
- •«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
- •А.В. Кычкин
- •Содержание
- •1. Теоретические основы технологии визуализации
- •2. Роль методов визуализации учебной информации в обучении
- •3. Растровая и векторная графика Классификация компьютерной графики по способу представления изображения
- •Растровая графика
- •Векторная графика
- •Фрактальная графика
- •Принципы представления изображения
- •Пиксели и координаты
- •Физические пиксели
- •Логические пиксели
- •Пиксельная глубина и устройства отображения
- •Цветовые модели
- •Цветовая модель rgb
- •Цветовая модель cmyk
- •Цветовая модель hsb
- •Цветовая модель сiе l·a·b
- •Серая шкала
- •Цветовая палитра
- •4. Модели визуализации данных Графики
- •Диаграммы сравнения
- •Деревья и структурные диаграммы
- •Диаграммы визуализации процесса
- •Диаграммы времени
- •Диаграммы связей
- •Трехмерные модели визуализации
- •График поверхности
- •Гистограммы двух переменных
- •Трехмерные диаграммы диапазонов
- •Точечные диапазоны
- •Граничные диапазоны
- •Диапазоны двойных лент
- •«Летящие ящики»
- •«Летящие блоки»
- •Трехмерные диаграммы размаха
- •Трехмерные диаграммы рассеяния
- •Пространственный график
- •Спектральная диаграмма
- •Трехмерные диаграммы отклонений
- •Графики поверхности
- •Трассировочные графики
- •Тернарные графики
- •5. Визуализация данных в пакете Excel
- •Гистограммы
- •Графики
- •Круговые диаграммы
- •Линейчатые диаграммы
- •Диаграммы с областями
- •Точечные диаграммы
- •Биржевые диаграммы
- •Поверхностные диаграммы
- •Кольцевые диаграммы
- •Пузырьковые диаграммы
- •Лепестковые диаграммы
- •Другие типы диаграмм, которые можно создать в приложении Excel
- •6. Графика и визуализация данных в пакете matlab
- •Графика и визуализация данных
- •Графики в линейном масштабе
- •Оформление графиков
- •Диаграммы и гистограммы векторных данных
- •Трехмерные графики функций
- •Построение освещенной поверхности
- •Работа с несколькими графиками
- •7. Сервисная платформа jevis Введение
- •Архитектура jeVis
- •Распределенный сбор данных, хранение, доступ
- •Глобальный энергетический менеджмент
- •Система My-Jevis
- •Перспективы
- •8. Обзор программных средств разработки приложений визуализации данных
Перспективы
Хоть система JEVis очень хорошо продумана и широко применяется, она по-прежнему является предметом интенсивных исследований и разработок. В настоящее время основными темами научно-исследовательской деятельности являются доступность системы, альтернативные базы данных, и, как уже говорилось, инфраструктура для системы глобального энергетического менеджмента, которая представляет наибольшие трудности.
Доступность системы в целом все еще ограничена, это обуславливается недостатками интернет-технологии. С помощью динамического решения, автоматическое реле запросов и других динамических методов, мы надеемся в дальнейшем повысить отказоустойчивости и доступность системы.
База данных JEVis в настоящее время основана на СУБД Oracle 9i , и доказала свою стабильность и высокую производительность. Философией оказания услуг JEVis, на самом деле, является объектно-ориентированного программирование и нереляционная база данных. Ожидается, что объектно-ориентированная баз данных (ООБД) будет более гибкой, при обработке и хранении различных типов данных. Например, конфигурация всего оборудования, используемого в системе JEVis (IP-шлюзы, датчики, шины, узлы и т.д.) хранится и поддерживается базой данных JEVis. Использование нового типа устройств может привести к изменению структуры данных, потому что это требует новых, специализированных полей данных. Объектно-ориентированная баз данных имеет большую гибкость и может оперировать абстрактными устройствами, инкапсулировать структуру данных.
Еще одна интересная ветвь технологии баз данных – это активные базы данных. Активные базы данных, особенно активные базы данных реального времени преимущественно используется для планирования работы магазина, управления потоком работ и производственных процессов. Активное поведение, вызов различных действий (триггеров), и планирование особенностей активной БД идеально подходит для сервисов системы JEVis - система JEVis также реагирует на различные изменения в окружающей среде. Тем не менее, триггеров Oracle в настоящее время достаточно для быстрой работы системы JEVis.
Такие расширения, как новые услуги для клиентов, новые устройства, и такие компоненты как альтернативные шлюзы и протоколы – это перспективы для дальнейшего развития системы.
8. Обзор программных средств разработки приложений визуализации данных
Инструментов разработки приложений визуализации данных существует великое множество. Среди них есть более простые и более сложные, работающие онлайн и устанавливаемые на компьютер, более совершенные и находящиеся на ранних стадиях разработки, открытые, платные и бесплатные. У всех есть свои плюсы и минусы, специализация и спектр возможностей.
Chartle.net
Рисунок 111. Приложение Chartle.net
Бесплатное интерактивное онлайн-приложение по созданию графиков. Интуитивно понятный интерфейс, специальных навыков не требует, однако и набор возможностей ограниченный. С другой стороны, когда нужен быстрый результат, может быть сподручно: круглые диаграммы, столбики, линейные графики, динамические схемы, географическая карта двух видов. Итоговая визуализация интерактивно, и её код легко встраивается в html-страницу.
Hohli
Рисунок 112. Приложение Hohli
Простой и скромный интерактивный бесплатный онлайн-инструмент для визуализации данных с помощью стандартного набора диаграмм. (Нет возможности создавать карты.)
IBM Many Eyes
Рисунок 113. Приложение IBM Many Eyes
Популярный онлайн-инструмент для визуализации данных. Бесплатный. Есть возможность совместной работы над проектами.
Tableau
Рисунок 114. Приложение Tableau
Семейство программ для визуализации данных. Большой набор возможностей для кастомизации, а также возможность комбинировать несколько визуализаций на одной панели. По итогам создания визуализации можно получить html-код, который можно встроить в веб-страницу. Графики интерактивные. Закрытый софт, однако есть бесплатная версия с большим количеством доступных возможностей (Tableau Public). Пока разработана только для Windows.
Dundas
Рисунок 115. Приложение Dundas
Программное обеспечение для создания интерактивных визуализаций, в том числе в бизнес-целях. Может обрабатывать большие массивы данных. Создает визуализации, в числе прочего, в виде панелей из нескольких компонентов, что позволяет одновременно представить несколько измерений. Работает онлайн, коммерческое, платное. Предлагают 45-дневный бесплатный испытательный срок.
Leximancer
Рисунок 116. Приложение Leximancer
Профессиональная программа для анализа текста и визуализации результатов этого анализа. Коммерческая, платная, кроссплатформенная.
SIMILE Widgets
Рисунок 117. Приложение SIMILE Widgets
Это фактически собрание разнообразных сложных виджетов и их кодов. Коды открыты, их можно брать и адаптировать под свои нужды, но для этого требуются соответствующие навыки. Среди прочего, есть инструменты, позволяющие обрабатывать большие массивы данных и конструировать карты, тайм-лайны, интерактивные таблицы и многое другое. Инструмент Exibit позволяет создавать целые интерактивные веб-страницы с возможностью поиска и самостоятельного исследования представленной базы данных.
Gephi
Рисунок 118. Приложение Gephi
Программное обеспечение для визуализации графов. Используется как один из инструментов анализа соцсетей. Бесплатное, открытый код, кромплатформенное.
Graphvix
Рисунок 119. Приложение Graphvix
Еще одна программа для визуализации графов. Открытый код, кросплатформенная, бесплатная.
SemNet
Это одна из первых визуализаций, на которую ни смотря на это, все еще часто ссылаются различные исседователи. Система SemNet представляет собой визуалзацию оринтированных графов (как правило это базы знаний), где и узлы и связи между узлами имеют некие свойства.
Визуализация состоит из подписанных прямоугольных узлов и помеченых цветом дуг между ними. Все это размещеается в трехмерном пространстве. Система SemNet объединяет узлы с одинаковыми свойствами в пространстве в группы (кластеры). Отображаются детально только узлы выбранного кластера. Другие узлы не отображаются, и вместо них система рисует специальные объекты, символизирующий кластеры.
При просмотре базы знаний по структуре сети движется специальный объект, называемый спрайтом. Он наглядно демонстрирует пользователю путь прохождения базы. Так же для наглядности выделяются цветом состояния дуг и самих узлов.
Рисунок 120. Приложение SemNet
Cone Tree, Cam Tree
Эти системы визуализируют иерархии используя деревья узлов и связи между нимим. Каждое поддерево представляется конусом с корнем в его вешине и потомками, расположенными по основанию. Узлы представляются полупрозрачными прямоугольниками. Дерево может быть ориентированно сверху-вниз (Cone Tree) и слева-направо (Cam Tree).
Рисунок 121. Приложение Cone Tree, Cam Tree
Когда выбирается новый узел, дерево поворачивается так, чтобы узлы на пути к выбранному оказались ближе к наблюдателю. Помимо этого такие узлы выделяются цветом. При выполнении поиска, узлы выделяются красным, показывая его результат.
По мимо вращения, узлы дерева можно сворачивать, убирая лишнюю на данный момент информацию и разгружая визуализацию.
Perspective Wall
Это визуализация, предназначенная для отображения линейных данных. Данные представляются в виде стены с изгибом в двух местах, чтобы создать центральную панель, направленную на пользователя и две перспективные панели, по одной с каждой стороны центральной. Благодаря эффекту «рыбьего глаза» и затенения перспективных панелей, деталей в отображении данных тем больше чем ближе они к центральной панели.
Вертикальное измерение может быть использовано для разделения данных по некоему признаку. Например в работе по этой теме был описан метод визуализации списков файлов, сортированных по времени создания и разбитых на уровни по типу.
При выделении элемента центральная панель плавно перемещается к выделенному месту.
Рисунок 122. Приложение Perspective Wall
Список литературы
Российская педагогическая энциклопедия: В 2 т./ Гл. ред. В.В. Давыдов.– М.: Большая Российская энциклопедия, 1993.– Т.2.– 608 с.
Чошанов М.А. Гибкая технология проблемно-модульного обучения: Метод. пособ.– М.: Народное образование, 1996.– 160 с.
Эрдниев П.М. Системность знаний и укрепление дидактической единицы //Сов. Педагогика.-1975.-№4.-С. 72-80.
Калмыкова З.И Развивает ли продуктивное мышление система обучения В.Ф. Шаталова?//Вопросы психологии. – 1987.-№2.С. 71-80.
Селевко Г.К. Современные образовательные технологии: Учеб. пособ.– М.: Народное образование, 1998.– 256 с.
Манько, Н.Н. Когнитивная визуализация дидактических объектов в активизации учебной деятельности // Известия алтайского государственного университета. Серия: Педагогика и психология. – № 2. – 2009. – С. 22-28.
Вербицкий, А. А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход / А. А. Вербицкий. – М.: Высш. шк., 1991. – 207 с.
Блейк, С., Пейп, С., Чошанов, М. А. Использование достижений нейропсихологии в педагогике США // Педагогика. – № 5. – 2004. – С. 85-90.
Петров, А.В. Развивающее обучение. Основные вопросы теории и практики вузовского обучения физике: монография / А.В. Петров. – Челябинск: Издательство ЧГПУ «Факел», 1997.
Лозинская А. М. Фреймовый способ структурирования содержания модульной программы обучения физике / А. М. Лозинская // Известия Уральского государственного университета. – 2009. – № 3(67). – С. 176-184.
http://www.jvetrau.com/visualization-1/
Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. 3-е издание/ ООО "Бином-Пресс".-2007.-512 с.
http://office.microsoft.com/ru-ru/excel-help/HA001233737.asp.
http://www.tehnauk.ru.
Документация компании Envidatec GmbH.
http://opendataschool.ru/2013/10/viz-tools.
Владимир Борисов, Алексей Игнатенко. Системы трехмерной визуализации данных. Компьютерная графика и мультимедиа. Выпуск №4(3)/2006. http://cgm.computergraphics.ru/content/view/115