Войти
Научная визуализация моделирования Рэлея-Тейлора нестабильность, вызванная двумя смешивающимися жидкостями. 
Визуализация поверхности зерен пыльцы Arabidopsis thaliana с помощью конфокального микроскопа.Научная визуализация (также пишется научная визуализация ) - это междисциплинарная отрасль науки, связанная с визуализацией научных явлений. Это также считается подмножеством компьютерной графики, раздела информатики. Цель научной визуализации - графически проиллюстрировать научные данные, чтобы ученые могли понять, проиллюстрировать и почерпнуть информацию из своих данных.
Карта потоков Чарльза Минарда из Марша Наполеона.Одним из самых ранних примеров трехмерной научной визуализации была термодинамическая поверхность Максвелла, вылепленный из глины в 1874 году Джеймсом Клерком Максвеллом. Это прообраз современных методов научной визуализации, использующих компьютерную графику.
Известные ранние двумерные примеры включают карту потока из Марша Наполеона по Москве, созданного Чарльзом Джозефом. Минар в 1869 г.; «ракушки», использованные Флоренс Найтингейл в 1857 году в рамках кампании по улучшению санитарных условий в британской армии; и точечная карта, использованная Джоном Сноу в 1855 году для визуализации вспышки холеры на Брод-стрит.
Визуализация с использованием компьютерной графики приобрела популярность по мере развития графики. Основными приложениями были скалярные поля и векторные поля из компьютерного моделирования, а также данные измерений. Основными методами визуализации двумерных (2D) скалярных полей являются цветовое отображение и рисование контурных линий. 2D векторные поля визуализируются с помощью методов глифов и линий тока или интегральной свертки линий. Двумерные тензорные поля часто преобразуются в векторное поле с использованием одного из двух собственных векторов для представления тензора в каждой точке поля, а затем визуализируются с использованием методов визуализации векторного поля.
Для трехмерных скалярных полей основными методами являются рендеринг объема и изоповерхностей. Методы визуализации векторных полей включают глифы (графические значки), такие как стрелки, линии тока и полосы, трассировку частиц, интегральную свертку линий (LIC) и топологические методы. Позже для визуализации тензорных полей 2D и 3D были разработаны такие методы визуализации, как гиперпотоки.
Проекция максимальной интенсивности (MIP) всего тела ПЭТ-сканирование.
Солнечная система изображение главного пояса астероидов и троянских астероидов. 
Научная визуализация потока жидкости: Поверхностные волны в воде 
Химическая визуализация одновременного высвобождения SF 6 и NH 3.
Топографическое сканирование стекла поверхность с помощью атомно-силового микроскопа.Компьютерная анимация - это искусство, техника и наука создания движущихся изображений с помощью компьютеров. Все чаще создается с помощью трехмерной компьютерной графики, хотя компьютерная двухмерная графика по-прежнему широко используется для стилизации, низкой пропускной способности и более быстрого рендеринга в реальном времени. потребности. Иногда целью анимации является сам компьютер, но иногда целью является другой носитель, например фильм. Его также называют CGI (Компьютерное изображение или компьютерное изображение), особенно при использовании в фильмах. Приложения включают медицинскую анимацию, которая чаще всего используется в качестве учебного пособия для медицинских работников или их пациентов.
Компьютерное моделирование - это компьютерная программа или сеть компьютеров, которая пытается моделировать абстрактную модель конкретной системы. Компьютерное моделирование стало полезной частью математического моделирования многих естественных систем в физике, вычислительной физике, химии и биологии; человеческие системы в экономике, психологии и социальных науках; и в процессе разработки новых технологий, чтобы получить представление о работе этих систем или наблюдать за их поведением. Это называется одновременной визуализацией и моделированием системы.
Компьютерное моделирование варьируется от компьютерных программ, которые выполняются в течение нескольких минут, до сетевых групп компьютеров, работающих в течение нескольких часов, до текущих моделирования, которые выполняются в течение нескольких месяцев. Масштаб событий, имитируемых компьютерным моделированием, намного превзошел все возможное (или, возможно, даже вообразимое) с использованием традиционного математического моделирования на бумаге и карандаше : более 10 лет назад симуляция битвы в пустыне вторжение в другую, включало моделирование 66 239 танков, грузовиков и других транспортных средств на смоделированной местности вокруг Кувейта с использованием нескольких суперкомпьютеров в DoD Программе модернизации высокопроизводительных вычислений.
Визуализация информации - это исследование «визуального представления крупномасштабных коллекций нечисловой информации, например файлов и строк кода в программные системы, библиотеки и библиографические базы данных, сети взаимоотношений в Интернете и так далее ».
Информация Визуализация ориентирована на создание подходов для передачи абстрактной информации интуитивно понятными способами. Визуальные представления и методы взаимодействия используют преимущества широкой полосы пропускания человеческого глаза в сознание, чтобы пользователи могли видеть, исследовать и понимать большие объемы информации одновременно. Ключевое различие между научной визуализацией и визуализацией информации заключается в том, что визуализация информации часто применяется к данным, которые не получены в результате научного исследования. Некоторые примеры - графические представления данных для бизнеса, правительства, новостей и социальных сетей.
Интерфейсные технологии и восприятие показывает, как новые интерфейсы и лучшее понимание основных проблем восприятия создают новые возможности для научного сообщества визуализации.
Визуализация - это процесс создания изображения из модели с помощью компьютерных программ. Модель - это описание трехмерных объектов на строго определенном языке или в структуре данных. Он будет содержать информацию о геометрии, точке обзора, текстуре, освещении и затенении. Изображение представляет собой цифровое изображение или растровое изображение изображение. Термин может быть аналогичен «художественной визуализации» сцены. «Рендеринг» также используется для описания процесса расчета эффектов в файле редактирования видео для получения окончательного видеовыхода. Важные методы визуализации:
Объемный рендеринг - это метод, используемый для отображения 2D-проекция трехмерного набора данных с дискретной выборкой . Типичный набор 3D-данных представляет собой группу 2D-изображений срезов, полученных с помощью сканера CT или MRI. Обычно они приобретаются в виде регулярного шаблона (например, один срез на каждый миллиметр) и обычно имеют регулярное количество изображений пикселей в регулярном шаблоне. Это пример обычной объемной сетки с каждым элементом объема или вокселем, представленным одним значением, которое получается путем выборки непосредственной области, окружающей воксель.
Согласно Розенблюму (1994) «объемная визуализация исследует набор методов, которые позволяют рассматривать объект без математического представления другой поверхности. Первоначально использовался в медицинская визуализация, объемная визуализация стала неотъемлемой техникой для многих наук, отображение явлений стало важным методом, например облаков, водных потоков, молекулярной и биологической структуры. Многие алгоритмы объемной визуализации являются дорогостоящими в вычислительном отношении и требуют хранения больших объемов данных. Достижения в области аппаратного и программного обеспечения обобщают объемную визуализацию, а также производительность в реальном времени ».
Развитие веб-технологий и рендеринг в браузере позволили простое объемное представление кубоида с изменяющейся системой отсчета для отображения данных объема, массы и плотности - HowMuch инструмент, созданный компанией This Equals.
В этом разделе будет приведена серия примеров того, как научная визуализация может применяться сегодня.
Star формирование
Гравитационные волны
Взрывы массивных звездных сверхновых
Молекулярная визуализация
Звездообразование: представленный график представляет собой объемный график логарифма плотности газа / пыли в моделировании звезды и галактики Энцо. Области с высокой плотностью имеют белый цвет, а менее плотные - более синие и более прозрачные.
Гравитационные волны: исследователи использовали набор инструментов Globus, чтобы использовать мощность нескольких суперкомпьютеров для моделирования гравитационных эффектов столкновений черных дыр.
Взрывы массивных звездных сверхновых: на изображении трехмерные радиационно-гидродинамические расчеты взрывов массивных звездных сверхновых. Программа звездной эволюции DJEHUTY использовалась для расчета взрыва модели SN 1987A в трех измерениях.
Молекулярный рендеринг: общие возможности построения графиков VisIt были использованы для создания молекулярного рендеринга, показанного в представленной визуализации. Исходные данные были взяты из Protein Data Bank и преобразованы в файл VTK перед рендерингом.
Визуализация ландшафта
Визуализация климата
Атмосферная аномалия на Таймс-сквер
Визуализация ландшафта : VisIt может читать файлы нескольких форматов, распространенных в области Географических информационных систем (ГИС), что позволяет отображать растровые данные, такие как данные о местности, в визуализациях. На изображении показан график набора данных DEM, содержащий горные районы недалеко от Дансмюра, Калифорния. Линии высот добавляются к графику, чтобы помочь очертить изменения отметки.
Моделирование торнадо: Это изображение было создано на основе данных, созданных в результате моделирования торнадо, рассчитанного на вычислительном кластере IBM p690 NCSA. Телевизионные анимации бури в высоком разрешении, снятые в NCSA, были включены в эпизод телесериала PBS NOVA под названием «Охота за Supertwister». Торнадо изображается сферами, окрашенными в зависимости от давления; оранжевые и синие трубки представляют восходящий и падающий воздушный поток вокруг торнадо.
Визуализация климата: эта визуализация отображает углекислый газ из различных источников, которые адвентируются индивидуально в качестве индикаторов в модели атмосферы. Углекислый газ из океана показан в виде шлейфов в феврале 1900 года.
Атмосферная аномалия на Таймс-сквер На этом изображении визуализированы результаты моделирования атмосферной аномалии на Таймс-сквер и вокруг нее в рамках модели SAMRAI.
Воспроизвести медиа Вид четырехмерного куба, спроецированного в 3D: ортогональная проекция (слева) и перспективная проекция (справа). Для целей была предпринята научная визуализация математических структур развития интуиции и помощи в формировании ментальных моделей.
Раскраска домена of f (x) = (x − 1) (x − 2 − i) / x + 2 + 2i многомерный объекты могут быть визуализированы в виде проекций (видов) в более низких измерениях. В частности, четырехмерные объекты визуализируются посредством трехмерной проекции. Проекции низкоразмерных объектов более высоких измерений могут использоваться для целей манипулирования виртуальными объектами, позволяя манипулировать трехмерными объектами с помощью операций, выполняемых в двухмерном режиме, и объектами четырехмерного измерения посредством взаимодействий, выполняемых в трехмерном пространстве.
In комплексный анализ, функции комплексной плоскости по своей природе четырехмерны, но нет естественной геометрической проекции в более низкоразмерные визуальные представления. Вместо этого цветовое зрение используется для захвата размерной информации с использованием таких методов, как раскраска доменов.
Кривые
Аннотации к изображениям
Точечная диаграмма
Компьютерное картирование топографических поверхностей: С помощью компьютерного картирования топографических поверхностей математики могут проверить теории о том, как материалы будут меняться при нагрузке. Визуализация является частью работы финансируемой NSF лаборатории электронной визуализации в Университете Иллинойса в Чикаго.
Графики кривых: VisIt может строить кривые на основе данных, считанных из файлов, и его можно использовать для извлечения и построения данных кривых из наборов данных более высокой размерности с помощью операторов линейного вывода или запросов. Кривые на изображении соответствуют данным высот вдоль линий, нарисованных на данных DEM, и были созданы с помощью функции построения линий. Lineout позволяет интерактивно рисовать линию, указывающую путь для извлечения данных. Затем полученные данные были построены в виде кривых.
Аннотации к изображениям: На представленном графике показан индекс площади листа (LAI), показатель глобального растительного вещества, из набора данных NetCDF. Основной график - это большой график внизу, который показывает LAI для всего мира. Графики вверху на самом деле являются аннотациями, которые содержат изображения, созданные ранее. Аннотации к изображениям могут использоваться для включения материалов, улучшающих визуализацию, таких как вспомогательные графики, изображения экспериментальных данных, логотипы проектов и т. Д.
График рассеяния: график рассеивания VisIt позволяет визуализировать многомерные данные до четырех измерений. График разброса принимает несколько скалярных переменных и использует их для разных осей в фазовом пространстве. Различные переменные объединяются для формирования координат в фазовом пространстве, и они отображаются с помощью глифов и окрашиваются с помощью другой скалярной переменной.
Модель Porsche 911
Сюжет самолета YF-17
Визуализация города
Модель Porsche 911 (модель NASTRAN): Показанный график содержит сетчатый график Porsche Модель 911 импортирована из файла данных NASTRAN. VisIt может читать ограниченное подмножество файлов массивов данных NASTRAN, как правило, достаточно, чтобы импортировать геометрию модели для визуализации.
Схема самолета YF-17: На изображении показаны графики набора данных CGNS, представляющего реактивный самолет YF-17. Набор данных состоит из неструктурированной сетки с решением. Изображение было создано с использованием псевдоцветного графика переменной Маха набора данных, графика сетки сетки и векторного графика среза через поле скорости.
Визуализация города: был считан шейп-файл ESRI, содержащий многоугольное описание контуров зданий, а затем полигоны были преобразованы в прямолинейную сетку, которая была выдавлена в представленный городской пейзаж.
Измеренный входящий трафик: это изображение представляет собой визуализацию входящего трафика, измеренного в миллиардах байтов на магистрали NSFNET T1 за сентябрь 1991 года. Диапазон объема трафика изображен от фиолетового (нулевые байты) до белого (100 миллиардов байт). Он представляет данные, собранные Merit Network, Inc.
Важными лабораториями в этой области являются:
Конференции в этой области, ранжированные по В научных исследованиях в области визуализации важное значение имеют:
См. далее: Организации компьютерной графики, Суперкомпьютерные средства
Научный портал  | На Викискладе есть материалы, связанные с Научной визуализацией. |
