可视化技术研究范文1
关键词：网络技术：信息可视化；海量数据
1 引言
随着网络技术的发展。从海量数据发现有用信息是很困难的，这就需要采用一种技术帮助人们来研究这些数据，可视化技术便是一种很有效的方法。信息可视化可以定义为利用计算机帮助将抽象的不具有视觉形象的数据赋予视觉形象以便于人们理解和处理的一个过程。信息可视化技术就是将各类抽象的数据信息转换成图形信息，使研究者能真实地观察他们对实际问题的模拟及处理结果，它是随着计算机图形学的成熟，高性能图形工作站的普及以及人们运用计算机图形表达各种信息的需要而发展起来的一门新兴的高技术。
2 信息可视化的处理过程
由于信息可视化是对不具有视觉形象的数据的可视化。它的原始信息本身是不具有图形特征的，而且数据量是很大的，要直接从海量数据中发现有用的信息是十分困难的。因此需要将其进行抽象处理转换成图形信息，用直观和清楚的方式显示出来，使用户能方便地使用这些数据。信息可视化技术把这些数据转变成人的视觉可以感受到的图像。这些图像可以将大量的抽象数据有机地组织在一起，并形象生动地显示数据所表示的内容及其之间的关系，从而提高了人们的洞察力。
可视化技术作用于科学研究的全过程。它从大量的原始数据中通过分析提取有效数据开始，经过各种转换生成图形映射，并完成绘制图像的过程。最终显示出所绘制的图像。
3 可视化的基本原则
WWW领域内的可视化有若干原则，主要包括布局、抽象、聚焦和交互性四个方面。
布局(Layout)――网络信息可视化的最简单的方法是这样的：网站是一个图形，有很多算法能画出这样的图形来，选择其中的一种或几种并用它们画出部分Web的图形，这样问题就解决了。但是这种方法并不适用。主要的原因是比例。图形的绘制是一个成长的领域，有用的可视化表示法应该是用尽可能少的节点和边组成的图形，但是能产生这种表示法的一般技术是不存在的。布局要基于任务。如果可视化的主要目的是帮助用户以一种有组织的方式记录某浏览时间段的浏览过的轨迹，使用分级布局方式是一种有效的方法。在这一领域内很多原型采用的都是这种方式。
抽象(Abstraction)――在网络信息可视化方面，抽象技术作用是非常显著的，它可以将那些看上去很混乱的网络进行处理，使复杂网络趋于结构化。抽象原则通常是与聚类联系在一起的，也就是说只有具有同样特征或者同一类型的网页才适用于抽象原则。例如：网络导航生成器工具能按照结构特点或者是内容相关特性把节点分组，抽象成高级“簇”。分层和分类是提高可视化的最有效的方法之一，它在视觉上将各种类型的数据分成不同的层。在网络信息可视化技术中，嵌套图表的使用和动态地对可视化外观进行部分强调和淡化技术是完成分层所需要的部分基础。
聚焦(FOCUS)――聚焦有两种方法，一种方法是选择显示与目前任务相关的信息；另一种方法是强调显示的某些部分，同时以淡化方式保留其他部分以便提供相关的上下文联系。这也就是促成鱼眼和其他强调技术的思想。
交互性(Interaction)――用户不仅能观看到绘制的图形。而且能对图形进行一些主动的操作控制，这样用户获得的信息会更多。在直接操作方面有很多方法可以使网络可视化信息更丰富。
4 两种网络技术中的信息可视化
综合分析目前网络技术中的信息可视化可以分为两类：一类是基于网站结构的可视化技术；另一类是基于CUT的可视化技术。
4.1 网站结构的可视化技术
基于网站结构的可视化技术可以对大型的网站进行可视化。由于大型网站结构复杂，涉及的网页和链接成千上万，要实现大型网站的可视化是非常困难的。必须采取适当的可视化技术才能较好地达到网站可视化预期的目的。目前比较通用的技术有锥形树、双曲线浏览器、NicheWorks等。
(1)锥形树技术适合层次树。它将所有节点显示在一个虚拟的房间中，每个节点和它的孩子节点的布局呈锥形。为了让用户可以观察到所有的数据，锥形是半透明的，而且层攻树可以转动。
(2)双曲浏览器技术为了在有限的平面中显示更多的节点，采用了广角镜的技术。节点的显示空间根据它到焦点节点的距离而逐渐缩小。试验结果表明它显示的节点个数可以10倍于传统的技术。用户在观察图结构的时候，可以使用鼠标转移焦点。
4.2 基于CUT的可视化技术
基于CUT的可视化技术中的CUT是Content、Usage、Topology三个单词的缩写，Content指的是网页内容，Usage指的是访问日志，Topology指的是网站结构，所以基于CUT的可视技术就是基于网页内容、访问日志和网站结构的可视化技术。目前基于CUT的可视化技术在很多工具的设计中得到应用，比较典型的有：WebWiz、磁盘树、WebPath等。
可视化技术研究范文2
【关键词】RFID;电子火车票;电子标签;检票自动化
Abstract：With the development of technology，the field of the application of RFID technology is extending. It is much less that the researching on the Visible Electronic Train Ticket（VEET）. So we had a studying on it. The article introduces RFID technology that is applied to train ticket，how to utilize it make the VEET. In the first part of the article is about introducing working theories and feature of the RFID technology and Electronic tags. Then the article mainly introduces how to make designing on program and circuit. The researching of VEET will promote automation on ticket selling and checking of railway transport in the feature.
Key Words：Electronic Train Ticket;RFID technology;Electronic tags;ticket selling and checking
引言
中国是一个人口大国，每年的铁路客运量达到数十亿人次[1]，同时也会产生同样数量的纸质火车票，造成了巨大的资源浪费，而且纸质火车票的售票、验票存在着效率低的问题，这也是基于RFID技术可视化电子火车票（电子火车票）研究的原因。
随着RFID技术的发展，RFID已在多方面成功应用，比如：图书馆管理系统、门禁系统和地铁票证等等。而国内目前在电子火车票方面的研究比较少，所以电子火车票的研究是具有潜力的。
本次研究在可视化上采用MFRC522芯片构成的读写模块与单片机相结合，单片机通过读写模块间接对M1卡数据修改和读取，再通过液晶模块显示出乘客信息。
1.RFID技术及MIFARE卡片介绍：
1.1 RFID技术
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。是一种无线通信技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据[2]，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。当M1卡进入感应区后，读写设备会对M1卡进行自动识别、验证，再对M1卡的数据操作。
RFID可分为无源、有源品、半有源三大类，无源在频段上又可分为低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ和超高频915MHZ。无源RFID标签具有价廉、轻小、使用寿命长等优点，本次研究中要实现非接触式、近距离信息通讯，因此采用无源高频RFID技术。
1.2 M1卡
M1卡作为信息存储介质，属于非接触式IC卡。它的容量为8Kb EEPROM，分16个独立扇区（编号0～15）和64个块（编号0～63），其中除去每个扇区的最后一块（密码块）和第0块（厂商代码块），剩有47个块供存储信息。每个扇区可用独立密码验证。
工作流程如图1所示：M1卡具有防冲突机制[3]，可以消去多卡同时进去感应区引起的冲突。当一个扇区访问结束，要访问其它扇区时，就要对新扇区密码验证，这样可以提高信息存储安全度。
图1 M1卡工作流程图
2.总体设计思路
向M1卡写数据。以单片机作为核心模块，把单片机和MFRC522制成的读写模块用硬件电路结合，通过单片机控制读写模块对M1卡上的数据进行操作。试先编好控制程序，当M1卡进入读写模块的感应区后，上位机软件会向单片机发送数据，单片机接收完数据后通过读写模块把数据再写到M1卡上，如图2所示。
读取M1卡的数据，显示M1卡上数据包含的信息。M1卡进入读写模块的感应区，读写器通过天线给M1卡提供能量，唤醍M1卡，把卡中的数据读回到单片机的存储空间，单片机再把获得的数据放在要显示的数据变量空间中，液晶模块调用显示数据变量空间肥数据显示出来，如图3所示。
图2 乘客信息传递流程
图3 液晶工作流程
3.程序设计
3.1 液晶显示程序
在显示上，要显示出乘客的乘车信息，比如：始发站在和目的地、车次、时间等等，因研究中所用的显示屏为NOKIA5110型号，其满屏显示的内容有限，所以将分三次显示。
首先对液晶初始化，设置液晶的偏置电压、基本指令、显示模式。单片机与液晶通信为SPI通信方式，编写一个用SPI传数据的调用函数：void LCD_write_byte（unsigned char dt，unsigned char command），这个函数在液晶显示中多次调用。再者对液晶的显示坐标进行设置，调用函数void LCD_set_XY（unsigned char X，unsigned char Y）函数中X为显示的所在列，Y为显示的所在行。以上是液晶的初始及基本调用函数。
单片机向读写模块发命令读取M1卡的数据，再把从M1卡读回的数据送入液晶显示要引用的数据空间中，显示函数把获得的数据再送入液晶中显示。当数据据显示完后，单片机再向读写模块发命令，重复传递液晶显示数据的过程，直到运行到单片机程序中预设的断点处停止。
显示子程序中建立固定的字库，例如：始发地、车箱、坐位等等。这样可以减小M1卡的容量负担，把建立好的字库中的信息预设显示在液晶上，读取的车票信息直接在留下对应的空位处写上，当写满预设的屏幕显示信息，单片机会自动调用清屏指令，把前一屏写的信息擦除，以便后面的信息显示。
3.2 读写程序
读写程序在基础建立在飞利浦公司编写的调用函数之上，当对M1卡进行数据操作时，要编写程序调用函数库的中子程序。
如图1所示，打开系统电源后，主函数中首先调用寻卡函数、防冲突[4]函数和选卡函数。如果没有M1 卡赶往感应区，程序一直在寻卡函数处循环运行，当M1卡进行感应区，系统搜寻到感应区的卡片，程序才会继续向下运行。经过寻卡、防冲突、选卡确定一个M1卡作为操作对象。再对M1卡扇区（可以任意指定某一扇区）首次密码验证，密码验证无误才可以对M1卡中的数据操作。访问其它扇区时，系统通过对其它扇区的密码验证，再次的验证可以使用其它密码，也就是说每次的验证使用独立的密码，保证的扇区的独立性，和数据的安全性。
主函数中建立一个密码库，放在单片机的内存空间，每一个密码对应一个扇区的验证密钥，对M1 卡验证时，系统自动调动密码库中的密码和M1 卡的扇区密钥匹配。密码库中的密码可以在需要更改时重新修改，用不同的密码和可更改的密码库对M1卡加密验证，大大提高的M1卡携带的数据安全和不可复制性。
4.硬件设计
电路设计中，使用STC89C52RC单片机作为微控制器，以单片机最小系统板作为核心载体。再以MFRC522芯片作为读写模块的核心，通过SPI通信方式与单片机进行通讯。单片机与读写模块用插槽结构连接，方便读写模块与单片机的分离和组合。
单片机最小系统板设计，包括电源、复位电路、晶振、蜂鸣器等。电源使用USB接口电路、+5V直流电源供电。复位电路由串联电容、电阻器构成，这里使用10K电阻和10uF电容。复位电路存在作用是当单片机程序跑飞时，按下复位键单片机会停下，然后重头运行程序，无需断电重启。当读写乘客的信息时出现了错误，通过复位键很快的停止程序错误地运行，避免了从新上电引起的问题。
晶振电路，它是是单片机最重要的部分，晶振产生单片机工作的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率上，单片机的电路中使用11.0592MHz晶振，采用三端式接法，如图4所示：
图4 单片机的晶振电路
电路中蜂鸣器提醒装置，用PNP型的三极管和一个4.7K的电阻组成，三极管的基极与单片机的一个I/O口相接，基极置位时，三极管处于关断状态;基极清除位时，三极管导通，蜂鸣器工作。在程序设计中，读写器和M1卡进行一次正确的数据通信后，单片机会拉低与基极相接的I/O口的电位，三极导通，蜂鸣器发出声音，提醒用户电子火车票工正常。
读写器中采用MFRC522芯片，该芯片采用先进的调制和解调技术，支持 13.56MHz 频段所有被动非接触式通信方式和协议，并支持 ISO14443A 所有的层，传输速度最高可达 424kbps，应用比较广泛[5]。读写模块的电路中包含，晶振电路、通信方式选择电路等。这里的晶振电路也采用三端式接法，电路中所用的晶振频率为27.12MHZ，通过二分频后频得到目前高频通信所用的13.56MHz的频率。
图5 读写模块Pcb图
表1 MRFC522通信方式选接口择
天线是读写模块中最复杂，最重要的部分，天线的质量决定了在与M1卡通信中射频信号的质量，设计中采用了Philips公司提供的参考电路[6]，根据参考电路中所给定的设计参数直接制作。其中MFRC522的四个引脚TX1、TX2、WMID、RX与天线部分连接，TX1、TX2为天线部分提供能量载波。RX引脚在天线感应到M1卡发送的信号作为输入端，把信号送入MFRC522芯片处理。电路如图5所示。
读写模块的SPI通信。MFRC522可以支持多种通信方式，如：SPI、I2C和UART。工作中MFRC522可复位其接口，并自动检测当前微控制器接口的类型。其连接方式如表1所示。
实际电路中I2C引脚接地，EA引接接高电平，使MFRC522工作在SPI通信方式。
5.测试、调试
程测试中遇到的问题，如：怎么对M1卡的指定块访问、多扇区访问、液晶显示的数据传送等。M1卡的访问需要通过，寻卡、防冲突、选择卡这三步确定对象，再对其进行密钥验证。M1卡扇区的密码一定要保存备用，一旦忘记就很难找回，那样扇区就作废了。访问其它扇区时，一定要重新验证扇区的密码，不然扇区会绝访问，访其它扇区问时不需要重新上电。液晶读取数据显示的位置不对、乱码等，对函数语句逐一排查，如：变量的自增加、初始、调用位置等。
硬件电路运用Keil联合Protuse仿真，测试单片机和液晶模块组合工作状态，再制成实物与读写模块一起调试，测试信号的稳定性，完整性，感应区的范围。对于出现了信号不稳定、不完整的情况，把滤波电路，发送天线重新检查，是否焊接、线路排布、器件参数等有问题。调试成功结果如图6所示：
图6 样品展示
6.总结
RFID技术会随着科技的发展应用于更宽的生活领域，RFID在电子火车票上的应用也是一个潜在的领域。本文介绍了把RFID应用在火车票上，鉴于RFID便捷、易操作、安全等特性制成电子火车票。电子火车票的使用会将大大提高铁路客运的效率，同时电子火车票避免的纸质火车票的资源浪费，起到了环保的作用，响应了国家低碳发展的理念。但电子标签作为火车票技术还不成熟，电子火车票的使用还需要一套完整的系统，需要更多的研究。
参考文献
[1]中国情报网.2013-2017年中国铁路运输行业市场调研咨询报告[M/MT].中国情报网，[2013-09-23].http：///print/4/188840/.
[2]刘莹.RFID技术原理及其应用分析[J].中央民族大学学报（自然科学版），2006，15（4）.
[3]王道强.RFID系统在公交智能化的应用仿真与相关技术研究[D].东北林业大学，2012.
[4]苏明强，刘伟，邝涛.高性价比的MIFARE卡读写模块设计[J].微计算机信息，2006，22（5-2）：3-3.
[5]徐绍娟，邱琳.基于RC522模块的水控机卡通读写控制器设计[J].应用技术，2011-10（上）.
可视化技术研究范文3
〔关键词〕可视化分析；网络舆情；大数据
DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2016.11.015
〔中图分类号〕G203〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2016）11-0082-05
〔Abstract〕As network public opinion has obvious characteristics of large data（as a concrete manifestation of the four aspects，namely massive，diverse，dynamic and low value density），using traditional data collection，analysis and presentation method not only has the problem of low efficiency，and is also difficult to find the key information and the potential characteristics behind information.In this regard，visualization analysis technology，originating from scientific calculation，can be used to make things simplified by using easily understandable graphical images to reveal network public opinions distribution，development and evolution.Therefore，in the network public opinion research，the technology has very significant application value.Based on the difference of network public opinions information present form，the essay respectively discussed the hierarchical information，text information and network information visualization methods application paradigm and the way of realization in the research of the Internet public opinion，in order to promote the network public opinion research in depth.
〔Key words〕visualization analysis；network public opinion；big data
随着信息网络技术的发展以及网民数量的急剧增长，互联网对人们生活的影响在广度和深度上都呈现出不断扩张的趋势。在当今社会，互联网不再仅仅被当作加强信息传递、提升工作效率和促进人际交往的工具，它所具有的匿名性、交互性、即时性和非中介性等特征从技术上突破了传统媒介的局限，使得越来越多的人开始寄希望于通过互联网来改善现实中的公民社会参与和政治民主实践。近些年来频繁进入公众视野的网络事件，如邓玉娇事件、“躲猫猫”事件、瓮安事件、石首事件、郭美美事件等等，都是借助互联网实现广泛与快速传播的。在社会矛盾和社会问题难以通过正常的社会通道妥善处理和解决的情况下，网络舆情的此起彼伏成为一项短期内无法消解的社会事实。
在此背景下，网络舆情研究成为一门受到广泛关注的热点研究领域。通过对现有文献的梳理，可以发现，不同学科的研究者依托各自的学科背景对网络舆情的各个方面进行了较为全面的研究，但这些研究主要集中在学理的讨论和政策的分析上，比如，从新闻传播学角度进行的对特定网络舆情事件的分析以及从政治学和行政管理的视域开展的网络舆情引导与管控策略的研究等等；就使用的方法或技术而言，当前的网络舆情研究仍然深受传统数据时代舆情分析的影响，与大数据这一时代背景相吻合的网络舆情分析方法上的创新虽然已经崭露头角，比如基于网络日志数据挖掘的隐性舆情分析、基于社会网络分析的舆情主体关系发现等都被应用到网络舆情研究领域[1]，但在方法应用的实用性、契合性等方面还有待进一步向前推进。为此，本文引入发端于科学计算领域的可视化分析技术，在探讨它对网络舆情信息耦合的基础上，详细阐述针对不同类型网络舆情信息可视化分析技术。
1网络舆情信息与可视化分析技术的耦合
网络舆情本质上是关于某一特定议题的各种信息的集合，这些信息存在于无限延展的网络空间中，并随时间的推进而呈现出动态的变化。具体而言，网络舆情信息的特征可以归纳为如下4个方面：
11网络舆情信息的海量性
相比现实舆情发生发展过程必然面临的时空限制，网络舆情可以在极短的时间内获得极大范围内的讨论，因而在信息存量上得到了极大的改变，比如2014年热度排名第一的“MH370航班失联事件”仅微博发文量就达到了2 500万条，排名第二的“香港占中事件”共计获得超过2 160万的新闻讨论量，与该事件相关的微博数量接近117万条，想要了解关于某一特定事件或议题的网络舆情发展脉络，或者探究其中包含的网络民众意见倾向性的变化趋势，需要对这些巨量化的信息进行妥善的加工和处理。
22网络舆情层次信息的可视化
信息集合的单元之间组成了不同的结构关系，这些结构形式通常可以分为顺序结构、层次结构和网状结构3种类型。上文提到的时序性网络舆情文本信息的可视化所揭示的就是一种顺序结构，除此以外，大量的信息集合都具有严格的层次结构，无论在信息技术领域还是在社会经济的各个方面，信息的层次结构都是一个非常普遍的现象。对具有层次结构的信息进行可视化分析有助于改善研究者对层次结构数据及数据项之间关系的理解，因此，在信息认知阶段，层次信息可视化技术作为有效的抽象信息展现工具，被广泛应用于辅助理解和分析层次结构数据集。通过对抽象层次信息进行合理美观的可视化描述，研究者能快速准确地发现数据集中隐含的特征信息，并针对任务进行可视化分析，帮助解释现象、发现规律和制定决策[9]。随着可视化技术的发展，能够描述层次信息的可视化方法不断涌现出来，按照它们各自的可视化隐喻，可以将其分为3类：一是使用节点链接的方法构造可视化图形，在这类图形中，节点用于表示数据或内容信息，节点之间的连线则可用于描述数据或内容之间的结构，该类层次信息可视化技术主要有节点链接树、双曲树、径向树等；二是使用空间填充法构造可视化图形，在这类图形中，各种形式的包围框用于内容信息的表示，包围框之间的封装关系可用于描述各内容信息之间的层级，如树图、势力范围图等都属于此种类型；三是使用混合的方法，结合多种可视化分析技术和思想进行可视化图形的构造，其代表性技术有弹性层次图、层次网图等。在网络舆情研究中，研究者可以根据自己的关注点选择合适的层次信息可视化技术来呈现信息项之间错综复杂的层次关系，比如想要探究网络舆情信息扩散的路径就可以使用节点链接树的方法来发掘其中的关键节点。图4使用了节点链接树的形式给出了一条微博信息的扩散路径，从中可以看出，该条微博信息的扩散过程并没有经历较多的层级，其影响范围主要来自信息者第一层级的传播以及少量信息转发者第二层级的传播。
23网络舆情关系网络信息的可视化
相较于层次信息，关系网络信息并不具有自下而上或自上向下的层次结构，其中嵌入的是一种更加复杂的网状结构，使用一般的统计分析或图示方法很难对其进行量化的表征和分析[10]，随着上世纪末期复杂网络研究的兴起，社会网络分析逐渐成为处理此类信息的主要方法。在具体的分析过程中，社会网络分析以关系的量化为基础，通过绘制网络关系图的形式快速直观的解释和概览网络结构信息，一方面可以更好地呈现不同实体间的关系结构；另一方面也有助于挖掘隐藏在网络内部的有价值信息。按照Shneiderman等人[11]提出网络节点布局方法，关系网络信息的可视化一般可以按照力导向布局（Force-directed Layout）、地图布局（Geographical Map Layout）、环状布局（Circular layout）、层次布局（Substrate-based Layout）和时间布局（Time-oriented Layout）等5种布局形式加以呈现。就网络舆情研究而言，揭示不同行动者在网络舆情传播过程中发挥的作用大小，进而甄别其中的关键节点或意见领袖，对于探讨舆情演化规律、引导舆情走向具有重要意义。在现有的以可视化分析技术为支撑的网络舆情研究成果中，社会网络分析是一种最受偏好的可视化分析方法[12-14]，比如李彪以最具影响力的40个网络舆情热点事件为研究样本，选取其传播初期的前3个信息节点，运用社会网络分析的方法分析了网络舆情空间的基本结构，并在此基础上构建了网络舆情传播的空间结构模型。图5是使用力导向布局中的Hu Yifan布局法[15]进行的社会网络关系图的绘制，其数据来自2010年最具影响的34个网络舆情事件，从中可以看出，天涯社区是当时最主要的网络舆情发源地。
除了上述3种类型的网络舆情信息可视化分析技术，一些常见的统计图形亦可用于展现网络舆情信息的时间趋势、情感倾向、区域分布等特征。伴随着大数据与计算社会科学的兴起，网络舆情虽然包含着较多的半结构和无结构信息，但是这些信息只需经过适当的转换就可以通过具有一定结构的图形形式呈现出来。网络舆情研究是一个涉及多门学科的交叉性研究领域，来自不同学科的研究视角和研究方法都可用于网络舆情信息的分析和处理，可视化作为一种信息分析的方法与技术可以与案例分析、调查研究等传统的社会研究方法相互配合，共同为网络舆情关键信息和内在规律的发掘提供方法和技术上的支撑。
3结论
大数据环境下的网络舆情研究不是仅仅依靠某一学科的理论或方法就能得到理想的研究结果，作为一项综合性图5网络舆情信息前期传播空间的关系网络图（2010年）
社会问题，它涉及数据挖掘、舆情分析、政府决策等多个被有机联系起来的研究领域，因而需要集合传播学、政治学、社会学、计算机科学与技术等多个学科的理论和方法支持，才能得到富有真知灼见的创新性成果。如果囿于某一学科背景，仅从单一视角出发研究具有极大复杂性的网络舆情信息，其研究结果往往也会受到局限。因此，大数据时代的网络舆情研究应该突破传统数据时代静态化、单一化和片面化的研究思维，进行动态化、立体化和全局化的综合探讨。就此而言，可视化分析技术作为一种有效的数据表达方式，它能妥善应对网络舆情信息具有的海量性、多样性、动态性和低加之密度性特征，在卷帙浩繁的网络舆情信息中发现其中内涵的趋势、模式及规律。从这个意义上来说，可视化分析技术的应用对于推进网络舆情研究具有重要意义。
参考文献
可视化技术研究范文4
关键词：参与式；可视化；教学技术
伴随我国新一轮基础教育改革的推进，促进学生主动参与、乐于探究成为我国基础教育急需完成的任务。参与式可视化教学设计倡导让学生参与到教学设计中来，借助思维导图等可视化工具，实现学生为教学设计出谋划策，从而达到教师与学生之间通过平等的沟通与交流合作完成教学设计的目的。
一、相关定义
（一）参与式教学方法
参与式教学方法（Participatory Teaching Method）是一种合作式或协作式的教学法，这种方法以学习者为中心，充分应用灵活多样、直观形象的教学手段，鼓励学习者积极参与教学过程，成为其中的积极分子，加强教学者与学习者之间以及学习者与学习者之间的信息交流和反馈，使学习者能深刻地领会和掌握所学知识，并能将这种知识运用到实践中去。
（二）思维可视化
思维可视化（Thinking visualization）是指运用一系列图示技术把本来不可视的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程。被可视化的“思维”更有利于理解和记忆，因此可以有效提高信息加工及信息传递的效能。
二、参与式可视化教学技术
（一）思维导图（Mind Map）
思维导图又叫心智图，是表达发射性思维的有效的图形思维工具 ，它简单却又极其有效，是一种革命性的思维工具。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接。思维导图充分运用左右脑的机能，利用记忆、阅读、思维的规律，协助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展，从而开启人类大脑的无限潜能。思维导图因此具有人类思维的强大功能。目前现有的思维导图软件有：
1.亿图图示Edraw是一款跨平台的全类型图形图表设计软件。使用它可以创建有专业水准的流程图、 组织结构图、网络图、商业展示、建筑平面图、思维导图、科学插画、时尚设计、UML图、工作流程图、程序结构图、网页设计图、电气工程图、方向地图、数据库图表及更多。
2.MindManager是一个创造、管理和交流思想的通用标准，其可视化的绘图软件有着直观、友好的用户界面和丰富的功能，这将有序地组织思维、资源和项目进程。
3.XMind是一款易用性很强的软件，通过XMind可以随时开展头脑风暴，帮助人们快速理清思路。XMind 绘制的思维导图、鱼骨图、二维图、树形图、逻辑图、组织结构图等以结构化的方式来展示具体的内容，人们在用XMind绘制图形的时候，可以时刻保持头脑清晰，随时把握计划或任务的全局，它可以帮助人们在学习和工作中提高效率。
4.MindMapper是一款专业的可视化思维导图软件、用于信息管理和处理工作流程的智能工具软件，MindMapper提供多种方式来把脑袋里面混乱的、琐碎的想法贯穿起来，最终形成条理清晰、逻辑性强的成熟思维模式。
（二）观察分析系统
为了研究课堂的教学交互，探寻研宄教学交互的具体方法。课堂教学观察分析系统成为了课堂的教学行为分析和评价的重要手段。
1.弗兰德互动分析系统（FIAS）主要针对的内容是师生双方的言语，通过对课堂中师生语言交互情况的分析，把师生言语交互分为教师言语、学生言语和沉寂三大类共10个类别。FIAS的优点在于可以通过对视频进行量化分析、统计和处理，从而使得教师能够对课堂教学进行分析和反思。
2.基于信息技术的互动分析编码系统（ITIAS）主要在弗兰德互动分析系统（FIAS）的基础上，增加了技术的因素思考，更能反映信息技术应用下的课堂言语互动的特点，对教师提问的言语和学生的言Z进行细化，同时增加技术的类别。从课堂结构分析、教师风格分析、情感气氛分析和多媒体技术的教学使用分析等方面来体现教学互动行为的质量，发现影响教学互动的因素。
3.ISI （The Individualizing Student Instruction）课堂观察系统，包括学生个别化教学课堂观察系统和编码系统。使用ISI系统可以证明共用相同课堂的学生具有不同的学习机会，而教学是在师生互动中发生，教学的效果依赖于学生自身的语言和读写能力。这就意味着对一个学生有效的教学对另一个学生可能就无效。这样影响学生学习的复杂的课堂环境应该更加受关注。
本研宄就是依据可视化教学本身的特点，并利用新的技术、新的理念和新的学习理论尝试构建新的教学模式，并进行实证研宄。在教学模式的探索中加入了未来导向的思考，以创新为理念，以可视化为手段，以参与为目的构建了创新可视化参与式教学模式，为研究未来课堂概念下的教学体现提供了重要的应用思路和实证研究方法探索。
参考文献：
可视化技术研究范文5
关键词：虚拟花卉 可视化建模 交互技术 漫游系统
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0050-03
1、引言
虚拟景观是近年来随着信息和计算机技术发展近年在虚拟现实研究领域出现的新研究方向，是建立在植物学、计算机图形学、人机交互和虚拟现实等多学科基础上的交叉学科。虚拟花卉景观作为虚拟景观的一个重要方面，同样也受到研究者们越来越多的关注。而研究虚拟花卉景观，主要可以分为两个方面：一方面是虚拟花卉的建模；另一方面是交互技术在虚拟花卉景观中的应用。
在虚拟花卉建模方面，由于花卉植物形态结构复杂，叶片、花瓣等组织器官形态多样，因此想要通过编程快速逼真的生成这样的三维模型是十分困难的。运用手动建模的方法，对模型进行可视化调节，被认为是逼真模拟真实花卉形态特点最适合的方法。[1]但是关于这方面的目研究还十分少见。
在交互技术应用方面，主要是运用交互技术开发虚拟花卉景观漫游系统。漫游系统是基于虚拟现实技术构建的一种人机交互系统，在军事、城市规划、建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业有重要发展前景。其3I特性——沉浸感、交互性和构想性使得沿用固定漫游路径的其他漫游技术和系统无法与之相比。[2]但是目前在虚拟花卉景观中运用交互式漫游技术的研究成果还很少。
因此，本文一方面通过研究基于Maya的可视化建模方法，提出了一套高效的、专门用于虚拟花卉的建模方法；另一方面，通过对VRPlatform虚拟现实交互平台的研究，系统的提出了搭建虚拟花卉漫游场景的方法及流程。
2、虚拟花卉可视化建模
本文的中建模研究主在Maya环境下进行。虚拟花卉建模的研究主要包裹一下几个方面：模型建立、模型贴图、贴图烘焙、模型优化。
2.1 模型建立
因为建立的虚拟花卉模型在Maya中完成建模后将导入VRPlatform交互平台中使用，因此模型建立时需要注意以下几个方面：
（1）每株虚拟花卉模型的面片数在2000面以内。可通过删除不可见面片的方法精简模型面片数。通过此方法可以提高贴图的利用率，提高交互场景的运行速度。
（2）在表现花卉较细枝条时，使用面片贴图的方法表现，因为细长的几何模型在渲染时会出现锯齿、纹理模糊等现象。
（3）保持相邻模型间的距离，这样一方面是为了节约系统资源，另一方面是因为OpenGL根据深度缓存实现面片消隐，通过深度值判断遮挡关系，如果相邻面片距离太近，系统在绘制时会出错。
（4）合理分布模型的密度。如果模型密度不均匀，会导致运行速度时快时慢。
在建立花卉模型时，本文根据模型在虚拟景观中放置的远近位置将花卉模型分为三个等级：[5]
一级模型的建立（以君子兰为例）：一级模型需要对花朵（如图1所示）、叶子（如图2所示）分别都建模。一级模型面数通常在1000-2000面之间，模型精度高。
二级模型如图3所示（以虎尾兰为例），用一个面片来表示一丛花叶，整株植物多个这样的面片组成。这种方法极大的降低了模型面片数，而模型的效果通过透明贴图实现。
三级模型只使用一个面片，通过透明通道贴图的方法实现模型效果。
2.2 模型贴图
本文利用真实植物各个器官的照片，用Photoshop制作材质贴图。贴图分为两种，一种是普通纹理材质贴图，多用于一级模型（效果如图4所示）；另一种就是带透明通道的贴图，但制作带透明通道的材质是一项复杂的工作，需要根据贴图的有效区域抠出材质的有效区域，然后根据这个贴图制作一份黑白材质作为透明通道的贴图，这样就可以根据通明通道的白色区域，只这个区域内其他通道的材质效果，效果如图5所示。此外，贴图在模型上的表面的位置可以通过Maya中的UV贴图修改器和UV展开修改器进行调整，如图6所示。
2.3 贴图烘焙
通过材质贴图的方法表现虚拟花卉的真实感是有限的，要得到逼真的虚拟花卉景，灯光和渲染也十分重要，我们可以通过将光影效果合成到贴图上的方式即“烘焙”。烘焙最主要的功能是将光线阴影固定在模型的贴图上，使光照信息变成了贴图，不需要CPU计算光照和阴影信息，只要计算普通的贴图就可以了，所以速度极快，这样的烘焙贴图主要用于VRPlatform交互平台制作交互式漫游系统。
2.4 模型优化
模型优化分为模型面数优化、模型个数优化和模型贴图量优化三个方面[3]。优化的原则主要根据“远虚近实”的思想。
2.4.1 模型面数优化
面数优化的原则是：删除看不见的面，比如花盆的底面，花卉模型被遮挡的面等。植物的姿态美不在于模型的复杂程度，而是造型能力。
如图7至图10所示，是模型优化前后的一个比较图。优化前面数统计：1546个面，优化后面数统计：993个面。
2.4.2 模型个数的优化
模型个数的优化通过合并物体实现，如图11所示：选中所有的物体，在Polygons模组中，选择Mesh菜单中的“Combine（合并）”。[4]
2.4.3 贴图量的优化
在利用VRPlatform交互平台制作虚拟花卉景观漫游时，为了提高漫游速度，除了需要对模型个数和面数做了优化之外，还必须对场景的贴图量进行优化。贴图量的优化需要从一开始烘焙贴图时就要开始遵循一个优化原则：即重点模型，比如一级模型，其烘焙贴图分辨率可以为1024*1024，三级的模型，其烘焙贴图分辨率可以为256*256或者128*128；其次，尽量使用重复的贴图。相近位置的植物可以公用一张贴图，既能保持光线的统一，也节省贴图量。[7]
3、交互技术的运用
交互技术运用到虚拟花卉景观领域，主要是为了实现一个交互式的景观漫游系统，使用户可以根据自身的需求对花卉景观中单株花卉和整体景观效果进行观测。[2]本文利用VRPlatform交互平台，快速实现了虚拟花卉景观漫游系统的制作，其步骤如下：
（1）将模型导入VRPlatform，对场景材质进行编辑。
（2）创建相机：相机分为行走相机、飞行相机和旋转相机。行走相机视高1.7米（参数也可以调整），结合碰撞检测还可以模仿走楼梯的效果；在模拟室外场景（如旅游业的风景游览）时，经常会使用飞行相机来游览整个场景的概貌；旋转相机是指绕一个建筑物环绕飞行。在VRPlatform里进行交互除了可以通过键盘W（前进）、S（后退）进行，也可以通过单击二维界面里的按钮达到交互功能。
（3）VRPlatform场景碰撞检测的设置：在场景设置了碰撞之后，相机小人在场景中行走时再也不会出现陷到地下或穿墙而过的现象了，即使撞到墙壁上也会沿着墙壁继续向前行走。
（4）场景特效制作：添加太阳光晕，天空盒以及雾效。
最终的虚拟花卉景观漫游系统如图12所示，通过VRPlatform创建的虚拟花卉景观逼真自然。
4、结语
本文一方面运用可视化建模技术，深入研究并提出了虚拟花卉的建模方法，利用该方法，用较少的面片数实现了逼真自然的虚拟花卉建模。另一方面，在VRPlatform平台下，运用交互技术的相关原理，快速的建立了虚拟花卉景观漫游系统。因此，本文的研究内容在虚拟花卉景观的研究中有一定价值。
参考文献
[1]郭延臣，韦群等.自然景物中植物模型的构造和真实感绘制[J].中国科技信息，2005，4：14-14.
[2]王瑞玲，陈振明，李际军.基于场景建模的虚拟漫游系统[D].杭州：浙江大学研究生院，2007，7.
[3] 孙长勇.虚拟现实中三维建模技术方法的分析与研究[D].信息工程大学，2004.
[4]黄心渊.Maya 8 标准教程[M].兵器工业出版社，2006.
[5]李福清.植物模拟的造型方法[J].现代农业科技，2005，14：35-37.
[6]林军政.Maya+VRay建筑动画表现技法[M].北京：清华大学出版社，2008，2.
可视化技术研究范文6
引言
随着科学技术的不断进步，信息技术也得到了很大的发展，并逐渐深入到人们的日常生活、工作及学习中，在信息技术飞速发展的现代社会，熟练掌握相关的信息技术基本是对每个学生的要求。对小学生来说，信息技术作为一门课程，其具有较为显著的时代特征，同时也是现代教育的直接体现。在信息技术这门课程具体的教学过程中，会涉及到相关的比较专业且较为抽象的名词或一些较为复杂的操作，这就要求教师在进行教学的过程中必须要运用相应的辅助手段，而知识可视化作为一种教学辅助手段，可以在很大程度上满足这一要求，进一步帮助教师更好地完成信息技术这门课程的教学。
一、知识可视化简介
知识可视化是在以数据可视化、信息可视化以及信息可视化等为基础而新兴起来的一个研究领域，其主要是通过以视觉表征为主的手段的应用，来达到促进相关知识的传播与创新的目的。知识可视化的主要研究对象是视觉表征在促进两个或更多的个体间知识的传播与创新当中所发挥的作用，例如，实物、素描、图片、图表、信息可视化以及交互式可视化等，知识可视化就是以这些方式来帮助个体正确地对所学的知识进行记忆、重新构建以及应用。
知识可视化就是一种知识的表征，这也是知识可视化的本质，其主要指的是知识所表现出来的外在形式，知识可视化所表现出来的这一部分不仅承载了知识图解手段，而且也在很大程度上刺激了人们的感官，让人们对相关知识有了一定层面的认识。知识可视化除了传递的是真实性的知识外，还可以对相关的思维、经验、态度、预测、期望、意见以及相应的价值观进行传递；另外，在表现方式上，知识可视化主要是利用手绘或计算机软件来进行的。
二、知识可视化在小学信息技术教学中的应用
知识可视化在小学信息技术教学中的应用是多方面的，本课题主要选取了知识可视化工具在小学信息技术教学中的三个方面进行分析，具体分析内容如下：
（一）流程图的合理应用
在实际的教学过程中，流程图往往会给学生以清晰、明了的视觉效果，流程图的合理使用可以在一定程度上提高学生对相关知识的理解，例如，PowerPoint软件的使用，该软件提供了二十几种可供参考的流程图形状，并且每种图都有其对应的意义，就操作过程而言，不管是简单的或是复杂的，都可以用流程图直观明了地表现出来。在具体的教学过程中，教师可以将需要理解的内容用流程图表示出来，以流程图的方式帮助学生对相关的知识进行轻松地掌握，这不但可以让学生对相关知识有一个深刻的认识，还可以在很大程度上促进学生对计算机的操作，例如，学生通过教师所展示出来的流程图，可以自己进行思考，在教师或同学的帮助下完成相关流程图的绘制，这也在很大程度上提高了学生的学习思考及动手能力。
（二）概念图的应用
概念图的合理利用也会在很大程度上提高小学信息技术教学的效率，概念图所用的层级关系，可以为学生对相关概念的理解提供了一定的技巧，这些技巧的掌握有利于学生更加清晰地认识到相关概念之间的关系，有利于学生对相关概念的进一步理解。在实际的教学过程中，教师可以在展示概念图的基础上对学生进行指导，带领学生自行绘制概念图，这不仅可以检验学生对相关概念的理解，还可以让学生掌握到相关的绘图方法，有利于教师及时发现错误并进行及时的纠正。例如，Inspiration软件的使用，在教学过程中，教师可以根据教学内容的需要，选择Inspiration软件进行辅助教学，在讲授相关知识概念的同时，用软件进行图形的绘制，让学生认真观察概念图的绘制过程，在整个过程中，除了让学生获得相关的知识外，还可以在一定程度上激发学生的学习兴趣，这对学生往后的学习也具有较为重大的意义。
（三）思维导图的合理应用
思维导图是一种较为常见的知识可视化工具，其主要作用就是对整个思维的工程进行完整的呈现。就信息教学而言，在教学过程中巧妙的使用思维导图不但可以帮助学生完成对相关知识、信息的树立，还可以价格抽象的信息进一步简洁明了地表现出来。教师可以通过对思维导图的使用将繁杂的信息以图表的形式展现给学生，便于学生理解，而对小学生来说，相对于繁杂的信息，其也更倾向于选择更简单、趣味性相对较强的图表。因此，思维图的使用也可以在一定程度上起到引起学生注意力、激发学生学习兴趣的作用。
结束语
