信息可視化(大師的綜述)

1、信息可視化馮藝東 汪國(guó)平 董士海（北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系，北京100871 ）摘 要 我們處在一個(gè)信息爆炸的時(shí)代。 對(duì)繁雜的抽象信息之間的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行探索的 努力，促使了信息可視化這一嶄新科學(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)，它結(jié)合了科學(xué)可視化、人機(jī)交互、數(shù)據(jù) 挖掘、圖像技術(shù)、圖形學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等諸多學(xué)科的理論和方法。信息可視化與科學(xué)可視化的 區(qū)別在于， 科學(xué)可視化的研究對(duì)象主要是具有幾何屬性的科學(xué)數(shù)據(jù)， 而信息可視化則主要應(yīng) 用于沒有幾何屬性的抽象信息， 揭示信息之間的關(guān)系和信息中隱藏的特征。 本文對(duì)信息可視 化的概念、意義、主要問題和技術(shù)、研究現(xiàn)狀作了綜述，并簡(jiǎn)單介紹了我們正在進(jìn)行的相關(guān) 研究工作。關(guān)鍵詞 信息

2、可視化 可視化結(jié)構(gòu) 科學(xué)可視化 人機(jī)交互 知識(shí)挖掘1 什么是信息可視化可視化是這樣一個(gè)過程， 它將數(shù)據(jù)信息和知識(shí)轉(zhuǎn)化為一種視覺形式， 充分利用人們對(duì)可 視模式快速識(shí)別的自然能力 1 ?？梢暬瘜⑷四X和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)這兩個(gè)最強(qiáng)大的信息處理系統(tǒng) 聯(lián)系在一起。有效的可視界面使得我們能夠觀察、操縱、研究、瀏覽、探索、過濾、發(fā)現(xiàn)、 理解大規(guī)模數(shù)據(jù)， 并與之方便交互， 從而可以極其有效地發(fā)現(xiàn)隱藏在信息內(nèi)部的特征和規(guī)律。 在我們這個(gè)信息日益豐富的社會(huì)， 可視化技術(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)已經(jīng)從根本上改變了我們表示 和理解大型復(fù)雜數(shù)據(jù)的方式。 可視化的影響廣泛而深入， 引導(dǎo)我們獲得新的洞察和有效的決 策?？梢暬鳛橐粋€(gè)有組織

3、的科學(xué)分支起源于美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的報(bào)告科學(xué)計(jì)算中的可視化 2 。在那篇報(bào)告里，可視化被設(shè)想為這樣一種工具，它能夠處理大型科學(xué) 數(shù)據(jù)， 并且能夠提高科學(xué)家觀察數(shù)據(jù)中現(xiàn)象的能力。雖然最初的概念不見得是這樣， 但是今天我們討論科學(xué)可視化總是基于物理數(shù)據(jù)，例如人體、地球、分子等等。計(jì)算機(jī)用來繪制它 們某些可觀察的屬性。 雖然這些可視化也可能源于對(duì)這些物理空間的抽象， 但是這些信息在 本質(zhì)上仍然是幾何的，都是基于物理空間的。近幾年來，隨著 INTERNET 的飛速發(fā)展，商業(yè)數(shù)據(jù)的大量計(jì)算，電子商務(wù)的全面展開， 以及數(shù)據(jù)倉庫的大規(guī)模應(yīng)用， 產(chǎn)生了一個(gè)廣泛的需求： 可視化技術(shù)不僅要用于科學(xué)數(shù)據(jù)，

4、 而 且要作為一個(gè)基本工具， 應(yīng)用于抽象信息， 揭示信息之間的關(guān)系和信息中隱藏的特征。 所有 上述這些非物理信息， 可以通過映射為一種可視化形式來方便觀察， 而這些信息都沒有明顯 的空間特征。 除了如何繪制關(guān)心的對(duì)象的可視化屬性的問題以外， 更重要的問題是如何把非 空間抽象信息映射為有效的可視化形式 3 。這就是信息可視化的研究范疇。信息可視化結(jié)合了科學(xué)可視化、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)挖掘、圖像技術(shù)、圖形學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等 諸多學(xué)科的理論和方法， 逐步發(fā)展起來。 信息可視化實(shí)際上是人和信息之間的一種可視化界面，因此交互技術(shù)在這里顯得尤為重要，傳統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)幾乎都可以得到應(yīng)用。人機(jī)交互是研究人、計(jì)算機(jī)以及

5、它們相互影響的技術(shù)4?？梢哉f，信息可視化是研究人、計(jì)算機(jī)表示的信息以及它們相互影響的技術(shù)。“信息可視化”這個(gè)術(shù)語第一次出現(xiàn)在 文章用于交互性用戶界面的認(rèn)知協(xié)處理器Roberts。n，Card 和 Mack in lay 在 1989 年發(fā)表的5中。該文認(rèn)為，硬件系統(tǒng)的圖形性能和速2#度已經(jīng)使得在用戶界面中探索3D和動(dòng)畫成為可能。為了充分利用這些性能，新的軟件結(jié)構(gòu)必須支持復(fù)雜的異步交互智能體（多智能體問題），并且，還應(yīng)支持流暢的交互動(dòng)畫（動(dòng)畫 問題）。該文認(rèn)為“信息可視化”是對(duì)上述兩個(gè)問題的解決要求最迫切的領(lǐng)域，因此將該項(xiàng) 研究在該領(lǐng)域中進(jìn)行試驗(yàn)，利用2D和3D動(dòng)畫對(duì)象來表示信息和信息的結(jié)構(gòu)。此

6、后，信息可視化方面的研究和文獻(xiàn)陸續(xù)出現(xiàn)，信息可視化作為一個(gè)學(xué)科逐漸成長(zhǎng)起來。在這個(gè)領(lǐng)域， 人們更加關(guān)心的是認(rèn)知能力提高的方式，而不是圖形的質(zhì)量。交互性和動(dòng)畫成了這些系統(tǒng)更為重要的特征。Jim Foley在最近發(fā)表的關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的“十大尚未解決的關(guān)鍵問題”6 文中，將信息可視化列為第三位。Foley認(rèn)為，隨著存儲(chǔ)成本的急劇下降，和隨之而來的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的日益普遍，信息可視化將會(huì)越來越重要。因?yàn)橛?jì)算機(jī)能夠處理的信息中，只有很少一小部分是具有幾何屬性的，而剩下的絕大部分都是沒有幾何屬性的抽象信息。我們可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系，而新的信息可視化技術(shù)將幫助我們探究這些關(guān)系。 因此，

7、對(duì)創(chuàng)造性信息可視化方式的探索之路，將永無止境。2信息可視化的主要科學(xué)問題及相關(guān)技術(shù)2. 1信息可視化參考模型DataRawDiilitt；iJVanNhFrmatiDns. DahlHuman Interaction圖2-1信息可視化參考模型3我們可以把可視化認(rèn)為是從數(shù)據(jù)到可視化形式再到人的感知系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)的映射。如圖2-1所示是這些映射的一個(gè)圖示，它是信息可視化的一個(gè)簡(jiǎn)單參考模型。在該模型中，從原 始數(shù)據(jù)到人，中間要經(jīng)歷一系列數(shù)據(jù)變換。圖中從左到右的每個(gè)箭頭表示的都可能是一連串 的變換。從人到每個(gè)變換（從右到左）的箭頭，表明用戶操作的控制對(duì)這些變換的調(diào)整。數(shù) 據(jù)變換把原始數(shù)據(jù)映射為數(shù)據(jù)表（數(shù)

8、據(jù)的相關(guān)性描述）；可視化映射把數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換為可視化 結(jié)構(gòu)（結(jié)合了空間基、標(biāo)記和圖形屬性的結(jié)構(gòu)）；視圖變換通過定義位置、縮放比例、裁減 等圖形參數(shù)創(chuàng)建可視化結(jié)構(gòu)的視圖；用戶的交互動(dòng)作則用來控制這些變換的參數(shù)，例如把視圖約束到特定的數(shù)據(jù)范圍，或者改變變換的屬性等。可視化和它們的控制最終服務(wù)于任務(wù)。信息可視化要解決的主要問題就是上述參考模型中的映射、變換及交互控制。2 2 可視化結(jié)構(gòu)在信息可視化的參考模型中， 其核心是數(shù)據(jù)表到可視化結(jié)構(gòu)的映射。 數(shù)據(jù)表基于數(shù)學(xué)關(guān) 系，可視化結(jié)構(gòu)則基于能夠被人的視覺有效處理的圖形屬性。 科學(xué)可視化主要集中在物理數(shù) 據(jù)上，與之不同的是，信息可視化的研究主要集中在抽象信息上

9、。在很多情況下，信息本身 并不能自動(dòng)映射到幾何物理空間。 這個(gè)不同意味著許多信息類型沒有自然或明顯的物理表示 形式。因此，一個(gè)關(guān)鍵的問題就是發(fā)現(xiàn)新的可視化隱喻（可視化結(jié)構(gòu)）來表示信息，并且理 解這些隱喻所支持的分析任務(wù)?？梢暬Y(jié)構(gòu)有三個(gè)基本的組成部分： 空間基， 標(biāo)記，標(biāo)記的圖形屬性。 在可視化過程中， 數(shù)據(jù)表被映射為可視化結(jié)構(gòu)，可視化結(jié)構(gòu)在一個(gè)空間基中用標(biāo)記和圖形屬性對(duì)信息進(jìn)行編 碼。為了得到一個(gè)好的可視化結(jié)構(gòu)， 這個(gè)映射必須能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)的原有信息， 并且只有數(shù)據(jù) 表中的數(shù)據(jù)才能在可視化結(jié)構(gòu)中被表示。 要獲得一個(gè)好的映射并不是一件很容易的事， 因?yàn)?在可視化結(jié)構(gòu)中很容易出現(xiàn)不必要的數(shù)據(jù)。 映

10、射又必須是能夠很容易被人感知的。 如果一個(gè) 映射比其他的映射能夠更快地被理解，能夠表達(dá)更多的差別，或者能夠更不容易導(dǎo)致錯(cuò)誤， 那么這個(gè)映射比其他的映射就更有表現(xiàn)力。 如何尋求一個(gè)好的可視化結(jié)構(gòu)， 是信息可視化的 一個(gè)關(guān)鍵問題。2 3 視圖變換視圖變換交互地改變和增強(qiáng)可視化結(jié)構(gòu)，通過建立圖形屬性來建立可視化結(jié)構(gòu)的視圖， 使靜態(tài)表示變成可視化。 可視化存在于時(shí)空關(guān)系中。 視圖變換通過利用時(shí)間屬性能夠從可視 化中獲得比靜態(tài)情況下更多的信息。有三種常見的視圖變換：1位置探查 位置探查是這樣一種視圖變換，它利用一個(gè)可視化結(jié)構(gòu)中的位置揭示附 加的數(shù)據(jù)信息。2. 視點(diǎn)控制視點(diǎn)控制是利用仿射變換移動(dòng)（zoom

11、）、搖動(dòng)（pan）和裁減（clip ）視 點(diǎn)來進(jìn)行視圖變換。這類變換非常普遍，通過放大可視化結(jié)構(gòu)或改變視點(diǎn)，使得細(xì)節(jié)可見。 另一種視點(diǎn)控制技術(shù)叫作 overview + detail ，同時(shí)使用 overview 和 detail 兩個(gè)窗口， overview 窗口提供detail視圖的con text，并且充當(dāng)改變 detail視圖的控制部件，detail窗口用于選定 區(qū)域的放大或聚焦。3. 變形 變形是一種改變可視化結(jié)構(gòu)來生成 focus + context 視圖的可視化變換。在這 里， overview 和 detail 被合成了一個(gè)可視化結(jié)構(gòu)。可視化空間的物理范圍是非常有限的計(jì)算 機(jī)屏

12、幕， 相對(duì)于可視化空間而言， 信息空間幾乎是無限的。 為了彌補(bǔ)可視化空間和信息空間 之間的失衡， 增大可視化空間的邏輯范圍， 就需要用到對(duì)可視化空間的變形技術(shù)。 如果變形 能夠讓用戶通過變形感知到更大的未變形的可視化結(jié)構(gòu)，那么這樣的變形就是有效的。2. 4 交互和可視化控制在信息可視化中， 交互與從數(shù)據(jù)映射到可視化形式的變換有關(guān)。 在信息可視化參考模型 中，用戶通過操作可視化控制來改變變換過程中的參數(shù)， 以達(dá)到交互的目的。 這些控制可以，也可以和可視化結(jié)構(gòu)合在一以單獨(dú)的用戶界面的形式實(shí)現(xiàn)（如各種控制按鈕或滾動(dòng)條等） 起（女口 overview + detail ）。很多信息可視化的交互技術(shù)在本

13、質(zhì)上是某種形式的選擇方法，通過選擇數(shù)據(jù)表中對(duì)象的子集獲得當(dāng)前的可視化結(jié)構(gòu)。這些交互技術(shù)可以用來定位數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)中的模式， 選擇變換的參數(shù)等，如 Details-on-demand技術(shù)，Brushing技術(shù)等。這些交互技術(shù)不僅可以提高用 戶與信息交互的速度，同時(shí)可以避免用戶走錯(cuò)方向，解決信息迷途問題。Furnas在1986年的發(fā)表的通用化魚眼視圖7 文中首次研究了魚眼視圖，這種技術(shù)是一種放大某一顯示畫面中的某塊小的局部區(qū)域的透鏡技術(shù)，放大區(qū)域的周圍退到背景顯示，但仍然是可見的。后來有很多人在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上作了很多發(fā)展，創(chuàng)造了一系列技術(shù)，允許用戶觀察一個(gè)小的中心焦點(diǎn)區(qū)域的同時(shí)，保持一個(gè)較大周圍

14、區(qū)域的可見性，這就是focus+ con text技術(shù)的含義所在。這種技術(shù)可以將一個(gè)信息集合的特定部分的細(xì)節(jié)視圖，通過某種方式和該信息集合的總體結(jié)構(gòu)視圖混合在一起；也可以認(rèn)為是在顯示一個(gè)大的信息空間（con text）的同時(shí)，其中的一部分以更細(xì)節(jié)的方式顯示（focus ）。3信息可視化發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)信息可視化作為一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域，目前絕大多數(shù)研究工作都還處在發(fā)展新技術(shù)和構(gòu)建些有意思的新系統(tǒng)方面。同時(shí)，已經(jīng)開始出現(xiàn)一些信息可視化方面的實(shí)用工具。下面介紹幾個(gè)信息可視化領(lǐng)域當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題：1 層次信息的可視化抽象信息之間的關(guān)系最普遍的一種就是層次關(guān)系，如磁盤目錄結(jié)構(gòu)，文檔管理，圖書分類等。層

15、次關(guān)系幾乎無處不在，并且，在某些情況下，任意的圖都可以轉(zhuǎn)化為層次關(guān)系8。層次信息的可視化結(jié)構(gòu)最直觀的方式就是樹型結(jié)構(gòu)。但是傳統(tǒng)的樹型結(jié)構(gòu)有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：當(dāng)結(jié)構(gòu)的層次增多或者節(jié)點(diǎn)增多時(shí)，該結(jié)構(gòu)需要占據(jù)大量的可視化空間。而計(jì)算機(jī)屏幕所能夠提供的可視化空間非常有限，因此必須通過滾動(dòng)瀏覽的方式把握整個(gè)層次結(jié)構(gòu)，這對(duì)于查找某個(gè)節(jié)點(diǎn)或者獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)的信息非常困難。56圖 3-1 Cone tree圖 3-2 Hyperbolic tree#George G. Robertson 等人提出了一種稱作cone tree （圖 3-1）的方法8。 Cone tree 將層次結(jié)構(gòu)在三維空間中均衡排列。層次結(jié)構(gòu)的

16、頂部放置在可視化空間的頂端，每個(gè)cone的頂點(diǎn)表示該層結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)，其子節(jié)點(diǎn)（三維）均勻排列在該cone的底部。Cone的底的直徑隨著層次結(jié)構(gòu)的深入逐漸減小，以保證最底層的結(jié)構(gòu)也能在可視化空間中有效表示。每個(gè)cone之間透明遮擋，從而可以保證每個(gè)cone可以很容易被感知，還不會(huì)妨礙后面的cone。同時(shí)佐以旋轉(zhuǎn)、拖動(dòng)等方便的交互技術(shù)，可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜層次關(guān)系的把握。Xerox Palo Alto 研究中心的用戶界面研究組的John Lamping等人提出了一種基于雙曲幾何的可視化和操縱大型層次結(jié)構(gòu)的focus + con text技術(shù)，稱為 Hyperbolic tree910（圖3-2 ）。

17、這種技術(shù)將更多的可視化空間給了當(dāng)前層次結(jié)構(gòu)中當(dāng)前關(guān)注的部分，而同時(shí)又能夠 把整個(gè)層次結(jié)構(gòu)顯示出來。該技術(shù)通過一種規(guī)范的算法將層次關(guān)系顯示在一個(gè)雙曲平面上， 然后將這個(gè)雙曲平面映射到顯示區(qū)域中。所選擇的映射方式提供了一種魚眼變形來支持 focus和con text之間的平滑過渡。Hyperbolic tree通過方便的交互手段很好地解決了層次結(jié) 構(gòu)中focus + con text之間的平滑過渡問題。目前，這種技術(shù)已經(jīng)有了成熟的產(chǎn)品（In xight軟件公司），用于磁盤目錄、網(wǎng)站結(jié)構(gòu)、電子圖書館編目等的可視化。2. 多維信息可視化我們生活在一個(gè)三維物理空間世界中。我們的視覺感知很難脫離前后、左右

18、、上下的三維空間定勢(shì)。四維信息都很難直觀地理解，更何況是更多維的信息。而絕大多數(shù)抽象信息又 是三維以上的多維信息，如金融信息、股票信息、數(shù)據(jù)倉庫等。因此多維信息的可視化是信 息可視化的一個(gè)重要目標(biāo)。我們之所以能夠在二維屏幕上顯示三維空間信息，是因?yàn)槲覀兊囊曈X習(xí)慣已經(jīng)在我們的腦海中留下了三維空間的烙印?？梢哉f，我們只能看到三維空間， 那么又如何可視化三維以上的多維信息呢？圖 3-3 Table lens哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)系的Steven Feiner和Clifford Beshers提出了一種基于坐標(biāo)嵌套的多維可視化結(jié)構(gòu) worlds within worlds11。輸入變量映射到多個(gè)軸組成的坐

19、標(biāo)系統(tǒng)中，整個(gè) 高維函數(shù)通過將一個(gè)坐標(biāo)系嵌套在另一個(gè)坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)可視化。內(nèi)部坐標(biāo)系在外部坐標(biāo)系中的移動(dòng)，將導(dǎo)致顯示曲面的變化，因?yàn)檫@時(shí)候曲面的三個(gè)變量（分別由外部坐標(biāo)系的三個(gè)軸所代表）已經(jīng)發(fā)生了改變。當(dāng)兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)在同一個(gè)位置的時(shí)候，嵌套將會(huì)導(dǎo)致閉包。該方 法通過將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于操縱可視化結(jié)構(gòu)來減少閉包。這種方法表示的信息維數(shù)非常有 限，并且，為了消除坐標(biāo)系嵌套引起造成的視覺混亂，必須運(yùn)用復(fù)雜的交互方式，技術(shù)實(shí)現(xiàn) 非常困難。在數(shù)據(jù)倉庫和信息挖掘中，大型數(shù)據(jù)表的表示是一個(gè)關(guān)鍵問題。大型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)基本上全是多維的，如何將大型多維數(shù)據(jù)表中隱含的特征（即數(shù)據(jù)之間的關(guān)系）用一種直觀的方式表示出來，

20、對(duì)于信息挖掘至關(guān)重要。Xerox Palo Alto研究中心的用戶界面研究組的Rao和Card提出的table lens1213（圖3-3）技術(shù)是可視化和理解大型數(shù)據(jù)表的一項(xiàng)技術(shù)。該 技術(shù)通過將符號(hào)和圖形表示融入到一個(gè)可操縱的單一的focus + con text顯示中，以及一些簡(jiǎn)單的操作（如排序），支持在一個(gè)大型數(shù)據(jù)空間中的瀏覽，同時(shí)又可以很容易地分離關(guān)注的 特征或模式。它把統(tǒng)計(jì)分析和電子表格的易用性結(jié)合在了一起，適合于大型數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域， 如金融數(shù)據(jù)、保險(xiǎn)數(shù)據(jù)和藥物分析等。應(yīng)該說table lens是一種很好的多維信息可視化結(jié)構(gòu)。目前，這種技術(shù)也已經(jīng)有了相應(yīng)的產(chǎn)品（Inxight軟件公司）。

21、3 文檔（文本）信息可視化我們面臨的信息中，絕大多數(shù)是文本信息，如電子郵件、因特網(wǎng)文檔、科學(xué)論文、報(bào)紙 文章等等。文檔信息是我們記憶的延伸，我們需要經(jīng)常和文檔信息進(jìn)行交流。各種文檔信息堆積如山，可視化可以幫助我們快捷地從文檔信息中獲取我們需要的內(nèi)容和知識(shí)。文檔信息可視化可以分為兩類：一類是對(duì)單個(gè)文檔本身的可視化，另一類是對(duì)大型文檔集合的可視化。Stephen G. Eick等人在可視化系統(tǒng) Seesoft中實(shí)現(xiàn)了一種對(duì)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行可視化的方 法14。通過將程序的每行代碼根據(jù)其長(zhǎng)度映射為一條短線（圖3-4）,可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)分析多至50000行代碼。每條短線的顏色可以用來表示某種關(guān)注的統(tǒng)計(jì)特征，如

22、紅色表示最近修改過的代碼，藍(lán)色表示最近最少修改過的代碼，等等。Seesoft可以用于可視化各種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，例如：版本控制系統(tǒng)，可以跟蹤版本時(shí)間、程序員、代碼目的等；靜態(tài)分析，如函 數(shù)調(diào)用的位置；動(dòng)態(tài)分析，如特征數(shù)據(jù)。運(yùn)用靈活的交互技術(shù)，用戶可以方便地操縱代碼的 簡(jiǎn)化表示，以發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的特征。對(duì)某段代碼進(jìn)一步的細(xì)致觀察可以通過附加窗口顯示實(shí)際 代碼來實(shí)現(xiàn)。Seesoft可以用于知識(shí)發(fā)現(xiàn)、項(xiàng)目管理、代碼調(diào)整，開發(fā)方法分析等領(lǐng)域。9#圖 3-4 Seesoft圖 3-5 Themespace#對(duì)于大型文檔集合而言，文檔之間的主題或內(nèi)容相關(guān)性對(duì)于使用者而言是非常重要的。 例如，我們?cè)谝蛱鼐W(wǎng)上搜索信息

23、的時(shí)候， 非常需要快速把握成千上萬的搜索結(jié)果與搜索條件 之間， 以及搜索結(jié)果相互之間的相關(guān)性， 從而可以迅速找到真正需要的信息。 美國(guó)西北太平 洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室( Pacific Northwest National Laboratory )的科學(xué)家們提出了一系列的信息訪問 和可視化分析工具，這些技術(shù)統(tǒng)稱為SPIRE( Spatial Paradigm for Information Retrieval andExploration )。 SPIRE 可以用于幾乎任何類型的大型文檔集合，確定文檔之間的關(guān)系，把他 們表示為對(duì)人而言非常自然的可視化形式 15 。例如， James A. Wise 等人

24、提出的一種對(duì)大型 文檔集合之間的關(guān)系進(jìn)行可視化的方法Themespace (圖3-5) 16。在Themespace中，文檔空間中的主題在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示為一個(gè)自然地形圖。Themespace 中的山峰表示該處的主題是主導(dǎo)性的， 山谷則表示該處的主題相對(duì)較弱。 山峰或山谷的形狀 (如是大范圍的小丘還 是高的尖頂) ，表示主題信息是如何分布的以及在文檔之間是如何關(guān)聯(lián)的。通過這種可視化的方式，可以避免語言處理從而節(jié)約用戶的腦力工作，對(duì)于信息檢索和知識(shí)挖掘非常有用。4 Web 可視化可以說，信息爆炸的始作蛹者是因特網(wǎng)。目前， Web 上的信息以 TB 計(jì)，這些信息分布 在遍及世界各地的上百萬個(gè)不同的

25、網(wǎng)站上， 網(wǎng)站通過文檔之間的超鏈彼此交織在一起。 并且， 不論 Web 的規(guī)模有多大，有一點(diǎn)是肯定的，它還將繼續(xù)膨脹。如何方便地利用Web 上的信息，成了一個(gè)迫切需要解決的問題。然而，目前的信息訪問方式卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能讓人滿意。信息 可視化在幫助人們理解信息空間的結(jié)構(gòu)， 快速發(fā)現(xiàn)所需信息等方面將會(huì)扮演令人信服的重要 角色。Web 是由一個(gè)一個(gè)的網(wǎng)站組成的，因此，單個(gè)網(wǎng)站的可視化在Web 可視化中占據(jù)著重要的地位。 Xerox Palo Alto 研究中心用戶界面研究組的Ed H. Chi 等人提出了一種可視化網(wǎng)站變化的方法 17。它將 Xerox 的網(wǎng)站中的 7000 多個(gè)節(jié)點(diǎn)重新組織成一個(gè)樹，在考

26、慮的時(shí) 間范圍內(nèi)存在的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在樹中有一個(gè)相應(yīng)的位置。 連線的顏色和粗細(xì)根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的訪問 量決定。 網(wǎng)站的不同時(shí)期用不同的樹表示。 這樣可以很容易地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站內(nèi)容的變化和訪問量 的變化。Web 是一個(gè)信息空間，如何可視化它的結(jié)構(gòu)是最重要的。Web 空間的結(jié)構(gòu)實(shí)際上一個(gè)網(wǎng)，目前這方面的研究主要集中在如何有效地可視化信息空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面。4 我們的研究工作目前， 我們有關(guān)信息可視化的研究工作主要集中在如下幾個(gè)方面： 層次信息可視化， 多 維信息可視化，信息可視化中的交互技術(shù)，信息可視化與信息可聽化，信息迷途的解決。下 面簡(jiǎn)要介紹一下我們正在進(jìn)行的兩個(gè)研究實(shí)例。1 局域網(wǎng)狀態(tài)及流量可視化我們?cè)谑褂?/p>

27、網(wǎng)絡(luò)的過程中經(jīng)常會(huì)遇見這樣的情況： 網(wǎng)絡(luò)速度很慢， 但是不知道問題出在 什么地方。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理者而言，時(shí)刻知道網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和流量情況，可以及時(shí)排除故障，根據(jù) 情況調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 對(duì)用戶進(jìn)行有效管理。 本實(shí)例的目的就是為網(wǎng)絡(luò)管理者提供一個(gè)能夠?qū)?時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和流量的可視化系統(tǒng)。2股市信息可視化股市信息紛繁復(fù)雜，股市信息瞬息萬變。對(duì)于股民而言，“時(shí)間就是金錢”有著其直接 的現(xiàn)實(shí)意義。 因此， 一個(gè)好的可視化系統(tǒng)應(yīng)能做到幫助股民迅速理解和接受各種信息， 發(fā)現(xiàn) 股市信息中的特征和走勢(shì)， 幫助股民迅速做出決策。 本實(shí)例的目的就是要構(gòu)建這樣一個(gè)股市 信息可視化系統(tǒng)。5 結(jié)束語這是一個(gè)前所未有的信息時(shí)代， 我

28、們每天都處在各種信息的包圍之中。 需要一種快捷有 效的方式幫助我們發(fā)現(xiàn)隱藏在龐雜信息當(dāng)中的模式和知識(shí)， 幫助我們決策。 這就是信息可視 化的意義所在。 信息的日益豐富決定著將來的用戶界面主要是一種信息界面， 從某種意義上 說，信息可視化代表著下一代用戶界面的方向。參考文獻(xiàn)1. Nahum D. Gershon, Stephen G. Eick.“ Information VisualiIzEaEtiEonComputer ”Gr,aphicsand Applications , 7-8/1997,29-31.2. B. H. McCormick, T. A. DeFanti, and M. D

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