基于自然紋理的二維多元數(shù)據(jù)交互可視化.pdf

1、隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和收集數(shù)據(jù)手段的發(fā)展，目前數(shù)據(jù)的數(shù)量和復(fù)雜性正在快速的增加，并且已經(jīng)超出了人們認(rèn)識(shí)和理解的能力。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)利用人眼的高帶寬并行視覺(jué)信號(hào)處理能力和強(qiáng)大的模式識(shí)別能力提高人們理解和分析數(shù)據(jù)的速度，目前已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，其中二維多元數(shù)據(jù)是一種較為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)，如天氣數(shù)據(jù)、海洋氣候數(shù)據(jù)、油田分析數(shù)據(jù)等。二維多元數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以幫助人們快速了解這類數(shù)據(jù)的意義，并做出正確的判斷。本文的研究課題是基于紋理

2、合成的二維多元數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的研究。
　　本文研究二維多元數(shù)據(jù)的可視化方法，將自然紋理和人機(jī)交互結(jié)合起來(lái)，使用戶不僅可以通過(guò)觀察友好的自然紋理來(lái)捕捉數(shù)據(jù)信息，還可以實(shí)時(shí)地在數(shù)據(jù)整體顯示和感興趣的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)之間進(jìn)行切換瀏覽。用戶使用本文方法既能觀察到整體數(shù)據(jù)，又能對(duì)重要的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析研究。本文的主要工作和成果如下:
　　(1)基于自然紋理的二維多元數(shù)據(jù)可視化方法:自然紋理視覺(jué)友好且有很高的視覺(jué)維度，本文提出了一種使用自然紋理

3、編碼二維多元數(shù)據(jù)的可視化方法。該方法改進(jìn)了基于樣圖的非等軸紋理合成算法，將二維多元數(shù)據(jù)的三個(gè)屬性分別映射到紋元的大小、方向和顏色，使得用戶可以通過(guò)觀察友好的自然紋理來(lái)捕捉數(shù)據(jù)信息。本文還進(jìn)一步研究了人們是如何感知紋理特征的，通過(guò)用戶調(diào)查實(shí)驗(yàn)確定了比較合適的紋理特征的變化范圍。
　　(2)可視化交互技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):可視化中的用戶交互是用戶探索數(shù)據(jù)的手段，是數(shù)據(jù)可視化重要的組成部分。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了交互系統(tǒng)，使得用戶可以實(shí)時(shí)地在數(shù)據(jù)整

4、體顯示和感興趣的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)之間進(jìn)行切換瀏覽。流暢性是可視化交互可用的前提。本文為了保證可視化中交互操作的流暢性，采用了多種加速技術(shù)。使用CUDA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化結(jié)果的合成過(guò)程，利用GPU的并行計(jì)算能力進(jìn)行加速;主成分分析(PCA)樣圖鄰域并降低樣圖鄰域和合成圖鄰域的維度，減少了鄰域匹配的計(jì)算量;利用擴(kuò)展一致性搜索(k-coherence search)減少鄰域匹配的搜索范圍;使用超分辨率技術(shù)減小實(shí)際合成圖像的大小。
　　(3)基于GP

5、U加速的圖像相似區(qū)域查找方法:擴(kuò)展一致性搜索需要對(duì)樣圖進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理過(guò)程屬于圖像相似區(qū)域查找問(wèn)題，非常耗時(shí)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了基于GPU加速的圖像相似區(qū)域查找方法。該方法利用距離計(jì)算的可并行性，提出了在任何距離度量下都可以得到精確結(jié)果的基于GPU的并行查找方法。本文使用該并行查找方法加速樣圖的預(yù)處理過(guò)程，較傳統(tǒng)串行的加速方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　(4)二維多元數(shù)據(jù)交互可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):本文基于MFC、CUDA和Op