数据可视化原理与实践（第二版）

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