过网络测量、网络管理和安全等研究工作所取得的原始数据），主要介绍几种典型的网络数据可视化方法和相关的应用实例。
一、计算机信息领域可视化技术的需求
随着网络技术的发展和网络规模（特别是Internet）的不断扩大，网络已经成为人们日常生活的必不可少的一部分。同时，人们对网络服务质量（QoS）的要求也越来越高。因此，网络性能监测、网络管理、网络安全等已经成为网络技术研究和应用的重要组成部分，而网络数据可视化技术在其中所起到的作用也越来越关键。
首先，为了实现性能监测的目的，管理人员必须即时对网络中设备的工作负荷，即数据流量、链路利用率、丢包率、延时等各项性能参数进行定量评价。因此，网络性能的可视化是网络运行中重要的组成部分；其次，在针对园区网、骨干网以及因特网的管理和研究过程中，网络拓扑、IP地址和AS域分布范围的可视化也一直是研究人员的重中之重；最后，针对网络安全的恶意攻击行为，如扫描、蠕虫、病毒等造成的安全事件、异常流量及影响范围和演化趋势的可视化也具有非常重要的实际意义。
与其他领域的可视化需求相比，网络数据的可视化具有三个特点：一是网络数据与时间紧密相关，因此时间序列数据的可视化是其重要研究内容；二是由于网络数据的海量性和复杂性，需要快速实时地进行数据处理和分析来获得可视化结果；三是网络数据的可视化以真实性为首要目的，在保证正确显示数据的基础上实现可视化结果的美观性。目前，CAIDA、IEPM、SecViz等测量和研究组织和团体已经提出并实现了许多适用于网络数据可视化的方法和工具。概括来说，网络数据的可视化主要以基于图表和基于图像两种可视化技术为基础，其中基于图表的可视化技术主要用于网络性能的可视化，包括折线图、散点图、柱状图、饼图等多种方法，基于图像的可视化技术主要用于网络管理和安全研究数据的可视化，包括气象图（WeatherMap）、热图（Heat Map）以及三维图像可视化等许多方法。总之，通过网络数据的可视化，可以实现：
1.方便快速地获取更多的网络性能、网络状态等参考信息；
2.深入了解和分析已知的网络现象和规律；
3.能够从繁杂的数据中找出其中蕴含的关系，发现新问题并提出解决方法。
因此，深入研究和使用数据可视化技术对于开展网络监测、网络管理以及网络安全等研究工作具有重要意义。下面我们将通过实际的图例来详细介绍几种典型的网络数据可视化方法及其应用。
二、计算机基于图像的可视化技术
网络气象图
网络气象图是一种直观的显示网络拓扑、设备节点和链路状态等网络数据信息的可视化工具。网络气象图最早是由Panagiotis Christia实现的一个基于Perl的开源的可视化工具，以后Howard Jone又在功能、界面等方面进行了许多改进，发展成为一个受到普遍欢迎的网络数据可视化技术。
目前，网络气象图在国外许多网络中得到了实际部署与应用，国内的CERNET、中国科技大学等也都使用网络气象图作为一种网络拓扑显示和监测的方法，网络气象图能够实时显示网络节点状态、链路利用率等信息，实现网络拓扑、网络设备和链路状态的实时监控。随着网络技术和应用的发展，网络气象图开始与Flash动态显示技术、Google Maps等新的可视化方法相结合，从而能以更加直观友好的方式显示丰富的网络状态信息，典型的代表是GlobalNoc的RealTime Atlas项目。这里面的数据管理，又称为“数据资源管理”，包括所有与管理作为有价值资源的数据相关的学科领域。对于数据管理，DAMA所提出的正式定义是：“数据资源管理是指用于正确管理企业或机构整个数据生命周期需求的体系架构、政策、规范和操作程序的制定和执行过程”。这项定义相当宽泛，涵盖了许多可能在技术上并不直接接触低层数据管理工作（如关系数据库管理）的职业。
参考文献：
可视化技术研究范文第10篇
关键词：
中图分类号： TP391．9 文献标识码： A 文章编号：2095－2163（2011）03－0031－05
A Study on Application of 3D Visualization Technology in Digital Forestry
WU Wenjin， WANG Nihong
Abstract： Three-dimensional (3D) visualization of Digital Forestry is a hot topic in the field of forestry and computer graphics. From simple 3D modeling of trees to aid rationalization of forest spatial structure, refreshingly different forest trade conception and production management mode are provided by 3D visualization technology. The six kinds of application situation of 3D visualization technology in the digital forestry, namely tree model, virtual forest type map, growth model, forestry fire simulation, pest and disease monitoring, forest spatial structure are summarized, and the important role of 3D visualization technology in forestry production, operation, management, decision-making and so on are analyzed in this article. There are large amount of information, wide range and complex relationship in forest resource, so furthering research on 3D visualization of forest resource are also needed.
Key words：
0 引言
美国前副总统戈尔在1998年1月提出“数字地球即一种可以嵌入海量地理数据的多分辨率和三维的地球的表示，可以在其上添加许多与所处的星球有关的数据”，近年来随之兴起了“数字中国”、“数字城市”、“数字校园”等概念。“数字林业”是国家林业局在2001年提出的，这是“数字化”理念在林业方面的应用，其概念被明确为“系统地获取、融合、分析和应用数字信息来支持可持续森林经营管理的科学、技术和艺术”[1]。
三维可视化技术是使用计算机图形学图像处理技术为基础，将地球表面某一地域的数据信息转换为三维图形或图像的形式在屏幕上显示出来，并进行交互式处理的一种新技术。目前， “数字林业”的三维可视化是林学和计算机图形学领域研究的一个热点，从简单的林木三维建模到辅助进行的林分空间结构合理化，三维可视化技术都提供了一种全新的森林生产经营理念和方式，这对未来的森林管理与决策起着至关重要的作用[2]。
下面介绍三维可视化技术在数字林业中的应用领域。
1 树木模型三维可视化
树木的三维可视化是指利用科学的计算方法，将自然界中千变万化的树木形态转换为直观的几何图形，并将描述其生理结构、生长过程的复杂数据在计算机中进行直接的计算和模拟，即将树木结构的描述方法与几何参数反演成具体的林木空间形态，在此过程中可以采用光照、纹理、渲染等手段对林木图像进行绘制。准确而逼真地实现树木形态的三维虚拟显示是三维可视化技术在数字林业应用中的基础。结合森林空间结构特征信息，可为研究树木生长趋势和木材的收获评价等森林经营决策提供可视化的、精准的决策标准。
由于树木形态复杂，所以对模拟技术和系统开销有较高的要求， 而且树木生长具有生理确定性和长势不确定性的双重特性，至今，树木三维可视化还没有得到一个完善的具有林业研究意义的三维模型。为此，众多大学、研究机构的学者们对这个问题提出了自己的见解并进行了尝试[3]。
李庆忠等提出了一种L系统与IFS相互融合的植物形态模拟新方法，既能通过 L系统模拟出植物的随机生长的规律和拓扑结构，又可以利用IFS 来模拟植物各基本组成部分的自相似性和丰富的纹理、质地特性，得到比较自然和具有真实感的植物模拟效果[4]。郝卫亮等运用递归调用分形自相似结构的方法构造了树木的三维模型，采用分枝结构的随机抖动与双缓冲技术，既解决了模型的真实感，又解决了实现速度问题，简洁高效，具有普遍应用性，而且能生成形象逼真的树木图形[5]。张佳佳等基于树木的形态结构特征，使用分形迭代系统构建树木的整体结构形态，并用参数化曲线模拟树木枝条的自然弯曲状态以及在弯曲过程中枝条半径的变化，实现了树木形态结构的三维可视化[6]。吕梦雅等将阈值分析法与改进的种子点区域增长算法相结合，引入起飞着陆算法，实现了枝干结点的自动匹配，并在此基础上实现了基于手持相机双视点图像的树干三维重建系统[7]。向南平等利用GIS的组件ArcObjects提供的Scene viewer Control控件，在单株树木的三维可视化模型基础上应用 GIS数据，得到实时森林景观三维模拟系统[8]。Pradal等在Python程序语言基础上设计了一个用来创建、模拟和分析3D虚拟植物的开源图形工具包――PlantGL，提供了一套表示不同规模植物结构的几何模型[9]。
林分的可视化是基于林木三维可视化的，目前主要有3种模式：基于规则几何体的模型、基于树的三维造型、使用树木模型和软件集成的方法实现林分三维可视化。随着计算机技术的发展， 逐渐出现了各种林分可视化系统。可视化系统不仅可以反映林木的基本空间结构，也可实现动态漫游， 让参与者有身临其境的真实感受。
2 虚拟林相图三维可视化
随着计算机图形学、虚拟现实及三维仿真技术的飞速发展，林相图的制作经历了二维林相图、数字林相图、虚拟三维林相图三个发展阶段。
传统的林相图制图、成图周期长、精度低、投入高、比例尺固定、成果单一、资料难以保存；小班数据库资料和图面材料分离，无论今后森林资源数据如何变化，图面资料都不会随之变动；信息量不足，真实感差，实用性不强[10]。而虚拟林相图能够直观、准确、交互地在计算机上模拟大面积森林所在的地形、树种组成、树高、起源、分布等信息。因其有机地结合了二维林相图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、真实性的优点，同时又克服了二维林相图的三维信息缺乏和三维虚拟林相场景漫游的方向迷失感，所以真正做到了两者的优势互补[11]。
虚拟林相的最大特点是直观性，以活立木的形式来表现林相信息，可以为数字林业提供信息，又能为森林旅游提供宣传工具。Lim等使用虚拟现实模拟语言（VRML）开发了一个森林景观可视化系统，能够实现漫游仿真和三维图像渲染，从而辅助森林管理经营进行正确地决策[12]。2003年，罗传文以上甘岭林业局为研究对象，制作了包括三维图像显示、属性数据处理和导航三部分组成的虚拟林相图[13]。2006年，曲林以一个三维虚拟林相程序TERRAIN的制作过程为例，介绍Visual C＋＋开发平台上基于OpenGL图形库的三维虚拟林相图制作方法。董斌等以北京市妙峰山林场为例介绍了数字三维林相图的构件技术。通过不同颜色表达不同树种的分布，克服了纸质林相图树种分布不直观、界限不明显的缺点，实现了森林的规划设计、抚育、更新和管理的可视化[10]。卢双珍等利用数字高程模型以及ArcView、ArcMap、ERDAS等软件，进行三维林相图的制作研究，实现了从二维林相图向三维林相图的跨越[14]。孙海洪等实现了三维虚拟林相的显示、放大缩小和漫游等功能，为林业规划显示系统的开发提供模块和技术支持[15]。
基于地理信息系统技术构建数字三维林相图是未来林业制图的重要发展方向之一。利用数字三维林相图可以直观地查询小班的林种分布、树种结构、面积、土壤、坡度、坡向、土壤厚度、土壤质地等，可以非常容易地实现森林的规划设计、抚育、间伐、更新和管理。随着计算机软硬件技术的不断发展，数字三维虚拟林相图的构建过程会越来越简单，从而使这项技术从理论走向实践，真正实现林业的数字化、定量化、可视化、网络化和信息化。
3 生长模型三维可视化
三维可视化生长模型是通过对树木构筑型和林分生长模型的研究，基于木本植物的生理特征与计算机的高速运算功能，模拟真实树木在自然环境中的生长过程，并在以往研究数据与经验基础上，对当前林业实践进行准确指导、评价、预测的计算机三维模型[16]。
研究森林生长规律，指导森林经营活动，是林业研究的一个重要方面。随着数学模型和计算机模拟技术的发展，使树木生长得到更好的模拟。学者们对树木枝条的生理特性和空间分布状态的研究更加细化，使树木模拟研究逐渐向定量化和动态化发展[17]。
实现林木生长的三维重现，便于对树木生长进行科学有效的表达。许炜敏等以VS2005为平台，采用VB．NET语言，利用ArcEngine的一系列应用接口和控件，结合林场小班图层、立地因子、数字高程模型（DEM）、不规则三角网（TIN）、遥感影像等数据，根据不同立地条件贡献值以及林龄进行蓄积量计算，实现了基于ArcScene的杉木林蓄积量可视化表达，动态演示了杉木林依据立地因子和生长模型的蓄积量生长分布过程[18]。芦海涛等以水曲柳为例，采用逐步回归的技术建立水曲柳单木生长模型，为水曲柳的生长和经营提供参考和依据[19]。李忠国等在分析我国暖温带中山区和北亚热带高山区日本落叶松生长情况的同时，在模型中加入了代表区域特征的哑变量来建立日本落叶松人工林生长模型，为科学经营奠定了基础[20]。
林分生长模型是根据已知的林分初始信息及环境因素计算出林分生长过程中的各种参数或数据。根据林分生长模型来指导营林生产已成为林业集约经营的一项重要技术。景向欣通过实测数据结合树木生长的生物学特性、枝条生长模型、节子（死枝）预测模型、叶量预测模型建立了树木动态三维可视化模型系统，有助于经营者选择有效的经营措施[21]。向玮等以落叶松云冷杉林为对象，建立分树种的矩阵模型，并模拟不同采伐方案对木材生产、树种和林分结构多样性及碳贮量的综合影响，为多目标森林经营决策提供方法和依据[22]。
4 林火模拟三维可视化
森林火灾是森林经营中最严重的自然灾害之一，与普通的火灾相比，具有突发性强、难以控制、恢复期长等特点，同时林火的燃烧与地形、风向等环境因素关系密切。一旦发生，极易形成高强度的树冠火和地表火，严重危害森林资源、环境和扑火人员生命安全，不仅会造成巨大的经济损失，而且会对生态系统和气候造成不可忽视的影响。随着计算机技术的飞速发展，尤其是计算机图形和虚拟现实技术的发展，使得三维表达真实感事物成为可能。利用三维真实感图形表达不仅能实时显示受灾面积、火势蔓延的方向、火势大小，而且能给人以真实的感觉和可视化的画面[23]。
林火蔓延是一个多相、多组分可燃物在各种气象条件（温度、湿度、风向、风力等）和地形影响下燃烧和运动的极其复杂的现象。林火蔓延模型是指在各种条件简化的条件下，对其进行数学上的处理，从而导出林火行为与可燃物的性质、气象因素、地形因素等参数间的定量关系式。利用这个模型来预测将要发生或正在发生的林火行为，指导日常的林火管理和突发的森林火灾等工作，从而使林火能以最少的人力、物力及在最短的时间内扑灭[24]。如何建立恰当的火焰模型，生成具有真实感的火焰效果，一直是计算机图形学领域的研究热点。自从1946年Fons首先提出林火蔓延的数学模型以来，世界上出现了许多防火模型，其中，以Rothermel模型最成熟，运用最广泛。
虚拟的林火蔓延模型包括对林火造型的三维模拟、对林火的蔓延过程进行模拟以及林火与其它环境因素进行交互的三维模拟等方面内容。具有代表性的林火造型模拟技术有粒子系统、纹理合成及基于物理的模拟等 3种技术。黄华国等在分析林火蔓延的现有模型的基础上，整合数字高程模型、气象因子、树种因子的三维曲面元胞自动机模型，设计数据提取、加工、应用框架，开发出能够进行林火蔓延三维模拟的软件系统[25]。李建微等在构建大场景虚拟森林景观的基础上，以福建漳浦林区为实验区，采用Rothermel模型和Huygen原理，以改进的粒子系统方法，对在不同的风速和坡度下的林火进行三维模拟。该模型能够仿真在火场不同位置的林火扩散行为，既能实时地显示受灾的面积、火势蔓延的方向、火势大小，且能给人以真实感[23]。姚林强在分析近几年来国内外对火焰模拟技术发展的基础上，充分考虑林火自身的燃烧机理和造型特征，提出一种基于变形的粒子系统模型，以满足林火仿真在实时快速、真实感等方而的需要[26]。张超基于Rothermel林火蔓延模型，利用Huygen原理模拟火灾现场，结合三维GIS平台，实现林火行为的三维可视化。该模型能够准确反映不同位置的风速、坡度及其他因素的影响，使临场决策人员能够更加快速、形象地获取火场参数，从而提高灭火的效率[24]。Hoang等提出了一个沉浸式火灾模拟和可视化系统VFire，将用户置身于虚拟环境中，使其在各种条件下模拟实时火灾，并通过采取措施进行火灾扑救工作[27]。Parsons等提出一个新的模型FUEL3D，合并管道模型理论（PMT）和简单的三维递归分支方法来模拟树冠火，连接详细的可燃物模型和详细的火灾模型，并与传统的可燃物和火灾模型进行对比，从而提出火灾行为建模和生态意义[28]。Castrillón等提出基于3D虚拟环境的火灾预测应用程序和火灾模拟引擎，允许几个用户同时连接的远程模块，根据天气和风力数据同时整合地形空间信息和植被类型来模拟和可视化地面火灾的蔓延过程，来监测真实火灾事件[29]。
随着计算机技术和地理信息系统技术在林业中的应用，结合三维可视化模拟技术可以建立不同的林火蔓延预测模拟和分析管理信息系统，使用可视化的方式可呈现林火燃烧和蔓延过程、危害范围和火警预测，为防灾、减灾提供决策工具。
5 病虫害监测三维可视化
森林病虫害是指造成森林植物生长发育不良或死亡的病害和虫害，其传播途径广、蔓延速度快、防治难度大、治理成本高， 至今尚未找到经济有效的根治方法，对森林、生态、社会等方面造成了巨大的损失。中国是受森林病虫害严重危害的国家之一，年均受灾面积是年均火灾面积的214倍，于是又称为“不冒烟的森林火灾”。根据不完全统计，森林病虫害的种类约有8 000多种，其中经常对森林产生严重危害的就有200多种。因此，为了实现林业资源经营和发展的可持续化，人类需要对森林病虫害进行真实有效的预测。
传统的病虫害监测常采用随机模型、过程模型以及邻域规则模型，其时效性差，不能进行大范围的动态监测，更无法进行灾害扩散的空间预测。随着3S技术、三维可视化技术的发展，传统的监测手段得到了扩充，使得测报由传统的时间尺度上升到空间尺度[30]。例如，某地区受到病虫的侵害，在数字地形模型（DTM）或数字高程模型（DEM）上叠加遥感影像图和道路、河流、居民点等辅助信息，就可以模拟该区域的真实地形和场景，使相关研究人员能够更详细地掌握受灾区的实际情况。此外，某些软件中有模拟飞行的功能，使相关研究人员可以进行非实地的地理勘察和动态观测，从而使其有一种身临其境的直观感觉[31]。
唐玮嘉等设计出适合云南省松材线虫病管理和预警的应用软件，探索出一条能够比较容易被广大林业技术人员接受和使用的松材线虫病调查、管理和预测预警的新思路， 从而提高云南省松材线虫病管理的科技含量和决策水平，对于线虫病的有效监测及预警具有重大意义，并且有助于决策部门及时制定预防措施和防治措施[32]。未来的森林病虫害监测应该朝着多元化的方向发展，即在自身预防、治理等传统理论作为基础的前提下，运用空间信息技术，建立生物学、生态学、病理学、昆虫学等各相关领域的专家系统，最终形成一个完善、科学的监测系统，进而对生产实践进行指导。
6 森林空间结构三维可视化
目前的森林可视化与空间结构研究是相对独立进行的，表现在：一方面，森林可视化研究侧重于如何逼真地实现森林的三维虚拟显示，但很少引入基于树木坐标的空间结构指数进行空间结构分析，因此只可见森林，不知其空间结构特征，对森林经营辅助决策意义不大；另一方面，空间结构研究侧重于描述森林的空间结构状况或进行不同指数的比较，缺乏给森林经营者提供直观的信息。森林可视化固然可以直观再现森林，但森林经营者往往还需要掌握森林空间结构信息，因为这两方面信息对森林经营决策至关重要[33]。
森林的空间结构反映了森林内物种的空间关系，即林木在水平地面上的分布格局及其属性在空间上的排列方式；决定着林分中光、温的分布以及气体运动，对林木生长和经营的可能性等都有着重要的影响。因此，森林空间结构是森林经营的基础，在森林恢复与重建、结构与功能调控中具有重要意义。
森林空间结构主要包括：空间分布格局、竞争、混交三个方面。其中，三维可视化技术的应用主要就在空间分布格局方面，即在计算机上实现林分生长的视觉化、图形化和立体化，实现数字林木和数字森林。三维可视化这个强大的工具不但作为恢复和管理的视觉参考点，而且作为一个了解过去、现在和未来森林景观状态变化的辅助措施。Stoltman等使用3DNature软件将威斯康星洲的预结算森林进行可视化，将其与目前的森林状况进行对比，进而发现存在的一些变化[34]。Tyrv?]inen等考察了两种潜在的改进协作城市森林规划与设计的方法，包括基于计算机的可视化方法和示范森林与景观实验室，通过研究发现这两种方法的应用会实现森林规划和设计的重大改进[35]。森林资源管理规划必须解决生态、经济和社会可持续所关注的问题。Falc?bo等将决策支持工具与计算机可视化技术相结合，提出了森林景观动态模拟的可视化工具，能提供有效的实时导航能力，从而评估景观水平的森林管理的影响[36]。通过分析多种经营行为对林分空间结构、种群密度、竞争态势、林木更新所产生的影响，能促进工作人员调节经营方案，选择合理的经营措施，从而实现科学合理的经营管理[37]。
对基于空间结构的经营方案进行优化设计，是数字林业研究的一个重要方向。张成程通过构筑树冠三维模拟模型，结合可视化软件3DTree来探讨林分空间结构优化可视化经营和模拟不同间伐强度的采伐可视化经营。以空间优化指标来选择采伐木，模拟林木动态生长对采伐空间的填充过程，并探讨采伐所形成林窗动态变化曲线，以此为落叶松人工林的空间优化的可视化经营提供参考[37]。章雪莲提出基于GIS把森林可视化和空间结构分析结合起来进行研究的一套技术方法[33]。以浙江省天目山部级自然保护区内的常绿阔叶林为例，建立了基于树木纹理贴图的树木三维模型；将Voronoi图引入森林空间结构研究，改进了传统的森林空间结构指数计算方法；开发建立了森林可视化与空间结构分析系统，在计算机上实现森林可视化与空间结构分析，为森林经营决策提供可视化的、精准的信息，为常绿阔叶林的保护、恢复与重建提供技术支持与理论依据，对实现森林可持续经营有着重要意义。
7 结束语
树木模型三维可视化技术准确而逼真地实现了树木形态虚拟显示，林分三维可视化是在单木可视化的基础上发展起来的，为森林景观三维虚拟仿真提供了条件；直观、准确、交互的虚拟林相图可以使森林的规划设计、抚育、间伐、更新和管理更加便利；利用生长模型可以快速地模拟林分生长状况，为选择合理的竞争指标和应用不同的方法来建构竞争指标提供了依据；林火模拟能够及时避免和有效减少火灾带来的灾害，同时结合通视域分析等信息可以建立合理的防火设施；三维可视化技术扩充了传统的病虫害监测手段，使得预测和治理由传统的时间尺度上升到空间尺度；空间格局的研究是和森林经营管理结合最紧密的应用方式，在森林恢复与重建、结构与功能调控中起重要的指导作用。
森林资源信息量大、涉及面广，而且相互关联，各类信息复杂，对于那些没有经过培训或者在森林管理方面没有经验的人员很难理解，在林业中应用三维可视化不仅可使公众更好地理解和接受森林管理行为的动机和意图，而且对相关工作人员制定森林管理策略也是必不可少的[38]。但森林资源三维可视化的工作量很大，对各类复杂自然景物的建模、算法的优化、空间分析及制定有效的经营管理策略等方面的研究还需要不断深入。
三维可视化技术应用在数字林业中，不仅可使人们身临其境地漫游在森林中， 也可通过模拟选择最优的经营方式， 减少林业工作者传统作业的工作量，避免经营失误带来的经济和环境的损失，有助于林业管理人员在虚拟的环境下及时了解和掌握森林资源现状和动态变化过程，如森林火灾的蔓延过程和病虫害的侵害趋势等。同时，还能提供不断更新的相关森林资源信息， 如地类、树高、蓄积量和相关的统计结果，为相关森林资源规划管理方案的制定提供高效、准确的辅助决策；而且对影响森林资源分布、演替的其他相关因素可进行综合宏观分析研究，从而推进森林资源培育、保护、利用的合理化，协调生态系统的和谐与共存发展。
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可视化技术研究范文第11篇
【摘要】
目的：探讨应用3D可视化技术对盆腔血管进行三维模型构建及研究。方法：采用氧化铋+聚乙烯醇造影填充剂进行新鲜尸体盆腔血管灌注，X线摄影，经CT扫描采集数据导入计算机Mimics10.01或3dDoctor软件进行血管三维模型构建。结果：构建的盆腔血管三维模型图像清晰，管道饱满，立体空间感强；膀胱、子宫、直肠等动脉均显示出3～4 级血管网，各级分支血管的形态、走行、分布及各动脉间的吻合显影清晰，盆腔器官血液供应血管来源，及各血管间的毗邻位置关系清晰明确。结论：采用3D可视化技术可构建理想的盆腔血管网模型，为临床医生对盆腔血管疾病的诊疗提供了新技术。
【关键词】 盆腔血管；造影术；X线；CT；3D可视化
［ABSTRACT］ Objective: To investigate the feasibility of threedimensional model construction of pelvic cavity blood vessels with 3D visualization technology. Methods: Xray and CT scan of pelvic vessels in fresh corpse were taken after perfusion of visualization filler of oxybis and polyvinyl alcohol， the obtained data were processed with Mimics10.01 or 3dDoctor software for threedimensional model construction. Results: The constructed threedimensional model of the pelvic cavity blood vessels were clearly shown with good stereopsis， 34 degree vascular nets of bladder， uterus， rectum etc. were all clearly displayed， distribution and arteria anastomosis of the branch arteries， and the syntagmatic relations among the pelvic vessels were also clear. Conclusions: An ideal threedimensional model of the pelvic cavity vascular net can be established with 3D visualization technology， which guarantee a new methodology for the treatment of relevant diseases.
［KEY WORDS］ Pelvic vessel; Angiography; Xray; Computed tomography (CT); 3D visualization
盆腔内血管系统具有复杂性和多变性的特点， 这个空间里， 几乎所有血管都在不断地弯曲和分支， 针对该血管系统进行的解剖学研究已广泛开展［13］， 例如大体解剖、血管铸型、多层螺旋CT自带软件重建等。近年，国内已成功应用血管造影术［47］结合CT扫描、X线摄影，运用“交互式医学影像控制系统（MIMICS）”或计算机3dDoctor软件进行各器官组织血管三维重建，获得不同角度的三维立体图像即血管“可视化”；同时可模拟介入导管在静脉内的虚拟内窥镜漫游路径，观察管道内三维空间结构及其毗邻关系。本实验探讨应用3D可视化技术对盆腔血管进行三维模型构建，以清晰的血管三维图像，连续，立体的空间感，可多角度旋转观察从而为临床设计出更好、更合理的手术方案，为临床术式的开展提供诊疗性依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
氧化铋（Bismuth oxide，Bio，化学名：三氧化二铋α型，国药集团化学试剂有限公司，分析纯)、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol ，PVA，1799型，天津市大茂化学试剂厂，实验试剂），恒温箱，烧杯，蒸馏水，玻璃棒；GE公司64排螺旋CT机（Prospeed sys CT）；统计学处理和图形处理工具：SSPS11.0， DicomWorks1.3.5， 3Ddoctor。
1.2 血管造影剂配制、标本灌注及X线摄影、CT扫描
取10%聚乙烯醇水溶胶溶液与氧化铋按0.25g/mL配制成血管造影悬浮液填充剂［7］。选用新鲜无外伤死亡尸体，按常规管道灌注法进行动脉血管插管、管道冲洗，尔后进行灌注，其量外200～300mL，灌注完将标本放入冷冻冰柜5min，使填充剂充分凝固。按常规腹部64排螺旋CT扫描条件：120kV，512×512重建矩阵，0.5mm层厚，无间距连续扫描，窗位35～40、窗宽250～300。获得连续扫描图片421张，用Mimics10.01或3dDoctor软件进行三维重建。X线摄影条件：53kV，50mA， 1/20s，线器滤()。
2 结果
2.1 X线、CT扫描结果
盆腔X线摄影图像血管清晰可见，管道光滑连续，最小血管可显示至0.2mm。本实验CT扫描共获取盆腔图像421张，图像血管填充良好，显影清晰，边缘光滑连续，无中断、空泡，密度均匀，用Mimics软件重建的盆腔三维模型及血管图像清晰、连续，立体空间感强，可多角度旋转观察，重建的子宫标本未发现实质性病变，为一正常人子宫及附件。
2.2 盆腔模型及动脉血管模型构建
采用氧化铋聚乙烯醇造影填充剂灌注的新鲜尸体盆腔血管标本，经CT连续扫描采集数据后，导入计算机Mimics10.01或3dDoctor软件，重建的盆腔三维模型及动脉血管模型图像清晰、美观，并可根据需要进行多层组织共建，图像立体空间感强烈 ，可随意放大、缩小，不同角度旋转观察。第4 腰动脉、直肠上动脉、髂总动脉、髂外动脉、旋髂深动脉、骶正中动脉、髂内动脉前干的脐动脉、膀胱下动脉、膀胱上动脉、子宫动脉、阴道动脉、闭孔动脉、髂内动脉后干的髂腰动脉、臀上动脉、臀下动脉、阴部内动脉、直肠下动脉网均重建清晰显示，并可清楚显示子宫动脉及其分支的形态、走行、分布及各动脉间的吻合网。
3 讨论
3.1 盆腔动脉血管模型构建的研究现状
在临床解剖学研究中，我们常常涉及小血管方面的研究，系统解剖学难以显示。传统的妇产科解剖学研究主要针对防腐固定的尸体标本，难以对盆腔血管的精细动脉网的立体结构和空间构像进行研究。近年来解剖学家、妇产科医师、影像学家为此而进行不懈的努力。目前关于盆腔及子宫动脉血管网模型的研究方法主要有:血管铸型技术［8］、影像学技术［9］和数字人技术［2］。临床多层螺旋CT扫描研究正常人体盆腔血管形态，重建的盆腔血管模型可显示出3～4 级血管，但对于细小血管网，如子宫动脉血管网未能清楚显示，难以对子宫疾病进行特异性研究。2004年瑞典的Bajka等［10］利用美国VHP非特定性数据集进行了女性盆腔模型的重建，由于该数据集未对血管标识，无法清楚显示盆腔脏器的血管系统。单锦露等［2］应用中国女性人体数据集构建了中国人体女性盆腔可视化数字模型，重建了包括大部分的盆腔脏器、盆腔动静脉主干等在内的三维解剖关系，但对子宫动脉血管网也未能显示。本实验采用血管造影术，运用Mimics10.01或3dDoctor软件，重建出清晰、美观的盆腔三维模型及动脉血管模型图像，并可根据需要进行多层组织共建，图像立体空间感强烈 ，可随意放大、缩小，不同角度旋转观察，解决了以往技术难以攻克的问题。
3.2 盆腔血管3D可视化的研究意义
由于盆腔血管结构具有分级复杂、形态迂曲多变、走行多向性的特点，建立完整的盆腔血管系统图像， 可为临床医生直观地了解血管和骨骼的关系、以及血管完整形态具有重要的指导意义。3D可视化技术是运用计算机信息处理技术，将人体组织和血管图像构筑数字化，以构建三维的、可视的、可调控的、虚拟的人体血管形象，即“可视化”。 人体血管3D可视化结合了医学和计算机科学的最新成果，在3D可视化技术下，可对人体盆腔的某个部位解剖结构进行相应的横截面切片图显示，还可对该模型进行任意方向的切割，对其内部结构进行多角度观察，应用动态三维立体图像取代传统的医学二维图像(如教科书中的图片和放射学照片)。正如已经成熟的血管铸型技术一样， 同样是为了更好地说明盆腔血管的复杂性， 明确具体血管形态。另外在重建的动脉图像中， 可以更明确的反映人体血管的变异。同时应用血管3D可视化技术进行血管病变定位， 尤其是在动脉瘤、动脉阻塞、大的静脉曲张和栓塞等疾病中具有重要意义。例如应用在严重的盆腔淤血症、盆腔肿瘤等病变周围血管网络的影像学研究方面， 为血管丛血流异常诱发的疾病诊断和治疗提供解剖学指导， 以此为基础更好地研究盆腔血管形态学变化深层的规律。
3.3 子宫动脉血管网模型构建的意义
应用放射造影术进行盆腔血管3D可视化，构建的子宫动脉血管网模型可研究血管的精细结构，三维显示子宫动脉血管网及其分支分布和交通吻合情况，为妇产科疾病的临床诊断、手术治疗等方面提供血管形态学依据，为指导子宫动脉栓塞治疗及新式妇产科手术的开展提供解剖学平台，对血管性介入治疗有指导意义。子宫动脉栓塞术(uterine artery embolization，UAE)是通过栓塞子宫动脉血管网治疗子宫肌瘤、子宫腺肌病等妇科疾病的一种主要的微创术式［11］。我们构建子宫动脉血管网模型为该术式提供了理想的血管解剖学依据。正常子宫动脉血管网模型的构建为在体正常子宫及病态子宫动脉血管网模型的构建提供基础，为课堂教学以及手术教学提供直观的模型，为子宫动脉血管网容量、血管各部血供比例等方面的研究提供基础;为临床医生进行术前手术设计和手术模拟，创新显微外科手术方案，提高临床诊疗水平及帮助临床教学训练均有重要作用。
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可视化技术研究范文第12篇
在改革开放之后，我国社会经济快速发展建设，社会经济在发展内对于V产资源需求量不断提升。我国国土面积广阔，矿产储存量十分丰富，但是由于地质勘探工作质量低下，进而造成矿产资源无法得到有效勘测。可视化技术在进一步发展建设过程中，在地质勘探内应用，可以有效解决地质勘探所存在的问题，精确勘测矿产资源数量，推动我国地质勘探工作进一步发展建设。与此同时，可视化技术在与先进技术相结合之后，在水文及地貌方面具有重要意义。
可视化技术
可视化技术含义。可视化技术实际上就是采取建模及渲染形式，将复杂繁琐数据信息转移为图形形式。可视化技术在应用内，需要借助计算机技术和图形处理技术。与此同时，可视化技术还包含较多关键技术，例如集成技术、资源技术等。所以，可视化技术在分析研究过程中，需要对图像分析结果，了解数据所存在的变化，这样才能够充分发挥出可视化技术在数据信息处理上面的作用。
可视化技术特征。可视化技术在实际应用内，具有较多特征，主要体现在三个方面：首先，交互性。可视化技术所具有的交互性，可以对数据信息系统深入管理，同时对数据信息深度挖掘；其次，多维度。可视化技术多维度特征，用户可以对数据信息特点及变化深入了解，对数据信息进行类别划分，进而显示出数据信息所具有的价值；最后，可视性。可视化技术可视性特征，主要表示繁琐数据信息在转变为图形方式之后，通过二维或者是三维形式表现出，了解不同数据信息之间所存在的关联。
可视化关键技术在地质勘探内作用
地质勘探在应用到可视化技术之后，地质勘探工作质量及效率可以显著提高，并且对地质勘探工作环境改善，方便地质勘探工作人员开展日常工作，缩短地质勘探时间。可视化技术可以将复杂数据类别将其转变为图形形式，更加直观展现到用户面前，提升地质勘探工作趣味性。即便是地质勘探人员数据信息分析能力十分低下，可视化技术是良好手段，可以对数据信息价值深入分析，数据信息理解也更加容易。与此同时，数据信息在转变为图形之后，为勘探人员提供良好想象空间，增加对地质结构深入理解，找到地质结构内矿产资源。
可视化关键技术在地质勘探内应用
地质勘探工作在开展内，需要运用到多种方式或者是方法，了解地质勘探结果。借助地质勘探结果，可以有效对地质情况全面分析了解，最常见的勘探方式为采集样本，然后对样本进行分析研究。借助样本分析研究，在与地质方面有关知识相结合，可以对地质有着全面了解，进而了解地质结构。
矿产资源的开发，实际上就是对地质勘探数据进行研究。需要特别注意的是，样本在采集内，存在一定随机性及误差性，所以仅仅通过样本及经验总结，就对矿产资源类别及数量等信息确定，安装针对性设备，完成地质开采工作，地质勘测工作性得不到保证，甚至还会造成严重经济损失。
所以，可视化技术在地质勘探内应用，地质勘探方面问题可以得到有效解决，地质勘测工作精确度也可以得到保证。可视化技术在对电磁波技术结合之后，通过电磁波对矿产地质位置了解，通过三维立体形式将矿产结构展示在显示设备内。
矿产资源数量在不断增加情况下，勘探技术也愈加完善成熟，原有地质勘探技术在矿产资源内应用，无法采集矿产相关数据信息。可视化技术在地质勘探内应用之后，传统地质勘探问题可以得到有效解决。与此同时，可视化技术在应用之后，可以精确了解到矿产资源储藏方面所存在的数据信息，了解到矿产资源类别，为矿产资源开采提供更加精确数据信息，为地质勘测工作人员提供地质勘测精确施工方案，有效延长矿产资源应用时间。
可视化技术研究范文第13篇
论文摘要：三维真实感是 科学 可视化、 计算 机动画和虚拟现实的技术核心，也是时空一体化地理信息系统的关键技术；而地形建模和可视化则是三维场景构造中的重要内容。简述三维地形实现过程和地形建模常规方法的基础之上，重点对 opengl支持下的两类三维地形建模和实现技术进行了详细地论述，并对两类建模技术和不同的实现方法进行了分析和对比研究；最后，根据其性能对比及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为地形建模和实现方法的选择提供依据和指导。
1 引言
20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。随后以地形地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统(gis)、虚拟现实(vr)战场环境仿真、娱乐游戏、地形的穿越飞行({1yin hr0ugh)土地管理与利用、水文气象数据可视化等多个领域得到了广泛的应用，越来越受到人们的关注。坩形可视化…是一门以研究数字地形模型 (digital terrain m0de1)或数 字高程域(di gital elevati0n fie1d)的显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点。
本文在基于 opengl的i维地形实现技术基础之上，针对不同的三维地形模型方法以及三维叮视化等关键技术展开了分析，重点研究了基于 3dsmax和基于 0pengl的两类一维地形建模和实现技术，并依据多边形数目、每秒钟帧数、内存使用以及 cpu效率等指标对其进行 了性能 比较。最后，根据其性能对比的结果及其各 自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为实际工程应用中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导。
2 三维地形建模与实现方法
2．1 地形建模
当前，利用 0pengl技术构造三维实体的常规建模方法有如下两种 ：
1)在三维形体构造软件(如 3dsmax等)中完成形体的构造 ，通过相应的方法将 3dsmax建立的模型转换为 0pengl中的顶点数组，最后在 0pengl下进行显示；
2)0pengl编程实现三维地形建模 ，目前常用的方法是先根据特征点高程和地形的特征参数如平均高程、高程标准差等)构筑地形模型，再利用插值生成地形的细节 ，最后通过色彩和纹理处理形成完整的三维地形。
2．2 三维地形实现的基本方法
在实现过程中，首先得到 dem h 数据(影像数据)通过相应的数据处理，将原始数据转化为三维模型构造所需要的顶点数据；并利用变换后的数据进行模型构造，通过投影变换、视点变换等一系列的步骤，形成最初的三维地形；最后利用光照消隐以及纹理映射技术的后期加工和处理，真实感的三维地形最终成型。
基于 opengl技术的三维地形的基本实现过程如图 1所示 ，而本文将重点论述基本过程中的三维数字地形模型构造的方法。下面将介绍利用 0pengl技术构建三维地形的建模技术和实现方法。
3 基于 3dsmax的地形建模与实现
首先，利用经过处理后的 dem数据 ，在 3dsmax软件下建立数字地形 (3dsmax建模的具体方法和步骤见相关技术 文献 )。
通过 3dsmax 建成的数字地形如图2所示。当 3dsmax模型建立完成之后 ，就需要将此模型转换为 0pen- gl中的顶点数组。有三种方法可以实现上述的转换：
1)直接对3dsmax模型进行读取，将各个信息放入对应的数组中； ’
2)利用工具软件如 deep exploration等，可 以将3dsmax模型转换为 c语言文件，并且在c语言文件中将模型信息存储在数组中 ；
3)利用已经封装好了的 3dsmax文件读取类进行模型转换。如使用比较广泛的 cijoad3ds类 j，它由专业的人员编写并封装好，通过包含它的头文件和执行文件，并调用相应的函数即可完成．3d模型的转换。
这三种方法各有优缺点。第一种方法优点是可以选择对自己有用的信息进行存储 ，将不关心的信息进行滤除，提高程序效率，缺点是使用者需要对．3d文件结构有较深的了解，并且需要进行大量的程序编写 ，比较费时费力；第二种方法优点是不需要具备专业的．3d文件结构知识，直接通过软件转换，省时省力，缺点是大部分软件只能将 3dsmax中的顶点数据转换成数组保存 ，但是将丢失纹理信息，如图3所示 ；第三种方法较好的解决了前两种方法的缺点，它既可以方便的对 3dsmax模型进行转换，又不会丢失纹理信息，如图4所示。但是缺点是它将所有的信息完全的保存下来，这样在 opengl渲染 的时候会增加系统的运算量，降低程序效率。
利用第一种方法和第三种方法从实现技术上是一致的，都是通过对．3d文件的信息分类进行读取，不同的是第一种方法需要自己编程，第三种方法利用已有的程序。而第二种与第三种方法相比，第二种方法虽然也将所有的顶点数据保存下来，但是可以有选择的在 opengl中绘制有用 的顶点。为了比较了该两种方法对同一个．3d三维地形模型进行转换时的效率，特选择多边形数目、每秒钟帧数(fps)、内存使用、cpu使用等指标来衡量 ，其对比结果如表 1所示 (其中用来测试的电脑配置如下：pentium(r)m 1．4g处理器、内存为 512m，操作系统为 wind0ws xp)。
综上所述，对于．3d三维地形转换的第二种方法不太适合对纹理要求较高的模型转换中。对于使用第一种方法还是第三种方法应视不同情况来选择：
1)当系统对实时性要求高而且地形大，并且开发时间宽裕时，选择第一种方法 ；
2)当系统注重开发时问，并且可以容忍一定效率损失时，选择第三种方法。
4 基于 opengl技术的地形建模与实现
① 基本地形建模
计算机图形学中的所有光滑曲面最终都是由多边形(主要是三角形)无限逼近得到的，因此建立三维地形模型叫的实质是构造用来逼近该曲面的空间三角网。利用准备好的数据点根据 delaunay三角网的构网规则生成三角网，如图5所示。
在生成三角网后，还需要注意组成三角网的各个三角面法向量的标注。因为生成地形的明亮程度除取决于光源和明暗处理方式外，还受到三角面点与面的法向量的影响。一般点的法向量取值为其周围面法向量的均值。在图 6中 p点的法向量即可表示为与其相邻的四个面法 向量 n1、n2、n3、n4的和的平均值。
② lod(level 0f defajls)技术地形建模
l0d技术是指为了更好地实现三维复杂模型的实时动态显示 ，将三维物体用多种不同的精度表示，并根据观察点位置的变换而选择不同精度的模型予以成像的技术。 一般来说，地形的数据量是很大的，利用一般的方法构建大型的地形需要消耗大量的内存并且也会严重的影响渲染速度。然而，并不是系统每次都必须耗费大量的内存和cpu来渲染大数据量的地形，因为当观察点距离地面很远时，地形的图像在屏幕上占据很少的象素点 ，在这种情况下，用大量的多边形面片去精确表示地形是不必要的。所以，系统只需要在观察点离地面很近，需要精细的描述地貌的时候 ，才需要渲染大量的多边形来逼近真实地形；而在观察点远离地面时，则可以简化数据量来达到提高渲染效率和减少内存消耗的目的，也就是利用 ij0d技术。利用 l0d技术进行地形建模的效果见图7、图8、图9所示。
图7、图8、图9分别是不同的细节层次下对同一组地形数据进行的地形建模，左图是网格图，右图是实体图。由左图可以看出渲染的多边形面片数明显减少，而右图的实体效果当视点离地面很远的时候不会有明显的变化。
为了具体的说明lod技术带来的效率提高，表2对比了不同的细节层次下渲染的多边形数目、每秒钟帧数(fps)、内存使用、cpu使用的情况(测试条件同上)。通过表 2的性能对比可以得出，使用较低的细节层次在渲染效率的提高以及系统消耗的减少上都有优异的表现。这说明利用 l0d技术实现大规模三维地形具有实际的工程价值。
所以，在不同的观察高度下对三维地形使用不同的细节层次，可以很 好的在不损 失视觉 效果的前提下提高程序效率。
5 性能对比
以上论述了两类三维地形建模和实现技术，对这两种不同的实现方法的优劣仍需对比研究。鉴于此，本文通过对这两种方法渲染相同数量多边形的 fps、消耗内存以及 cpu效率等指标进行 比较 ，其中使用封装好的 cload3d类来转换3dsmax文件。用来测试的电脑配置和上面的测试配置相同。性能对比的测试结果如表3所示。
由表 3可以得出，渲染相同数量多边形，opengl编程建模比3dsmax建模使用更少的内存消耗并且有更高的 fps。所以程序如果偏向于追求程序执行效率，则使用 opengl编程建模为好。
然而，3dsmax建模优点也是明显的．使用 0pengl程序所构建的三维模型外观上 比较粗糙，而且建模的直观性较差、修改模型时的效率也较低，同时建模过程比较繁琐，编程量较大，而3dsmax是专业的三维建模软件，利用它可以方便的建立物体模型，且不需要编程便可很直观地构建模型，模型外观更精细，可以保留很多细节。当程序要求三维地形具有复杂精 细的外观效果，应 当考虑使用 3dsmax建模实现。
6 结论
本文从三维地形实现过程的角度出发，围绕三维地形建模的实现方法展开研究，重点研究了 0pengl支持下的两类三维地形 建模 和实现技术 ，并对其性能和优缺点进行了对比。
通过对两种方法的性能和优缺点的比较和分析，得出不同方法的适用场合，从而为实际工程应用 中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导：
1)系统在性能和效果上更倾向于性能，并且需要占用更小的内存和cpu，则适用 opengl编程实现；
2)系统在性能和效果上更倾向于效果，并且对细节方面有较高要求，纹理贴图复杂多变 ，则适用 3dsmax建模实现。
参考 文献 ：
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[4] 贾瑞生，等．三维地形建模与可视化研究[j]．系统仿真学报，2006，8(18)：330—332．
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可视化技术研究范文第14篇
关键词：智能变电站；安全措施；可视化技术；继电保护；抗干扰能力 文献标识码：A
中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2016）25-0141-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.068
随着科学技术的不断提高，对变电站的要求越来越趋向于智能化。电网规模的不断扩大使得作为电力系统核心关键作用的变电站要接受更大的信息量，对变电站的要求也在不断提高。智能变电站作为新时展的产物，具有可靠性高、集成度高和先进的技术优势，代替传统变电站，提供网络交互和资源共享。通过分析智能变电站的安全措施和相关可视化技术的研究，确保智能变电站运行的稳定性。
1 智能变电站相关概念
智能变电站属于目前较为先进的智能设备，具有可靠与环保等多种功能。智能变电站的基本要求为全站信息数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化，从而能够自动地完成信息的采集、测量、控制、保护、计量以及检测等多种基本功能。
智能变电站主要包括两部分：一部分为智能高压设备；另一部分为变电站统一信息平台，智能高压设备主要包括智能变压器以及电子式互感器等。智能变压器与控制系统在运行的过程中主要依靠通信光纤相连，因而可以及时地掌握变压器状态参数以及运行相关数据。当运行方式出现改变时，设备根据系统的电压及功率情况，可以对是否调节分接头起到决定作用；当设备出现问题时，将会发出预警并提供相关的状态参数等，如此便能在一定程度上降低设备的运行管理成本，最大限度地提高变压器运行的可靠性。智能高压开关设备是具有较高性能的开关设备和控制设备，同时配有电子设备、传感器以及执行器，因此在运行的过程中具有监测以及诊断功能。电子式互感器能够有效地克服传统电磁式互感器在运行过程中的问题及缺点。变电站统一信息平台功能有两个：一是系统横向信息共享功能，主要表现为管理系统中能够统一获得各种上层应用的相关信息；二是系统纵向信息的标准化功能，主要表现为各层能够实现透明地对其上层应用支撑作用。
2 智能变电站安全措施
智能变电站技术的安全措施防范模式分为不同的智能安全形式，目前主要的保护系统跳闸方式主要采用：非常规互感器+就地合并单元（MU）+GOOSE跳闸；常规互感器+就地合并单元（MU）+GOOSE跳闸和常规互感器+常规采样+GOOSE跳闸。而以上三种智能模式涉及的设备均不相同，在继电保护过程中涉及到的设备主要包括GPS时钟、保护装置、智能终端和交换机。智能变电站的原理是使用以太技术代替传统的二次接线传递数字信息和模拟信号，解决原有接线处短路问题，将原有的接线装置高度吻合，使得网络数据流畅通无阻地传递下去。智能变电站运用大量的光缆，传输速度比传统的传输速度更快且安全性能更高，运用面向对象的变电站事件（GOOSE），类似于一种快速报文传输机制，是智能变电站的核心技术。通过这种核心技术，将高速网络通信作为基础，提供各个节点以快速可靠的通信方式，解决传统跳闸问题，实现回路之间的智能化检测，为变电站提供可靠的运行模式和智能的管理。
继电保护系统检修模式。目前国内外的电力公司对继电保护系统通常采用事故检修、定期检修、可靠性检修和状态检修四大检修模式进行维护。通过对设备的可靠性评估、定期进行检修和实时在线监测的方式进行检修。本文将其归纳为继电保护停电检修和不停电检修模式，以带电完善设备和停电消除故障两种模式下，总结适用于220kV及以下电压等级的智能变电站的线路保护、主变保护、母线保护和母联保护的典型安全措施。
2.1 线路保护安全措施
在一次设备检修过程中，一般采取的保护措施安全步骤类型分为：（1）采用电子式互感器；（2）采用传统互感器；（3）合并单元缺陷；（4）线路保护装置缺陷。对母线进行保护采取退出GOOSE的操作，保护运行中的线路和智能终端，故合并单元并将回路打开，后期退出软压板的操作，输入光纤取下线路保护背板SV。
2.2 主变保护安全措施
在一次设备检修过程中，主变保护检修校验的典型安全措施如下：（1）采用电子式互感器；（2）采用传统互感器；（3）主变保护检修校验；（4）某侧合并单元缺陷；（5）主变保护缺陷，需做保护功能试验。
2.3 母线保护安全措施
在一次设备不停电情况下，母线保护检修校验的典型安全措施如下：（1）母线保护检修校验；（2）220kV母线保护处理缺陷（只考虑母线保护缺陷，需做保护功能试验的情况）。对于已经投运的变电站，一般不会将全站母线停电进行检修，若出现全站某一电压母线停电的情况，可参考不停电检修的典型安全措施。
2.4 母联保护安全措施
当母联开关处在检修的位置，设备处于停电情况时，母联保护检修教研，典型安全措施如下：（1）采用子式互感器；（2）采用传统互感器。通过对母联进行保护和对智能终端投入检修压板，退出GOOSE启动失灵接收软压板，在母联保护下输入光纤取下，在合并单元段将CT和PT回路打开。而当母联开关处在检修位置，设备并不断电的情况下，采取典型安全措施如下：（1）合并单元缺陷；（2）母联保护装置缺陷，需做保护功能试验；（3）智能终端缺陷。
3 可视化技术研究
可视化技术作为解释大量数据最有效的手段而率先被科学与工程计算领域采用，并发展为当前热门的研究领域――科学可视化。可视化把数据转换成图形，给予人们深刻与意想不到的洞察力，在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。可视化技术的应用大至高速飞行模拟，小至分子结构的演示，无处不在。在智能变电站的技术投入中也有很多模块是用于可视化技术的研究。通过将技术手段转换成合适的图形显示输出，生成具有真实感觉的图形，对工程师的立体感官具有更好的理解，方便工程师在处理解决实际问题中更加有效地实施方法手段。
4 相关完善建议
随着技术不断发展，智能变电站的开发速度越来越快，对电力企业的运检维修工作更是提出了更高的要求。本文针对发展得日新月异的智能变电站简要地介绍了国内的概况，对安全措施方面进行了总结。随着对智能变电站技术的深入研究和探讨，智能变电站将成为一种全新的先进可靠智能体系，为人们的信息传送提供方便。在研究过程中，仍然有很多不足的地方，本文对以下方面的内容有待于进一步完善：（1）220kV继电保护虚端子的标准化设计研究；（2）不更改220kV母线保护配置的改扩建研究；（3）智能变电站继电保护状态实时监测与可视化系统的开发与集成；（4）智能变电站安全措施可靠性研究与分析。
5 结语
本文通过介绍智能变电站的概况，表明智能变电站已经成为当今电力系统的核心关键和未来发展趋势，新一代的继电保护设备将成为先进的处理器和通信技术的载体。另外，通过分析当前智能变电器的维修工作体系，总结了智能变电器所运用的安全措施，并提出相关安全隐患的解决措施，采用可视化技术手段，形象化给出路径的实现方案和解决手段，得出实施成果。随着对智能变电站研究的逐步深入，我国的智能变电站运营和维修模式将进一步完善，最终实现智能变电站的稳定
运行。
参考文献
[1] 孙志鹏.智能变电站安全措施及其可视化技术研究
[D].华北电力大学，2014.
[2] 赵志新.智能变电站SCD配置管控方案研究[D].华北
电力大学，2015.
[3] 郑众.智能化变电站在220kV文津变的应用研究[D].
可视化技术研究范文第15篇
关键词：三维可视化；土地整治；高程数据；航空影像
中图分类号：TU984 文献标识码： A
三维地形可视化技术是指在计算机上对数字地形模型中的地形数据进行逼真的三维显示、模拟仿真、简化、多分辨率表达和网络传输等内容的一种技术，它用直观，可视，形象，多视角，多层次的方法，快速逼真的模拟出三维地形的二维图像，使地形模型和用户有很好的交互性，使用户有“身临其境”的感觉。它涉及到测绘学、现代数学、计算机三维图形学、计算几何、地理信息系统、虚拟现实、科学计算可视化、计算机网络等众多学科领域，在战场环境仿真，娱乐与游戏，地形漫游，道路选线，土地规划，三维地理信息系统等众多领域有着广泛的应用[1]。
该技术在“数字地球”概念的大背景衬托下，显示出了强大的生命力和蓬勃生机，并随着与之相关的学科迅速发展而不断更新。进行遥感图像三维可视化及影像动态分析的目的是综合利用“3S”技术、遥感图像数字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科技，通过遥感图像正射处理、多源遥感图像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工序，按照一定比例尺和飞行路线生成研究区域的虚拟三维影像动画。因此，对其深入研究具有重要的理论意义与现实价值[2]。
1 数据处理
1.1 遥感影像数据处理
本研究项目区域为村庄，位于山区地带，之所以选择这个区域，主要是该区域地势复杂，山势起伏，对土地整治建设项目产生一定难度，同时有利于三维可视化效果的演示。
使用的遥感影像数据为航空影像数据（图1），在数据预处理上，主要是通过几何校正、正射校正、裁剪与拼接，最后与高程数据DEM进行配准。
1）几何校正
几何校正主要解决像元在不同坐标系上的差异，主要表现为位移、旋转、缩放、弯曲等。
遥感影像校正的主要步骤[3]：1、完成模型和投影参数设置2、采集地面控制点3、进行图像重采样（本研究选择最邻近像元重采样法）
2）正射校正
由于此次研究区内地势起伏，所以采用多项式进行影像的几何纠正就能满足精度的要求，利用数字高程模型进行正射纠正。
3）裁剪与拼接
遥感影像图与项目区的范围可能不吻合，所以根据项目区对影像图要进行裁剪与拼接处理，此项操作在ERDAS9.2软件中进行处理。
1.2 DEM数据处理
1）DEM数据简介
数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）是场景建模中广泛采用的一种数据格式。它是在一定的地域范围内按一定的规则获取和记录一些点的高程而形成的用来描述地形的数字模型.DEM数据通过灰度渲染形成可视的地形形态，其应用包括农、林、牧、水利、交通、军事以及测绘制图，遥感等诸多领域，可以用于与高程分析有关的地貌形态分析、透视图、断面图制作以及坡度分析、土石方计算、表面积统计、通视条件分析、洪水淹没区分析等许多方面。
2）DEM数据采集
DEM数据采集的方法按采集的方式可分为选点采集、随机采集、沿等高线采集、沿断面采集等；按数据采集的方法分，有人工、半自动、自动采集等；按数据的来源分，有野外实地直接测量获取DEM数据、利用摄影测量方法获取DEM数据、以地形图为数据源的DEM数据获取方法等[4]。
以地形图为数据源的DEM数据获取方法[5]。它是目前应用最广泛的一种方法。因为采用这种方法所需的原始数据源容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不太高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业。
本次研究所用的DEM数据源为第三种采集方法，以地形图为数据源获取。
1.3 其他辅助数据
在影像图的基础上，对项目研究区域现状图进行矢量化制作，由于使用的遥感影像底图分辨率较高，所以为地物识别，提供了精准的参考，对现状图矢量化的成图提供了有力的保障，矢量图件制作完成后，进行符号化，凸显各个地类要素现状性质。高程数据采用DEM数据，为三维可视化模型的建立提供高程数据支撑。
2 三维可视化技术的实现
地理信息系统中，三维可视化模型的建立，主要是通过遥感影像资料、高程数据、矢量数据以及其他辅助数据实现[6]，三维可视化模型构建具体技术一般为：
1.航空影像几何校正和配准
2.现状图矢量化
3.高程数据DEM、二维影像数据与现状图叠加
4.生成三维数据模型
2.1 矢量现状图与遥感影像图的叠加
在ARCGIS里面进行矢量化操作，矢量化后的现状图与项目区的影像图进行叠加，然后导出栅格文件，实现了二维文件的合并，然后再进行图件配准，实现二维图件有坐标系，为与高程数据进行叠加做。
2.2 二维数据与高程数据的叠加
在遥感软件ERDAS里，实现二维数据与高程数据进行叠加，初步实现项目区域三维可视化表达，建立三维可视化模型，增加了地形、地貌等信息，由于项目区地处山区，包括坡度等相关信息，在此基础上进行现状调查与后期规划，更具有直观性。
3 三维模型的动画制作
在三维图件形成的初期，只能显示三维效果，可视性还是较差，因此，可以通过ERDAS遥感软件进行项目区的动画制作，实现全方位的展示与视角，对项目区有更全面的了解与信息的掌握。
3.1 项目区飞行路线的制定
由于土地整治建设项目有侧重点与重点区域，特别是环境特别复杂的区域，那么在进行动画制作的时候，就重要针对这些区域进行操作，制定好详细的路线，以及观测的高度，以便飞行后制作的动画有针对性，可以及时反馈需要的信息，以便为接下来的工作提供基础保障
3.2项目区飞行操作
在制定了详细的飞行路线后，启动飞行，通过窗口对飞行视角进行观测，实时注意视角的变化，以便达到飞行鸟瞰的效果。
4 结语
在本研究中，主要是利用三维可视化地理信息系统技术，把调查的现状要素从通常的二维模式转化为三维模式，这样就为土地整治项目的前期现状调查工作提供了数据基础，受数据精度、工作时间和研究条件的限制，没有对三维可视化及其应用进行更深入的研究，但实验结果仍然具有较强的理论意义和实际价值。
（1） 更直观、更准确的反应了项目区的地形、地貌特征；高精度的三维影像动画，对于宏观观察者（如领导干部、项目决策者等）而言，其实际效果相当于乘坐在一定高度的飞行器上进行航空路线观察；对于遥感图像解译者而言，高精度的三维影像动画提供了可供反复使用的真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观影像。提高了土地整治建设项目规划设计的效率与质量。
（3） 随着虚拟现实技术的不断发展，应用三维可视化技术实现动态仿真变成可能[8]。本文以土地整治建设项目为例，通过现状模型三维可视化，可实时、快速、全面的动态演示时空变化，可以为规划设计工作提供可视化载体。
参 考 文 献
[1] 王永明.地形可视化[J].中国图像图形学报.2002，5（6）：“9―456.
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