 信息可视化技术综述
信息可视化的解释
信息可视化是在可视化技术发展日益成熟的基础上被提出来的。可视化技术（Visualization）是20世纪80年代兴起的一种技术，其含义是将复杂的数据以人们易理解和接受的图形/图象的形式在高度的沉浸感的显示环境中展现出来的，使得人们对数据有直观、准确的了解，并为人们提供了与数据进行交互的手段。在可视化技术刚出现的时候，主要是用于数据可视化（Data Visualization）方面，但随着计算机网络技术和电子商务的发展，信息可视化（Information Visualization）便被提出，信息可视化不仅用图像来显示多维的非空间数据，使用户加深对数据含义的理解，而且用形象直观的图像来指引检索过程，加快检索速度。我们可以通过信息可视化技术来实现高沉浸感、实时性、交互性，使每个人都有身临其境的感觉。
信息可视化的优点
1．可以加深人们对事物的理解及记忆
虽然利用计算机进行可视化是近几十年的事情，但是可视化的概念早就存在，因为人们很早就发现通过视觉获得的信息最直观、最易于理解。医学研究表明，人脑有60%以上的区域与视觉有关，“百闻不如一见”就是古人对视觉重要作用的通俗诠释。只不过那个时候的人们还没有用计算机，只能有图纸、图表等来表现可视化。
当计算机出现后，人们变依据计算机来表现可视化，特别是图形系统成熟后，可视化变成了以计算机图形技术为基础的一个概念，这就使可视化的形式经历了一维、二维、三维、甚至多维。当计算机图形学发展至多维的时候，计算机图形学真实感渲染技术也不断成熟，大尺寸屏幕以及投影技术的发展，使得可视化技术开始向多维的立体空间发展，大尺寸屏幕覆盖了使用者的余光，大大增强了使用者的“沉浸感”和“临场感”，而这种沉浸感和临场感会使人有一种身临其境的感觉，这样就必然加深了对信息的认识和理解，从而加深了记忆。
2．可以实现在虚拟建筑场景中漫游
在信息可视化系统中，人们可以实现沉浸感和临场感，从而实现了虚拟实时的交互性，使人能感觉到在真实场景中漫游一样，这就对人们的生活带来了很大的方便。他对人们生活方式的改变主要表现在以下两个方面：
真实建筑场景的虚拟漫游
这种虚拟漫游的最大特点：被漫游的对象是已客观存在着的，只不过漫游形式是异地虚拟的而已，同时，漫游的对虾哪个制作是基于对象的真实数据。我们利用这些技术可实现真实名胜景观的虚拟观光游和真实地形地景虚拟游。如于2003年完成的故宫ＶＲ《紫禁城•天子的宫殿》项目，它以高分辨率的图象投射在50英尺宽、14英尺高的弧形屏幕上，三台50Ｂarco Ｇalaxy ＷＡＲＰ立体ＤＬＰ投影机以一个三管道的Ｏnyx 3800 InfiniteReality４系统和千兆专用*理为驱动，将高分辨率的图象逼真地投射在屏幕上，参观者能够在虚拟的紫禁城中自由翱翔——借助操作控器可以漫游于康乾盛世的紫禁城，最近距离的观看太和殿的全景。
虚拟建筑场景的漫游
虚拟建筑是指客观上并不存在的，是完全虚构的，或者是岁有设计数据但尚未建造的建筑物。利用信息可视化的这个特点可以增强建筑设计、城乡规划中和新型房地产虚拟广告，建筑设计师可将其设计、规划方案或其理念三维地呈现出来，让投资方或审查者“身临其境”地在漫游中进行参观考察。信息可视化的沉浸感还可以使你在放松玩游戏的时候，能置身与游戏的场景之中，真正体验一下自己“参与”游戏中的快乐。同时信息可视化可以实现虚拟战争演练作战指挥的模拟训练，战场虚拟仿真和指挥模拟训练具有虚拟仿真技术的各种优点，例如安全性、可重复性、经济性、战场环境难度可调性、方便对抗模拟、容易实现各种战术设定等。
3．真正实现群体决策和群体可视化
所谓群体可视化，是指群体决策的一种手段。随着社会的发展，许多问题的解决往往不是一个或几个人能够决策的，有时需要十几个甚至几十个相关人员参与决策。信息可视化技术为他们提供了一种功能强大的理想可视化的环境，使群体决策高效而正确。在群体可视化系统中，许多决策者同处于高沉浸感的可视化环境中，共同面向面对可视化对象并与之交互，各自从不同的出发点对需要决策的问题提出解决方案，可视化对象不断被实时地修正以满足不同决策者的要求，这个过程不断重复，直至可视化对象满足（或最大限度地满足）所有决策的要求，与之对应的解决方案即为最佳决策。如一个工程要涉及多个领域和部门，任何一个单一部门都无法作出正确决策，而是需要群体决策，信息可视化系统为之提供理想的群体可视化环境，从而提高决策效率和正确性。 信息可视化的实现方式及技术要求
1．所需硬件产品及其技术参数、生产厂商
可视化系统主要由图形服务器（ＩＧ）、投影系统、屏幕及相关附属设备组成。图形服务器负责实时生成多通道同步图象，投影系统负责将这些图象正确地投射到屏幕上。附属设备一般包括信号转换接口（Interface）及放大器（Amplifier）、高质量信号线、矩阵交叉开关及音响系统等，负责保证信号在传输中的质量、信号的切换以及为系统提供音响、灯光控制等功能。
图形服务器（ＩＧ）
图形服务器是信息可视化系统的核心，其作用是根据虚拟场景数据库中的场景几何造型及观察者视觉信息实时生成虚拟场景的图像。一个高端的信息可视化系统对ＩＧ有着多方面的要求，如有提供高质量的图象、提供多通道图象、提供较强的实时性、处理大数据量复杂数据等功能。高质量图象的含义主要表现包括图象分辨率、抗混叠效果、色彩逼真度及纹理真实感等内容，在图象真实性的同时我们需要图形服务器能提供多通道图象，即Swap同步（即各通道同时翻转图象缓存）和Genlock（视频扫描线级的同步），必须同时实现这两个同步，以确保各图像通道不丢失帧且绘制时同步严格。信息可视化系统的图形服务器必须要提供实时性，其包括I/O实时响应和图象实时刷新。当信息可视化系统在工作的时候IG往往需要处理大规模的数据，这就需要大的内存、较高的I/O及系统带宽作为保证。
目前在国际市场上能制出符合信息可视化系统的要求的ＩＧ厂商主要包括以SGI为代表的传统ＩＧ厂商，以及以Quantum3D、Nuidia和ATI等为代表的以PC机为主的中、低端IG厂商。
投影系统
投影系统由设计眼点（Designed Eye Point）、投影机、几何矫正/边缘融合器、屏幕等设备组成
1）设计眼点
设计眼点是信息可视化设计中设定的观察点的位置，对应于虚拟场景中的视点。从理论上讲，在设计眼点观察虚拟场景感受的沉浸感是最强的。通常来说，平面幕的设计眼点在与幕中心垂直的直线上，柱面幕的设计眼点在过柱底面圆心与地面垂直的直线上，球幕的设计眼点在球心上。这时，柱面幕与球幕可采用对称视锥对虚拟场景进行观察，平面幕一般采用非对称视锥。当然，从理论上讲，设计眼点可以在任何位置。
2）投影机
投影机为投影系统的核心，也是信息可视化系统配置中最为灵活的一种设备，目前视景仿真市场上主要有三种投影机：CRT投影机、LCD投影机以及DLP投影机。
CRT投影机以阴级射线管为成像设备，色彩还原性非常好，并有着很高的对比度。由于采用了射线管，屏幕为全黑的像素时是没有任何灰度的（即没有光照），也就是说没有“黑光”现象（black light）。同时CRT也有一些弱点，比较突出的一个就是亮度太低，最亮的CRT投影机亮度也不过500ANSI LUMI左右，这意味着投影现场不能有其他光源，要尽量保持全黑，这对于应用是很不方便的。
LCD投影机是使用液晶板作为成像部件，主要优点是亮度较高，可达3000ANSI LUMI左右，其主要缺点是带宽较底，最高刷新频率不过80Hz，这就无法实现主动立体，只能使用被动立体，另外，LCD投影机成像的像素有颗粒感，并有黑光现象，即灰度为0的像素仍然在屏幕上呈现一定的亮度，这是由于液晶板无法把光源完全遮住造成的。
DLP投影机采用DMD数字微镜技术，这种投影机最大的优点是亮度高，可达10000ANSI LUMI以上，同时又具有较高的带宽，可以完成108Hz左右的图象刷新。其色彩还原性和色彩平衡性也要强于LCD。 DLP投影机的缺点是村在与LCD累世的颗粒与黑光现象。
3）几何矫正/边缘融合器
几何矫正/边缘融合器的主要任务是对投射在屏幕上的图像的重复区域进行融合，以得到一幅几何正确、无缝拼接的图象
目前个投影系统集成商均有自己的几何矫正/边缘融合技术，多随其集成系统一并出售，商品化的几何矫正/边缘融合器是挪威3d-perception公司的CompactUTM，配合该公司的软件CompactControl完成几何矫正/边缘融合工作。3d-perception公司产品功能强大，可完成各种复杂投影系统的矫正工作。需要指出的是，Barco公司所有与可视化相关的产品内部均集成了几何矫正/边缘融合模块，无需CompactUTM也能完成这些工作。
4）屏幕
屏幕为最终成像的地方，要求有较高的增益和交好的光学特性，在背投方式下，对屏幕的要求尤其高，往往要求其具有较高的光透过率和较好的散射特性。根据屏幕类型的不同，起生产商也有所不同，例如高端背投幕由DNP等公司生产，柱型软幕制造商包括Stewart等，专用球幕由Spitz公司制造等。
5）附属设备
附属设备是信息可视化系统完整的不可分割的一部分，通常包括信号接口、信号接口、信号线、矩阵交叉开关等，接口一般采用专用接口，兼有信号增强作用，有些接口（如VGA-5bnc RGB）也可以自制。若信号传输距离超过50米，一般需要进行中继以确保信号质量。矩阵交叉开关（Matrix Switcher）用于切换输入/输出信号，将没一投影机对应到某一路输入信号上，以三通道球柱型屏幕的可视化系统而言，一般需要8*4矩阵开关，即有8路输入4路输出的交叉开关。附属设备还包括一些特殊输入/输出设备，如红外立体发射器、立体眼镜、头盔、跟踪定位器、数字手套等，也包括音响系统、灯光控制系统等。
目前生产这些附属设备的国外厂商主要有CRESTRON，国内的主要有上海的Itron（e创）有限公司，这些公司主要产品有矩阵和中控，这些产品的稳定性以及操作的人性化是非常符合信息可视化发展 |
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2005/1/27 14:06:00
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