科学可视化的类型

2022年6月23日14:04:32科学可视化的类型已关闭评论

科学可视化是可视化领域发展最早、最成熟的一个学科,其应用领域包括了自然科学,如物理、化学、气候气象、航空航天、医学和生物学等各个学科,涉及对这些学科中数据和模型的解释、操作与处理,旨在寻找其中的模式、特点、关系及异常情况。

科学可视化类型

科学可视化的基础理论与方法已经相对成型。早期关注点主要在于三维真实世界的物理化学现象,其数据通常定义在二维或三维空间,或包含时间维度  。按数据的类别,科学可视化可大致分为3类,分别为标量场可视化、向量场可视化和张量场可视化。

在标量场可视化中,标量指单个数值,标量场每个数据点记录一个标量值。标量值的来源分为两类。第一类从扫描或测量设备获得,如医学断层扫描设备获取的CT、MRI三维影像;第二类从计算机或机器仿真中获得,如核聚变模拟中产生的壁内温度分布。

向量场可视化的主要关注点是其中蕴含的流体模式和关键特征区域。向量场每个采样点记录一个向量(一维数据)。向量代表某个方向或趋势,如实际测得的风向、旋涡,数据仿真计算得出的速度和力等。在实际应用中,二维或三维流场是最常见的向量场,流场可视化是向量场可视化中最重要的组成部分。

张量是矢量的推广:标量可看作0阶张量,矢量可看作1阶张量。张量场可视化方法可分为基于纹理、几何和拓扑3类。基于纹理的方法将张量场转换为一张或动态演化的图像(纹理),展示张量场的全局属性,其思路是将张量场简化为向量场,进而采用线积分法、噪声纹理法等方法显示。

以上分类不能概括科学数据的全部内容。随着数据的复杂性的提高,一些描述性、文本的、影像的、信号的数据也是科学可视化的处理对象,且其呈现空间变化多样。

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