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    本書主要探討了對數據集的處理和可視化表示。數據可視化與信息圖形、信息可視化、科學可視化，以及統計學圖形有密切的關系。全書運用數學、計算機科學和物理學方法創建使數據集更易于理解的圖形，內容涉及：可視化管道，標量可視化，向量可視化，張量可視化，域建模技術，圖像可視化，體積可視化，信息可視化等。第二版在傳統的科學可視化和信息可視化之間的關系，可視化分析這一新興領域，使用GPU和新一代軟件工具或軟件包的*新技術等方面有更好的闡釋，并提供豐富的習題、可下載代碼和數據集。

    本書包括多達48頁的高清彩插，對可視化理論進行了細致全面的闡述，應用實例豐富，實用性強。

　　譯者序
　　數據可視化技術旨在運用計算機圖形學的理論和方法，將隱含在大量數據中的復雜物理現象和自然規律轉化為直觀的圖形、圖像表達出來，幫助人們更直觀、有效地理解和分析數據。數據可視化技術涉及數據挖掘、圖像處理、計算機視覺等多種研究領域，具有交互性、多維性和可視性等特點。
　　本書的譯者多年來從事多媒體信息處理、虛擬現實、數據可視化等領域的研究，有一定的基礎并取得了一定成果。本書在電子工業出版社的幫助下，順利獲得了相關版權，且在翻譯、審校和出版的全程中，獲得了楊博編輯的幫助和指導，在此特別致謝。
　　需要說明的是，本書的翻譯得到了國家自然科學基金項目“非線性稀疏表示理論及其應用”(編號：61201337)、國家自然科學基金項目“視頻內容重復檢測及關聯分析技術研究”(編號：61571453)、湖南省科技計劃項目“面向大數據的視頻摘要生成技術研究”(編號：2014GK3020)、湖南省教育廳重點項目“視頻內容重復檢測技術研究”(編號：15A020)的資助。本書翻譯工作量較大。在翻譯過程中，欒悉道負責全書的統籌和審校，謝毓湘翻譯了本書的第1、4、12章和附錄，魏迎梅翻譯了本書的第2、6、9章，王衛威翻譯了本書的序言和第5、7章，康來翻譯了本書的第3、8、10、11章。左飛、張芯、賀竟錳、牛曉、郭樹璇、李琛、曾文星、鄭園、符涵、楊建宏等同學均參與了本書的翻譯工作。
　　所有譯者一直本著忠于原書、謹慎細致的工作態度開展工作，但是難免存在疏漏，懇請廣大讀者批評指正。
　　前言
　　本書是DataVisualization:PrinciplesandPractice自2008年首次印刷后的第二版。自第一版出版以來，數據可視化領域又見證了許多技術的進步和發展。一些技術和方法已經從研究室走進了專業人員的工具箱。得益于臺式機和筆記本電腦日益增強的計算處理能力，一些新方法和新算法促進了其他技術的進步。各種不同的設計實現技術和傳播技術，如基于互聯網眾多特性的技術，已經變得愈發重要。最后，現有的應用領域，如信息可視化，以及出現不久、正面臨發展重大抉擇的幾個學科應用領域，愈加被重視。
　　本書的第二版修訂和完善了對于數據可視化原理和應用的介紹。第二版在介紹各種可視化技術時，章節結構保持不變，還是遵循由易到難的順序，即從離散數據的表示開始，描述可視化管線，然后是各種更復雜數據類型(標量、向量、張量、域建模、圖像、體、非空間數據集)可視化技術的介紹。第二版修改和擴充了相當一部分可視化算法和技術，內容得以進一步豐富。第1章重點介紹科學可視化、信息可視化、可視化分析的廣闊背景，也介紹了現在的其他可視化文獻和書籍。第2章從一個簡單但完整的OpenGL可視化應用的例子說起，對圖形到可視化的轉變過程進行概括性介紹。第3章詳細介紹散點數據集無網格插值的過程。基于一個具體的實例，第4章詳細說明一個好的可視化映射應具備的性質。第5章特別探討色彩映射設計的問題，還介紹脊狀圖技術。第6章擴展了向量可視化技術集，深入探討流對象問題，包括密集流線播種、紋線、流面、紋面、向量場拓撲及說明性技術。第7章介紹擴散張量成像(DTI)可視化組合技術的新案例，還討論說明性纖維追蹤渲染和纖維集束技術。第8章額外介紹點云重構技術，如非流形分類、Alpha形狀、滾球法、泊松重建、球體splatting。對于網格細化，還討論循環細分算法。第9章介紹6個高級圖像分割算法(活動輪廓、圖割、均值偏移、超像素、水平集、緊致骨架)。通過展現最新的幾個表面和曲線骨架提取算法，進一步精煉形狀分析方面的介紹。第10章介紹體繪制技術的幾個新案例。第11章擴展得最多，涵蓋了幾種新增的信息可視化技術(簡化邊集束、一般圖集束、動態圖可視化、圖解可視化，以及擴展的降維處理技術)。最后，在本書附錄中更新、涵蓋了幾個重要的軟件系統和庫。所有章節都經過徹底的錯誤修訂，提高了說明的質量，并增加了幾個相關的最新參考文獻。
　　另外，第二版補充了網上在線資源，包括練習、數據集和源代碼。這些資源可以用于書中各種技術的練習，也可作為開展數據可視化實踐課程教學的基礎。本書的網址為http://www.cs.rug.nl/svcg/DataVisualizationBook。

　　Alexandru C. Telea 荷蘭埃因霍溫科技大學計算機科學系可視化和計算機圖形學的助理教授。2000年以來，他一直研究數據和信息可視化，計算機圖形學和軟件工程等。他最近的研究重點是軟件可視化，結合新的解析、交互和渲染技術，使用新的技術和工具，為工業軟件項目寫了數百萬行代碼。他曾在國際期刊和會議合作撰寫和發表了80多篇學術論文。

目 錄
第1 章 導論???????????????????????????????????????????????? 1
1．1 可視化如何工作???????????????????????????? 2
1．2 本書定位???????????????????????????????????????? 7
1．3 本書結構???????????????????????????????????????? 9
1．4 符號???????????????????????????????????????????????11
1．5 網絡資料???????????????????????????????????????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?????????????????????????????? 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?????????????????????????????????????????????? 31
第3 章 數據表達?????????????????????????????????????? 32
3．1 連續數據?????????????????????????????????????? 32
3．1．1 什么是連續數據??????????????????? 32
3．1．2 數學連續性?????????????????????????? 33
3．1．3 維度：幾何、拓撲、屬性?????? 34
3．2 采樣數據?????????????????????????????????????? 34
3．3 離散數據集?????????????????????????????????? 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 網格類型?????????????????????????????????????? 44
3．5．1 均勻網格?????????????????????????????? 44
3．5．2 正交網格?????????????????????????????? 46
3．5．3 結構化網格??????????????????????????? 47
3．5．4 非結構化網格??????????????????????? 47
3．6 屬性?????????????????????????????????????????????? 49
3．6．1 標量屬性?????????????????????????????? 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 非數值型屬性??????????????????????? 55
3．6．6 屬性數據的性質???????????????????? 56
3．7 采樣數據導數的計算??????????????????? 58
3．8 實現?????????????????????????????????????????????? 60
3．8．1 網格實現?????????????????????????????? 60
3．8．2 屬性數據實現??????????????????????? 65
3．9 高級數據表達??????????????????????????????? 68
3．9．1 數據重采樣??????????????????????????? 68
3．9．2 散亂點插值??????????????????????????? 70
3．10 總結???????????????????????????????????????????? 74
第4 章 可視化管線?????????????????????????????????? 75
4．1 概念層面?????????????????????????????????????? 75
4．1．1 數據導入?????????????????????????????? 76
4．1．2 數據濾波和濃縮???????????????????? 77
4．1．3 數據映射?????????????????????????????? 78
4．1．4 數據渲染?????????????????????????????? 83
4．2 實現層面?????????????????????????????????????? 83
4．3 算法分類?????????????????????????????????????? 88
4．4 總結?????????????????????????????????????????????? 89
第5 章 標量可視化?????????????????????????????????? 91
5．1 顏色映射?????????????????????????????????????? 91
5．2 設計有效的顏色圖??????????????????????? 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 脊狀圖(Enridged Plots)?????????110
5．5 總結?????????????????????????????????????????????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 數據集中的流線和管束??? 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?????????????????????? 143
6．6．3 IBFV 例子?????????????????????????? 146
6．7 向量場的簡化表示???????????????????? 147
6．7．1 向量場拓撲結構????????????????? 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???????????????????????????????????????????? 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???????????????????????????????????????????? 180
第8 章 域建模技術???????????????????????????????? 181
8．1 切割???????????????????????????????????????????? 181
8．1．1 數據磚抽取????????????????????????? 181
8．1．2 結構化數據集切片?????????????? 182
8．1．3 隱函數切割????????????????????????? 183
8．1．4 一般化切割????????????????????????? 183
8．2 選取???????????????????????????????????????????? 184
8．3 散亂點網格構建????????????????????????? 185
8．3．1 三角化方法????????????????????????? 185
8．3．2 表面重建與繪制?????????????????? 188
8．4 網格處理技術????????????????????????????? 198
8．4．1 幾何變換???????????????????????????? 198
8．4．2 網格簡化???????????????????????????? 198
8．4．3 網格細化???????????????????????????? 201
8．4．4 網格平滑???????????????????????????? 203
8．5 總結???????????????????????????????????????????? 206
第9 章 圖像可視化???????????????????????????????? 207
9．1 圖像數據表示????????????????????????????? 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 連通區域???????????????????????????? 226
9．4．4 形態學操作????????????????????????? 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???????????????????????????????????????????? 254
第10 章 體可視化?????????????????????????????????? 255
10．1 動機?????????????????????????????????????????? 255
10．2 體可視化基礎??????????????????????????? 257
10．2．1 分類????????????????????????????????? 258
10．2．2 最大強度投影函數????????????? 259
10．2．3 平均強度函數??????????????????? 259
?7?
10．2．4 取值距離函數??????????????????? 260
10．2．5 等值面函數??????????????????????? 260
10．2．6 混合函數?????????????????????????? 261
10．2．7 體著色????????????????????????????? 264
10．3 圖像序技術?????????????????????????????? 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?????????????????????????????? 270
10．5 體繪制與幾何繪制的比較??????? 271
10．6 總結?????????????????????????????????????????? 272
第11 章 信息可視化?????????????????????????????? 273
11．1 什么是信息可視化??????????????????? 273
11．2 信息可視化與科學可視化的技術
比較????????????????????????????????????????????????????? 274
11．2．1 數據集????????????????????????????? 275
11．2．2 數據域????????????????????????????? 276
11．2．3 數據屬性?????????????????????????? 277
11．2．4 插值????????????????????????????????? 278
11．3 表格可視化?????????????????????????????? 279
11．4 關系可視化?????????????????????????????? 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 多變元數據可視化??????????????????? 316
11．5．1 平行坐標系??????????????????????? 316
11．5．2 降維????????????????????????????????? 319
11．5．3 多維標度?????????????????????????? 320
11．5．4 基于投影的降維???????????????? 321
11．5．5 高級降維技術??????????????????? 322
11．5．6 投影解釋?????????????????????????? 323
11．5．7 投影質量評估??????????????????? 327
11．6 文本可視化??????????????????????????????? 332
11．6．1 基于內容的可視化????????????? 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?????????????????????????????????????????? 341
第12 章 結束語?????????????????????????????????????? 343
附錄 可視化軟件???????????????????????????????????? 346
參考文獻???????????????????????????????????????????????????? 359
專業詞匯表???????????????????????????????????????????????? 382