科学计算可视化

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科学计算可视化(英语:visualization in scientific computing,缩写ViSC),将科学计算数据和测量数据或扫描图像数据转换成可视的信息的方法与技术。科学计算数据可以是计算的结果数据,也可以是中间结果数据;测量数据通常指大规模海量测量数据,如石油勘探的地震数据,海洋表面温度数据等;扫描图像数据主要有各类医学图像、卫星图像等。ViSC的任务是将上述各类难以直观分析和理解的原始数据转换为易于理解的图形和图像,为科学家提供一种可视的分析手段。这里,将数据转换为图像属计算机图形学,从图像和信号转换为符号和结构数据属计算机视觉,从图像转换为图像属数字图像处理,各类数据的输入(获取)和输出(显示/记录和存储)涉及人机交互技术和传感器技术。因此,ViSC是一门综合运用科学计算、计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、人机交互技术和传感器技术的交叉学科。

科学计算可视化研究的形成是当代科学技术快速发展的结果。20世纪80年代以后,随着超级计算机、卫星、宇宙飞船、射电天文望远镜、地球物理监测和医学扫描图像等海量数据的产生,如何高效地解释这些数据成为利用这些数据的瓶颈。1987年2月美国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的研讨会,给出了科学计算可视化的定义、覆盖领域和研究方向,奠定了科学计算可视化作为独立研究领域的地位。中国国家自然科学基金会在90年代开始资助ViSC的研究项目,推动了中国在ViSC领域的研究工作。

科学计算可视化广义研究的内容见表。ViSC的核心功能是将科学数据转换为图形(图像)的过程。数据预处理是将原始数据经过规范化处理形成可用的应用数据;映射模块是将应用数据映射到几何数据,这一功能等同于建模;绘制模块是将几何数据转换为图像数据,供显示用。ViSC主要应用于分子构模、医学图像、脑结构图及其功能研究、地球科学、空间探索、天体物理学等自然科学和医学领域,以及计算流体力学、有限元分析、计算机辅助设计/计算机辅助制造等工程技术领域。

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