数据可视化原理与实践(第二版)

本书主要探讨了对数据集的处理和可视化表示。数据可视化与信息图形、信息可视化、科学可视化，以及统计学图形有密切的关系。全书运用数学、计算机科学和物理学方法创建使数据集更易于理解的图形，内容涉及：可视化管道，标量可视化，向量可视化，张量可视化，域建模技术，图像可视化，体积可视化，信息可视化等。第二版在传统的科学可视化和信息可视化之间的关系，可视化分析这一新兴领域，使用GPU和新一代软件工具或软件包的最新技术等方面有更好的阐释，并提供丰富的习题、可下载代码和数据集。

目 录
第1 章 导论------------------------------------------------ 1
1.1 可视化如何工作---------------------------- 2
1.2 本书定位---------------------------------------- 7
1.3 本书结构---------------------------------------- 9
1.4 符号-----------------------------------------------11
1.5 网络资料---------------------------------------11
致谢------------------------------------------------------- 12
第2 章 从图形到可视化-------------------------- 13
2.1 一个简单的例子-------------------------- 13
2.2 图形渲染基础------------------------------ 16
2.3 渲染高度图---------------------------------- 18
2.4 纹理映射-------------------------------------- 22
2.5 透明度与混合------------------------------ 24
2.6 视角(viewing) ----------------------------- 26
2.7 汇总---------------------------------------------- 29
2.8 总结---------------------------------------------- 31
第3 章 数据表达-------------------------------------- 32
3.1 连续数据-------------------------------------- 32
3.1.1 什么是连续数据------------------- 32
3.1.2 数学连续性-------------------------- 33
3.1.3 维度：几何、拓扑、属性------ 34
3.2 采样数据-------------------------------------- 34
3.3 离散数据集---------------------------------- 39
3.4 单元类型-------------------------------------- 40
3.4.1 顶点------------------------------------ 40
3.4.2 线段------------------------------------ 41
3.4.3 三角形--------------------------------- 41
3.4.4 四边形--------------------------------- 42
3.4.5 四面体--------------------------------- 42
3.4.6 六面体--------------------------------- 43
3.4.7 其他单元类型----------------------- 43
3.5 网格类型-------------------------------------- 44
3.5.1 均匀网格------------------------------ 44
3.5.2 正交网格------------------------------ 46
3.5.3 结构化网格--------------------------- 47
3.5.4 非结构化网格----------------------- 47
3.6 属性---------------------------------------------- 49
3.6.1 标量属性------------------------------ 49
3.6.2 向量属性------------------------------ 49
3.6.3 颜色属性------------------------------ 49
3.6.4 张量属性------------------------------ 53
3.6.5 非数值型属性----------------------- 55
3.6.6 属性数据的性质-------------------- 56
3.7 采样数据导数的计算------------------- 58
3.8 实现---------------------------------------------- 60
3.8.1 网格实现------------------------------ 60
3.8.2 属性数据实现----------------------- 65
3.9 高级数据表达------------------------------- 68
3.9.1 数据重采样--------------------------- 68
3.9.2 散乱点插值--------------------------- 70
3.10 总结-------------------------------------------- 74
第4 章 可视化管线---------------------------------- 75
4.1 概念层面-------------------------------------- 75
4.1.1 数据导入------------------------------ 76
4.1.2 数据滤波和浓缩-------------------- 77
4.1.3 数据映射------------------------------ 78
4.1.4 数据渲染------------------------------ 83
4.2 实现层面-------------------------------------- 83
4.3 算法分类-------------------------------------- 88
4.4 总结---------------------------------------------- 89
第5 章 标量可视化---------------------------------- 91
5.1 颜色映射-------------------------------------- 91
5.2 设计有效的颜色图----------------------- 92
5.3 等高线法------------------------------------ 101
5.3.1 步进方格---------------------------- 105
5.3.2 移动立方体------------------------- 106
-6-
5.4 高度图---------------------------------------- 109
5.4.1 脊状图(Enridged Plots)---------110
5.5 总结---------------------------------------------113
第6 章 向量可视化---------------------------------114
6.1 散度和涡度---------------------------------114
6.2 向量符号-------------------------------------117
6.2.1 向量符号讨论----------------------119
6.3 向量颜色编码---------------------------- 122
6.4 位移图---------------------------------------- 125
6.5 流对象---------------------------------------- 127
6.5.1 流线及其变体--------------------- 127
6.5.2 流管---------------------------------- 134
6.5.3 3D 数据集中的流线和管束--- 135
6.5.4 流带---------------------------------- 136
6.5.5 流面---------------------------------- 137
6.5.6 纹面---------------------------------- 139
6.6 基于纹理的向量可视化------------- 140
6.6.1 IBFV 方法-------------------------- 141
6.6.2 IBFV 的实现---------------------- 143
6.6.3 IBFV 例子-------------------------- 146
6.7 向量场的简化表示-------------------- 147
6.7.1 向量场拓扑结构----------------- 148
6.7.2 特征检测方法--------------------- 151
6.7.3 向量场分解方法----------------- 151
6.8 说明性的向量场渲染----------------- 157
6.9 总结-------------------------------------------- 159
第7 章 张量的可视化---------------------------- 160
7.1 主成分分析-------------------------------- 160
7.2 分量可视化-------------------------------- 163
7.3 标量主成分分析信息的可视化---- 165
7.4 向量主成分分析信息的可视化---- 167
7.5 张量符号------------------------------------ 168
7.6 纤维追踪------------------------------------ 171
7.7 说明性的纤维渲染-------------------- 174
7.8 超流线---------------------------------------- 178
7.9 总结-------------------------------------------- 180
第8 章 域建模技术-------------------------------- 181
8.1 切割-------------------------------------------- 181
8.1.1 数据砖抽取------------------------- 181
8.1.2 结构化数据集切片-------------- 182
8.1.3 隐函数切割------------------------- 183
8.1.4 一般化切割------------------------- 183
8.2 选取-------------------------------------------- 184
8.3 散乱点网格构建------------------------- 185
8.3.1 三角化方法------------------------- 185
8.3.2 表面重建与绘制------------------ 188
8.4 网格处理技术----------------------------- 198
8.4.1 几何变换---------------------------- 198
8.4.2 网格简化---------------------------- 198
8.4.3 网格细化---------------------------- 201
8.4.4 网格平滑---------------------------- 203
8.5 总结-------------------------------------------- 206
第9 章 图像可视化-------------------------------- 207
9.1 图像数据表示----------------------------- 207
9.2 图像处理与可视化--------------------- 208
9.3 基本的成像算法------------------------- 209
9.3.1 基本的图像处理------------------ 209
9.3.2 直方图均衡化--------------------- 210
9.3.3 高斯平滑---------------------------- 212
9.3.4 边缘检测---------------------------- 215
9.4 形状表示及分析------------------------- 218
9.4.1 基本分割---------------------------- 220
9.4.2 高级分割---------------------------- 221
9.4.3 连通区域---------------------------- 226
9.4.4 形态学操作------------------------- 228
9.4.5 距离变换---------------------------- 230
9.4.6 骨架化------------------------------- 240
9.4.7 在2D 图像中的骨架计算----- 243
9.4.8 3D 中的骨架计算---------------- 247
9.5 总结-------------------------------------------- 254
第10 章 体可视化---------------------------------- 255
10.1 动机------------------------------------------ 255
10.2 体可视化基础--------------------------- 257
10.2.1 分类--------------------------------- 258
10.2.2 最大强度投影函数------------- 259
10.2.3 平均强度函数------------------- 259
-7-
10.2.4 取值距离函数------------------- 260
10.2.5 等值面函数----------------------- 260
10.2.6 混合函数-------------------------- 261
10.2.7 体着色----------------------------- 264
10.3 图像序技术------------------------------ 266
10.3.1 采样和插值----------------------- 267
10.3.2 分类与插值顺序---------------- 269
10.4 对象序技术------------------------------ 270
10.5 体绘制与几何绘制的比较------- 271
10.6 总结------------------------------------------ 272
第11 章 信息可视化------------------------------ 273
11.1 什么是信息可视化------------------- 273
11.2 信息可视化与科学可视化的技术
比较----------------------------------------------------- 274
11.2.1 数据集----------------------------- 275
11.2.2 数据域----------------------------- 276
11.2.3 数据属性-------------------------- 277
11.2.4 插值--------------------------------- 278
11.3 表格可视化------------------------------ 279
11.4 关系可视化------------------------------ 283
11.4.1 树可视化-------------------------- 283
11.4.2 图可视化-------------------------- 292
11.4.3 图解可视化----------------------- 314
11.5 多变元数据可视化------------------- 316
11.5.1 平行坐标系----------------------- 316
11.5.2 降维--------------------------------- 319
11.5.3 多维标度-------------------------- 320
11.5.4 基于投影的降维---------------- 321
11.5.5 高级降维技术------------------- 322
11.5.6 投影解释-------------------------- 323
11.5.7 投影质量评估------------------- 327
11.6 文本可视化------------------------------- 332
11.6.1 基于内容的可视化------------- 333
11.6.2 程序代码可视化---------------- 334
11.6.3 演化文档可视化---------------- 336
11.7 总结------------------------------------------ 341
第12 章 结束语-------------------------------------- 343
附录 可视化软件------------------------------------ 346
参考文献---------------------------------------------------- 359
专业词汇表------------------------------------------------ 382