Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра микропроцессорных средств автоматизации

А.В. Кычкин

ТЕХНОЛОГИИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие

Издательство

Пермского национального исследовательского политехнического университета

2014

УДК 004.9: 681.3

Кычкин А.В.

«Технологии визуализации информации»: Учебное пособие / Кычкин А.В.: – Пермь: ПНИПУ, 2014. – 149 с.

В учебном пособии приведен материал для изучения дисциплины «Технологии визуализации информации». Рассмотрены основные понятия и теоретические основы технологий визуализации данных и информации, структуры и модели представления растровой и векторной графики, компьютерные технологии визуализации информации, модели визуализации данных, методы и средства визуализации, а также прикладные программные пакеты.

Для преподавателей дисциплины «Технологии визуализации информации» и студентов направления 220700.68 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Утверждено на заседании кафедры микропроцессорных средств автоматизации __.__.14 г., протокол №__.

© ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», 2014

Содержание

Содержание 3

1. Теоретические основы технологии визуализации 8

2. Роль методов визуализации учебной информации в обучении 15

3. Растровая и векторная графика 21

Классификация компьютерной графики по способу представления изображения 21

Растровая графика 21

Векторная графика 22

Фрактальная графика 25

Принципы представления изображения 26

Пиксели и координаты 28

Физические пиксели 28

Логические пиксели 29

Пиксельная глубина и устройства отображения 29

Цветовые модели 30

Цветовая модель RGB 30

Цветовая модель CMYK 32

Цветовая модель HSB 34

Цветовая модель СIЕ L·a·b 36

Серая шкала 37

Цветовая палитра 38

4. Модели визуализации данных 41

Графики 41

Диаграммы сравнения 42

Деревья и структурные диаграммы 47

Диаграммы визуализации процесса 51

Диаграммы времени 53

Диаграммы связей 55

Трехмерные модели визуализации 57

Столбчатая диаграмма 59

Блоковая диаграмма 59

Ленточная диаграмма 60

Линейный график 61

Диаграмма всплесков 61

График поверхности 62

Гистограммы двух переменных 63

Трехмерные диаграммы диапазонов 64

Точечные диапазоны 65

Граничные диапазоны 66

Диапазоны двойных лент 66

«Летящие ящики» 67

«Летящие блоки» 68

Трехмерные диаграммы размаха 68

Трехмерные диаграммы рассеяния 69

Пространственный график 70

Спектральная диаграмма 71

Трехмерные диаграммы отклонений 72

Графики поверхности 73

Трассировочные графики 74

Тернарные графики 74

5. Визуализация данных в пакете Excel 76

Гистограммы 76

Графики 79

Круговые диаграммы 81

Линейчатые диаграммы 83

Диаграммы с областями 85

Точечные диаграммы 87

Биржевые диаграммы 90

Поверхностные диаграммы 92

Кольцевые диаграммы 95

Пузырьковые диаграммы 96

Лепестковые диаграммы 97

Другие типы диаграмм, которые можно создать в приложении Excel 98

6. Графика и визуализация данных в пакете MATLAB 100

Графика и визуализация данных 103

Графики в линейном масштабе 103

Оформление графиков 105

Диаграммы и гистограммы векторных данных 105

Трехмерные графики функций 107

Построение освещенной поверхности 108

Работа с несколькими графиками 109

7. Сервисная платформа JEVIS 110

Введение 110

Архитектура JEVis 112

Распределенный сбор данных, хранение, доступ 120

Глобальный энергетический менеджмент 125

Система My-Jevis 130

Перспективы 135

8. Обзор программных средств разработки приложений визуализации данных 137

Chartle.net  137

Hohli 138

IBM Many Eyes 138

Tableau  139

Dundas 139

Leximancer  140

SIMILE Widgets  140

Gephi  141

Graphvix 142

SemNet 142

 Cone Tree, Cam Tree 143

 Perspective Wall 144

В эпоху информационной насыщенности проблемы компоновки знания и оперативного его использования приобретают колоссальную значимость. В этой связи назрела потребность в систематизации накопленного опыта визуализации учебной информации и его научного обоснования с позиций технологического подхода к обучению.

Информационная насыщенность современного мира требует специальной подготовки учебного материала перед его предъявлением обучаемым, чтобы в визуально обозримом виде дать учащимся основные или необходимые сведения. Визуализация как раз и предполагает свертывание информации в начальный образ (например, в образ эмблемы, герба и т.п.).

В последние десятилетия в области передачи визуальной информации произошли почти революционные изменения:

• колоссально возросли объем и количество передаваемой информации;

• сложились новые виды визуальной информации и способы ее передачи.

Одним из средств улучшения профессиональной подготовки будущих учителей, способных к педагогическим инновациям, к разработке технологий проектирования эффективной учебной деятельности школьника в условиях доминирования визуальной среды, считается формирование у них особых умений визуализации учебной информации.

По данным психологов новая информация усваивается и запоминает лучше тогда, когда знания и умения «запечатлеваются» в системе визуально-пространственной памяти, следовательно, представление учебного материала в структурированном виде позволяет быстрее и качественнее усваивать новые системы понятий, способы действий.

Визуализация учебного материала открывает возможность не только собрать воедино все теоретические выкладки, что позволит быстро воспроизвести материал, но и применять схемы для оценивания степени усвоения изучаемой темы.

Методика современного преподавания с использованием компьютерной графики и аудиовизуальных средств должна ориентироваться на будущие и современные технологии, в том числе и на тенденции развития способов использования информационно-компьютерных средств и технологий.