《 資料視覺化（全綵）》圖書資訊
大資料叢書
資料視覺化（全綵）（大資料叢書，首次全面細緻地梳理了視覺化理論，方法、工具與應用案例。馬匡六教授、石教英教授鼎力推薦，十二五國家重點圖書出版規劃專案）
陳為 沈則潛等 編著
ISBN 978-7-121-21154-6
2013年12月出版
定價：128.00元
668頁
16開
編輯推薦
面對龐雜的大數據，視覺化提供了良好的解讀角度與方法，是大資料分析與應用的利器。
本書首次全面、細緻地梳理了視覺化的歷史，理論，工具與應用案例，旁徵博引，圖文並茂，內容翔實豐富，專業嚴謹，是瞭解視覺化知識的不二之選，也特別值得相關從業人員作為案頭參考書備存。
本書入選十二五國家重點圖書出版規劃專案“大資料叢書”，並獲得該領域著名學術帶頭人之一馬匡六教授，石教英教授的專序推薦。
本書同時配備了線上資料提供與更新服務，讀者可以隨時與作者互動，深入探討。
內容提要
全書共有16 章，分為4 篇。基礎篇，闡述資料視覺化的基礎理論和概念，從人的感知和認知出發，介紹資料模型和視覺化基礎；時空資料篇，介紹帶有空間座標或時間資訊的資料的視覺化方法，此類資料透過裝置在真實物理空間中採集得到或由科學計算模擬產生；非時空資料篇，描述非結構化和非幾何的抽象資料的視覺化，這些資料既存在於真實物理空間，又是社會空間和網路資訊空間的基本表達形式；使用者篇，介紹面向各類資料的視覺化在實際應用中共同需要的方法、技術和工具，例如互動和視覺化評測方法，以及在具體領域的視覺化和應用系統。
本書從研究者的角度，介紹資料視覺化的定義、方法、效用和工具，既可作為初學者的領路手冊，也可用於視覺化研究和視覺化工具使用的參考指南。
目錄
基 礎 篇
第1 章 資料視覺化簡介 ............................................................................2
1.1 視覺化釋義 ..................................................................................................2
1.2 視覺化簡史 .......................................................................................................8
1.3 資料視覺化詳解 ............................................................................................................23
1.3.1 資料科學的發展 .................................................................................................23
1.3.2 資料視覺化的意義 .............................................................................................25
1.3.3 資料視覺化分類 .................................................................................................29
1.3.4 資料視覺化與其他學科領域的關係 .................................................................38
1.4 資料視覺化研究挑戰 ....................................................................................................43
參考文獻 .........................................................................................................44
第2 章 視覺感知與認知 ..........................................................................47
2.1 視覺感知和認知 ............................................................................................................47
2.1.1 視覺感知和認知的定義 .....................................................................................48
2.1.2 視覺感知處理過程 .............................................................................................48
2.1.3 格式塔理論 .........................................................................................................49
2.2 顏色 ...............................................................................................................................54
2.2.1 顏色刺激理論 .....................................................................................................54
2.2.2 色彩空間 .............................................................................................................58
2.3 視覺編碼原則 ................................................................................................................62
2.3.1 相對性和絕對性 .................................................................................................63
2.3.2 標記和視覺通道 .................................................................................................64
2.3.3 視覺通道的概念 .................................................................................................66
2.3.4 視覺通道的特性 .................................................................................................72
參考文獻 ..........................................................................................................81
第3 章 資料 ............................................................................................84
3.1 資料釋義 ..................................................................................................84
3.1.1 資料基礎 .............................................................................................................84
3.1.2 資料科學及過程 .................................................................................................87
3.2 資料獲取和預處理 ........................................................................................................91
3.2.1 資料獲取 .............................................................................................................91
3.2.2 資料預處理 .........................................................................................................92
3.3 資料組織與管理 ............................................................................................................93
3.3.1 資料清洗與精簡 .................................................................................................95
3.3.2 資料整合與整合 .................................................................................................97
3.3.3 資料庫 .................................................................................................................99
3.3.4 資料倉儲 ...........................................................................................................102
3.4 資料分析與挖掘 ..........................................................................................................103
3.4.1 探索式資料分析 ...............................................................................................105
3.4.2 聯機分析處理 ...................................................................................................105
3.4.3 資料探勘 ...........................................................................................................108
3.5 資料工作流 .......................................................................................................... 113
3.6 資料科學的挑戰 .................................................................................................. 116
參考文獻 ............................................................................................................... 117
第4 章 資料視覺化基礎 ........................................................................120
4.1 資料視覺化基本框架 ..................................................................................................120
4.1.1 資料視覺化流程 ...............................................................................................120
4.1.2 資料視覺化設計 ...............................................................................................124
4.2 視覺化中的資料 ..........................................................................................................127
4.2.1 資料認知 ...........................................................................................................127
4.2.2 資料型別 ...........................................................................................................127
4.3 視覺化的基本圖表 ......................................................................................................129
4.3.1 原始資料繪圖 ...................................................................................................129
4.3.2 簡單統計值標繪 ...............................................................................................134
4.3.3 多檢視協調關聯 ...............................................................................................135
4.4 視覺化設計原則 ..........................................................................................................137
4.4.1 資料到視覺化的直觀對映 ...............................................................................137
4.4.2 檢視選擇與互動設計 .......................................................................................139
目錄 XIII ?
4.4.3 資訊密度——資料的篩選 ...............................................................................140
4.4.4 美學因素 ...........................................................................................................141
4.4.5 動畫與過渡 .......................................................................................................143
4.4.6 視覺化隱喻 .......................................................................................................147
4.4.7 顏色與透明度 ...................................................................................................148
4.5 視覺化理論發展 ..........................................................................................................148
4.5.1 圖形符號學 .......................................................................................................149
4.5.2 關係資料的圖形表示 .......................................................................................150
4.5.3 圖形語法 ...........................................................................................................151
4.5.4 基於資料型別的研究 .......................................................................................152
4.5.5 基於資料狀態模型的研究 ...............................................................................153
4.5.6 多維關聯式資料庫視覺化分析系統 ...................................................................154
參考文獻 .........................................................................................................155
時空資料篇
第5 章 空間標量場視覺化 .....................................................................158
5.1 一維標量場視覺化 ......................................................................................................158
5.2 二維標量場視覺化 ......................................................................................................160
5.2.1 顏色對映 ...........................................................................................................161
5.2.2 等值線提取 .......................................................................................................162
5.2.3 高度圖 ...............................................................................................................162
5.3 三維標量場資料視覺化 ..............................................................................................163
5.3.1 空間資料表達 ...................................................................................................165
5.3.2 空間資料特徵計算 ...........................................................................................169
5.3.3 間接體繪製 .......................................................................................................173
5.3.4 規則三維標量場的直接體視覺化 ...................................................................178
5.3.5 不規則體資料的體視覺化 ...............................................................................201
參考文獻 ..................................................................................................212
第6 章 地理資訊視覺化 ........................................................................220
6.1 地圖投影 .........................................................................................221
6.1.1 墨卡託投影 .......................................................................................................221
6.1.2 亞爾勃斯投影 ...................................................................................................223
6.1.3 方位角投影 .......................................................................................................224
6.2 點資料的視覺化 ..........................................................................................................225
6.3 線資料的視覺化 ..........................................................................................................230
6.4 區域資料的視覺化 ......................................................................................................235
6.4.1 Choropleth 地圖 ................................................................................................235
6.4.2 Cartogram ..........................................................................................................237
6.4.3 規則形狀地圖 ...................................................................................................238
6.4.4 多元關係地圖 ...................................................................................................239
6.5 地理資訊視覺化的應用 ..............................................................................................241
6.5.1 地球與生存環境 ...............................................................................................241
6.5.2 城市與日常生活 ...............................................................................................243
6.5.3 地理時空資料 ...................................................................................................246
6.5.4 複雜地理資料的可視分析 ...............................................................................247
6.6 地理資訊視覺化的其他挑戰 ......................................................................................249
6.6.1 地圖示註 ...........................................................................................................249
6.6.2 地圖綜合 ...........................................................................................................249
6.6.3 線上地圖 ...........................................................................................................249
參考文獻 ................................................................................................250
第7 章 大規模多變數空間資料場視覺化 ...............................................253
7.1 大規模空間標量場資料的實時體視覺化 ..................................................................254
7.1.1 大規模空間標量場資料的單機繪製 ...............................................................254
7.1.2 大規模空間標量場資料的並行繪製 ...............................................................254
7.1.3 時變空間標量場資料加速繪製方法 ...............................................................255
7.2 時變異構空間資料場的特徵追蹤與視覺化 ..............................................................256
7.2.1 時變空間標量場資料的特徵提取 ...................................................................257
7.2.2 異構資料的特徵融合 .......................................................................................257
7.2.3 時變空間標量場資料的特徵追蹤 ...................................................................258
7.3 空間向量場資料視覺化 ..............................................................................................260
7.3.1 圖示法 ...............................................................................................................261
7.3.2 幾何法 ...............................................................................................................263
7.3.3 紋理法 ...............................................................................................................268
7.3.4 拓撲法 ..............................................................................................................271
7.4 空間張量場資料視覺化 ..............................................................................................273
7.4.1 張量場的數學描述 ...........................................................................................274
7.4.2 基於幾何的方法 ...............................................................................................277
7.4.3 基於紋理的方法 ...............................................................................................280
7.4.4 基於拓撲的方法 ...............................................................................................283
7.4.5 高階張量場視覺化 ...........................................................................................285
7.5 多變數空間資料場視覺化 ..........................................................................................287
7.5.1 多變數空間資料場的資料分析與表達 ...........................................................288
7.5.2 多變數空間資料場的視覺化與互動 ...............................................................289
參考文獻 ............................................................................................................292
第8 章 時變資料視覺化 ........................................................................302
8.1 時間屬性的視覺化 ......................................................................................................304
8.1.1 線性和週期時間視覺化 ...................................................................................304
8.1.2 日曆時間視覺化 ...............................................................................................307
8.1.3 分支和多角度時間視覺化 ...............................................................................309
8.1.4 時間屬性的動態視覺化 ...................................................................................313
8.2 多變數時變型資料視覺化 ..........................................................................................314
8.2.1 基於線表示的視覺化 .......................................................................................314
8.2.2 基於圖結構的視覺化 .......................................................................................317
8.2.3 時間序列資料的視覺化互動 ...........................................................................318
8.3 流資料視覺化 .................................................................................319
8.3.1 流資料視覺化模型 ...........................................................................................320
8.3.2 流資料處理技術 ...............................................................................................321
8.3.3 流資料視覺化案例 ...........................................................................................324
8.3.4 並行流計算框架 ...............................................................................................329
參考文獻 ..................................................................................................331
非時空資料篇
第9 章 層次和網路資料視覺化 ..............................................................336
9.1 層次資料 ...............................................................................................336
9.1.1 層次資料的視覺化 ...........................................................................................339
9.1.2 節點- 連結法 ...................................................................................................340
9.1.3 空間填充法 .......................................................................................................346
9.1.4 其他方法 ...........................................................................................................351
9.2 網路資料 .......................................................................................353
9.2.1 網路和圖 ...........................................................................................................353
9.2.2 網路資料視覺化 ...............................................................................................354
9.2.3 網路資料的地圖隱喻視覺化 ...........................................................................365
9.2.4 超圖及其視覺化 ...............................................................................................368
9.2.5 動態網路資料視覺化 .......................................................................................371
9.2.6 圖視覺化的視覺效果 .......................................................................................372
9.2.7 圖視覺化中的互動 ...........................................................................................378
9.2.8 網路資料視覺化的挑戰 ...................................................................................380
參考文獻 ...................................................................................................381
第10 章 文字和文件視覺化 ...................................................................387
10.1 文字視覺化釋義 ........................................................................................................387
10.1.1 文字資訊的層級 .............................................................................................387
10.1.2 文字視覺化的研究內容 .................................................................................388
10.1.3 文字視覺化流程 .............................................................................................388
10.2 文字資訊分析基礎 ....................................................................................................390
10.2.1 分詞技術和詞幹提取 .....................................................................................390
10.2.2 向量空間模型 .................................................................................................390
10.2.3 主題抽取 .........................................................................................................392
10.3 文字內容視覺化 ........................................................................................................393
10.3.1 基於關鍵詞的文字內容視覺化 .....................................................................393
10.3.2 時序性的文字內容視覺化 .............................................................................397
10.3.3 文字特徵的分佈模式視覺化 .........................................................................400
10.3.4 情感分析視覺化 .............................................................................................403
10.3.5 文件資訊檢索視覺化 .....................................................................................405
10.3.6 軟體視覺化 .....................................................................................................406
10.4 文字關係視覺化 ........................................................................................................408
10.4.1 基於圖的文字關係視覺化 .............................................................................408
10.4.2 文件集合關係視覺化 .....................................................................................409
10.5 文字多層面資訊的可視表達 ....................................................................................413
10.6 總結 ....................................................................................................415
參考文獻 .................................................................................................415
第11 章 跨媒體資料視覺化 ...................................................................418
11.1 影像 ...............................................................................................418
11.1.1 影像網格 .........................................................................................................418
11.1.2 時空取樣 .........................................................................................................419
11.1.3 基於相似性的影像集視覺化 .........................................................................420
11.1.4 基於海塞圖的社交影像視覺化 .....................................................................422
11.2 影片 ..................................................................................................422
11.2.1 影片概要視覺化 .............................................................................................423
11.2.2 影片立方 .........................................................................................................424
11.2.3 影片可視摘要 .................................................................................................426
11.3 聲音與音樂 ................................................................................................................427
11.3.1 聲樂波形視覺化 .............................................................................................429
11.3.2 聲樂結構的視覺化 .........................................................................................429
11.4 超媒體 ..........................................................................................432
11.4.1 微博視覺化 .....................................................................................................434
11.4.2 社交網路視覺化 .............................................................................................441
11.4.3 數字生活視覺化 .............................................................................................450
參考文獻 ................................................................................................453
第12 章 複雜高維多後設資料的視覺化 ....................................................456
12.1 高維多後設資料 ............................................................................................................457
12.1.1 空間對映法 .....................................................................................................458
12.1.2 圖示法 .............................................................................................................467
12.1.3 基於畫素圖的方法 .........................................................................................469
12.2 非結構化與異構資料的視覺化 ................................................................................472
12.2.1 非結構化資料 .................................................................................................472
12.2.2 異構資料 .........................................................................................................474
12.3 大尺度資料的視覺化 ................................................................................................477
12.3.1 基於並行的大尺度資料高解析度視覺化 .....................................................477
12.3.2 大尺度資料的分而治之視覺化與分析 .........................................................480
12.4 資料不確定性的視覺化 ............................................................................................483
12.4.1 不確定性的基本定義 .....................................................................................484
12.4.2 不確定性的來源 .............................................................................................484
12.4.3 不確定性的視覺化方法 .................................................................................485
參考文獻 ..............................................................................................498
用 戶 篇
第13 章 視覺化中的互動 ......................................................................504
13.1 互動準則 ............................................................................................505
13.1.1 互動延時 .........................................................................................................505
13.1.2 互動成本 .........................................................................................................507
13.1.3 互動場景變化 .................................................................................................508
13.2 互動分類 ..........................................................................................509
13.2.1 按低階互動操作分類 .....................................................................................509
13.2.2 按互動運算子與空間分類 .............................................................................510
13.2.3 按互動任務分類 .............................................................................................510
13.3 互動技術 .................................................................................................. 511
13.3.1 選擇 ................................................................................................................. 511
13.3.2 導航 .................................................................................................................512
13.3.3 重配 .................................................................................................................514
13.3.4 編碼 .................................................................................................................515
13.3.5 抽象/ 具象 ......................................................................................................515
13.3.6 過濾 .................................................................................................................516
13.3.7 關聯 .................................................................................................................519
13.3.8 概覽+ 細節 ....................................................................................................520
13.3.9 焦點+ 上下文 ................................................................................................522
13.4 互動與硬體裝置 ........................................................................................................532
13.4.1 互動環境 .........................................................................................................532
13.4.2 互動裝置 .........................................................................................................534
參考文獻 ..................................................................................................537
第14 章 視覺化評測 ..............................................................................543
14.1 評測流程 ........................................................................................544
14.2 影響評測效度的因素 ................................................................................................545
14.2.1 參與使用者 .........................................................................................................545
14.2.2 測試任務 .........................................................................................................546
14.2.3 資料型別 .........................................................................................................547
14.2.4 評測指標 .........................................................................................................549
14.3 評測方法 ............................................................................................550
14.4 評測例項分析 ............................................................................................................551
14.5 總結 .............................................................................................558
參考文獻 .......................................................................................................558
第15 章 面向領域的資料視覺化 ............................................................560
15.1 高效能科學計算 ........................................................................................................560
15.1.1 高效能科學視覺化的挑戰 .............................................................................561
15.1.2 重要資訊的提取和顯示 .................................................................................564
15.1.3 原位視覺化 .....................................................................................................566
15.1.4 未來挑戰 .........................................................................................................568
15.2 生命科學 .........................................................................................569
15.2.1 臨床醫學影像 .................................................................................................569
15.2.2 其他影像 .........................................................................................................574
15.2.3 電生理訊號 .....................................................................................................576
15.2.4 OMICS 組學 ...................................................................................................580
15.3 其他科學與藝術 ........................................................................................................584
15.3.1 氣候學與氣象中的視覺化 .............................................................................584
15.3.2 面向藝術的表意性視覺化 .............................................................................587
15.4 網路與系統安全的視覺化 ........................................................................................591
15.4.1 基於可視變換的蟲洞攻擊視覺化 .................................................................591
15.4.2 可信計算的視覺化 .........................................................................................592
15.4.3 安全日誌資料的視覺化 .................................................................................593
15.5 商業智慧視覺化 ........................................................................................................593
15.5.1 商業智慧 .........................................................................................................593
15.5.2 商業智慧中的資料視覺化 .............................................................................594
15.5.3 未來趨勢 .........................................................................................................599
15.6 金融資料視覺化 ........................................................................................................599
15.6.1 金融視覺化圖表元素 .....................................................................................599
15.6.2 金融資料可視分析 .........................................................................................602
參考文獻 ..................................................................................................605
第16 章 視覺化研究與開發資源 ............................................................ 611
16.1 視覺化軟體 ................................................................................................... 611
16.1.1 醫學視覺化軟體 ............................................................................................. 611
16.1.2 科學視覺化軟體 .............................................................................................614
16.1.3 資訊視覺化軟體 .............................................................................................617
16.1.4 可視分析軟體 .................................................................................................622
16.2 視覺化開發工具 ........................................................................................................623
16.2.1 應用程式開發工具 .........................................................................................623
16.2.2 Web 應用開發工具.........................................................................................626
16.3 資料分析和資料探勘軟體與開發工具 ....................................................................627
16.4 視覺化資料集資源 ....................................................................................................629
16.5 視覺化資訊資源 ........................................................................................................630
16.6 視覺化研究機構 ........................................................................................................631
16.6.1 大陸視覺化科研機構 .....................................................................................631
16.6.2 海外視覺化科研機構 .....................................................................................632
前言
Visualization, as a discipline in computer science, is a rather young field of study. The field has made many advances over the past 25 years through tremendous basic and application-driven research efforts, and also successfully transferred some of these advances into products and services for data-intensive applications. Visualization as a problem-solving and knowledge discovery tool has become even more important as we enter the Big Data era. Its applications grow from scientific computing, engineering design, biomedicine, cyber security, and intelligence, to social science, transportation studies, and commerce. Visualization will be considered a basic skill, and will likely become part of the standard curriculum in science and engineering.
There is clearly a fast-growing interest in visualization as a discipline, a technology, or a practice. Over the years, I have been asked by many to suggest readings in visualization.So far, no book has ever managed to provide a comprehensive overview of the field,since even the good ones focus on a subarea of visualization, typically reflecting the author’s research endeavors. A visualization textbook is definitely needed. I know a few other book projects are underway, but this book is by far the most comprehensive one I have seen. It provides a fairly complete introduction to essential topics in visualization,as well as information on where the field is today, effectively serving the needs of both practitioners and future researchers in the field. As the field evolves rapidly to cope with demands from new applications and exploiting Big Data, I believe the authors will update the content regularly to reflect the latest and greatest developments in the field,which will make this book a lasting, valuable resource.
While visualization has become an active area of study and practice in the United States and Europe, visualization research and education in Asia would benefit from increased promotion and development. Thus, the publication of this textbook is timely. I praise the dedicated effort of Professor Wei Chen and his co-authors in creating this book, which will help accelerate visualization education, research, and practice in China and other Chinese-speaking countries. I hope to see this book translated into other languages. It will then become an important reference in the field of visualization. I found the book very informative and easy to read. I believe you will enjoy reading it.
Kwan-Liu Ma
Davis, CA
September 20, 2013
浙江大學計算機輔助設計與圖形學（CAD&CG）國家重點實驗室陳為教授來電話，請我為他的新作《資料視覺化》作序。陳為教授是我的老同事，也是我們實驗室視覺化方向的帶頭人。現在他有新作出版，請我作序是對我的尊重，我哪有不懂之理。然而我猶豫了。我坦率地告訴他，我怕完不成任務，因為我已退休多年，不再跟蹤學科前沿多年。陳為說，他把書稿連結發給我，請我瀏覽以後再作定奪。我在瀏覽了《資料視覺化》的內容簡介、前言、目錄和第1 章後，深感全書內容十分豐富，架構嚴謹，是我國學界和業界急需的一本好書。陳教授在信裡還寫道：“可否請您從視覺化在中國的發展歷史、現狀、未來為這本書寫一個序言，作為對我們的鼓勵。”讀信後，我感到我寫不出現狀和未來，寫點我經歷過的事情，以及談點作為過來人的體會和建議還是可以的，同時我感到作為視覺化領域的一名老兵面對《資料視覺化》這樣一本視覺化新作、好書，又有愛不釋手和責無旁貸之感，當即決定試試。
“視覺化”或它的全稱“科學計算視覺化”（Visualization in Scientific Computing，縮寫為ViSC）一詞是在1987 年根據美國國家科學基金會召開的“科學計算視覺化研討會”內容撰寫的一份報告中正式提出的。在短短20 餘年歷史中，科學計算視覺化發展成為一個十分活躍的研究領域，新的研究分支不斷湧現，如出現了用以表示海量資料不同型別及其邏輯關係的資訊視覺化技術，以及將視覺化與分析相結合的可視分析學研究方向。現在又有了把“科學計算視覺化”、“資訊視覺化”和“可視分析學”這三個分支整合在一起的新學科“資料視覺化”。這是視覺化研究領域的新起點，必將進一步促進學科交叉與融合，進一步擴大應用領域的發展，進一步提高應用水平。可以預期，這波資料視覺化研究新浪潮必將推動視覺化學科研究和應用向更寬、更深、更高的方向發展。事實上，這既是學界和業界的責任，也是廣大使用者的期待，因為現有的視覺化技術還遠遠滿足不了使用者的期望。我舉一個親身體驗來說明我的這個論斷。去年8 月我的小孫女出生，面對可愛的小臉，腦海裡不由得回憶起3 個月前看到兒子發來的那張胎兒超聲波三維影像時留下的印象：緊閉的雙目，高額頭和大鼻子。今天小天使雖然依然雙目緊閉，依然是高額頭，但鼻子一點也不大，反而顯得小巧、可愛，加上時張時合的小嘴，這張真實的小臉與那張高科技三維影像相比不知要漂亮多少倍。這個事實說明，今天的超聲波三維成像技術離使用者期望水平還相去甚遠。我們全家在感謝今天科技進步讓我們提前3 個月看到了小孫女的真容的同時，也期望科學家們早日提供逼真的胎兒三維影像。
應該說，我們國家視覺化方向的研究工作起步還是比較早的。國家自然科學基金委將科學計算視覺化列為“八五”重點資助專案，國家科委也將其列為基礎研究專門專案給予資助。國內一批圖形學研究中心，如浙江大學計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室、清華大學計算機系、中科院CAD 開放實驗室和中科院軟體所等單位在20 世紀90年代初相繼開展了視覺化方向的基礎研究和應用研究。我們這一代人遇到的最大困難是資訊閉塞，很多資訊都是從國際學術交流中取得的。例如，我是在1991 年3 月至7 月在德國Encarnacao 教授領導的弗朗霍夫圖形學研究所（FhG-IGD）作訪問研究，在MartinGoebel 博士領導的視覺化研究室工作時接觸科學計算視覺化研究方向的。我有幸與研究室內一批年輕博士一起工作4 個月為我奠定了從事視覺化學科的基礎。回國後我在浙江大學CAD&CG 國家重點實驗室大力倡導，並組織年輕教師和博士生開展視覺化方向的研究工作，很快出現了一批較高水平的研究成果，影響並推動了視覺化研究方向在國內普及。基於視覺化方向的廣泛應用背景，我們從1993 年9 月起在浙江大學為全校理工科碩士和博士研究生開設“科學計算視覺化”全校性選修課。1995 年4 月23 日至27 日由我們實驗室牽頭舉辦了虛擬現實與科學計算視覺化國際研討會（International Workshop on VR-ViSC）。同時為國內青年學者和學生舉辦同名高階研討班，請出席國際研討會的一批國內外著名學者為國內高階研討班學員作報告，取得了很好的效果。這應是我國第一次舉辦VR-ViSC 專題國際研討會和同名國內高階研討班，讓國外學者有機會了解我國學者在這個領域的研究成果，也讓國內學者和學生有機會接觸世界一流學者。我想借此機會向Encarnacao 教授表示我們最誠摯的謝意，是他幫助我們解決了國外學者來華的費用。歐洲學者費用是他出面向歐盟申請的，北美加拿大和美國學者來華費用也是Encarnacao 教授出面透過他的老朋友Larry L. Rosenblum 教授向美國國家科學基金會申請的。Larry 是美國海軍研究生院教授，曾任美國國家科學基金會計算機學部主任。直到2006 年4 月16 日我的一批國外老朋友應邀參加我的70 歲生日慶祝大會，幾位老朋友到我的新居做客，其中就有Larry，這是他第一次訪問中國。我如此冗長地介紹1995 年研討會和一批國外老朋友無非是想強調國際學術交流的重要，以及強調國外一流學者的敬業精神值得我們永遠學習。1996 年9 月由石教英、蔡文立等編著的《科學計算視覺化演算法與系統》一書由科學出版社出版。這應是我國學者編著的第一本視覺化教材，曾在國內高校應用多年，遺憾的是至今沒有更新再版。計算機類教科書哪有十幾年不更新的，早該淘汰了。
我除了欣賞《資料視覺化》一書內容翔實、架構嚴謹、圖表精美外，我更欣賞和看重的是本書前言裡列出的執筆者，也就是作者名單。這張名單清晰地表明各個章節的作者姓名。我欣賞的就是這種既強調智慧財產權保護，又明確文責自負的做法。我一直認為我國智慧財產權保護不力是制約我國科技創新的罪魁禍首！我欣賞陳為教授嚴謹的智慧財產權保護意識和實踐。保護智慧財產權從我們每個科技工作者做起當然是應該的，但我更希望我國各級?科技主管重視智慧財產權保護對我國科技創新的影響問題，也希望各級行政執法主管嚴格執法，嚴格保護智慧財產權。更希望中央媒體能像報導全國道德模範一樣報導一批因智慧財產權而致富的知識分子例項。我想一旦智慧財產權可以致富意識深入人心，榜樣的力量就將是無窮的。
最後請容許我再向青年學者說幾句心裡話。你們從事的視覺化研究領域屬應用基礎研究範疇，具有很強的應用性，因此希望你們重視應用研究，做有用的研究，多與產業界聯絡；不要隨波逐流跟著考核指揮棒走，一味追逐論文數、獎項數和科研經費數；學術評價標準是影響力，而不是這個數那個數，分學術影響力和產業影響力兩類：學術影響力看的是發表的學術論文級別，真正有影響力的論文只有頂級論文，能產出頂級論文的只有少數人，且只能在其創造力旺盛的有限歲月才有可能發表頂級學術論文；產業影響力是看你的成果在產業界的應用效果，所有有真才實學的人都能有所貢獻，且可能是終生都會有所貢獻。你可能會說沒有論文，拿不到博士學位，升不了職稱，沒有科研經費無法帶研究生，等等。是的，這裡就有個度以及你的看法問題，這就是先賢王陽明先生說的“良知”（我們對事物的最初反應，也是我們本性的表現）；王陽明還提出“致良知”說，就是指我們應該遵從自己的良知而行，即將良知付諸實踐。因此，這是一個複雜而又現實的問題，我前面說了“不要隨波逐流”，現在又說要“致良知”，即要按自己想清楚的去做，一句話就是：要獨立思考，不要隨大流。
東拉西扯地寫了一大堆，請陳教授諒解，也請諸位讀者諒解。
石教英
浙江大學計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室
2013 年9 月11 日
資料的採集、提取和理解是人類感知和認識世界的基本途徑之一，資料視覺化為人類洞察資料的內涵、理解資料蘊藏的規律提供了重要的手段。
隨著資料時代的來臨，大資料的分析、挖掘與視覺化已經成為資訊科技發展的迫切需求。面對當前科學視覺化、資訊視覺化、可視分析研究和應用的新形勢，需要發展新的複雜資料的處理、分析與視覺化方法，並圍繞實際科學和社會問題的求解設計高效的人機互動介面。目前，國內急需面向資訊時代中各類資料特性和應用領域介紹資料視覺化基本理論與方法的工具書。
本書從研究者的視角，介紹了資料視覺化的定義、方法、功效和實用軟體，可作為初學者入門的嚮導，是有關科研和教育人員從事視覺化研究和開發的一本實用的參考書。全書共有16 章，分為4 篇：基礎篇、時空資料篇、非時空資料篇和使用者篇。
基礎篇（第1~4 章）闡述資料視覺化的基礎理論和概念，從人的感知和認知出發，介紹資料模型和視覺化基礎。第1 章闡述視覺化的定義、作用和發展歷史，給出資料視覺化的現代意義和分類。第2 章詳細介紹視覺感知和認知的基本原理、顏色模型和視覺化編碼原則。第3 章介紹資料模型、資料定義、資料組織與管理、資料分析與挖掘等基本概念。第4 章闡述資料視覺化基礎，包括視覺化流程、圖形符號、視覺變數和評估方法等內容。根據資料的時空特性，資料可分為時空資料和非時空資料。
時空資料篇（第5~8 章）介紹含有空間座標或時間資訊的資料的視覺化方法，此類資料透過測量儀器在真實物理空間中採集或由科學計算模擬生成。空間資料可分為標量、向量和張量三大類。第5 章介紹空間標量場資料視覺化，主要涵蓋一維、二維和三維空間的標量場資料。第6 章介紹含有地理資訊的空間資料的視覺化技術。第7 章介紹大尺度或隨時間變化的空間標量場資料的視覺化解決方案和挑戰，空間向量場和張量場資料的視覺化方法，多變數空間資料場的視覺化。第8 章關注帶有時間資訊的資料視覺化，包括時間屬性視覺化、多變數時變型資料視覺化和流資料視覺化。
非時空資料篇（第9~12 章）描述非結構和非幾何的抽象資料的視覺化，這類資料既存在於真實物理空間，也存在於社會空間和網路資訊空間。第9 ～ 12 章分別介紹層次結構資料視覺化、文字資料視覺化、跨媒體資料視覺化和複雜高維多後設資料視覺化。特別地，非時空資料具有高維、大尺度、異構、複雜等特點。第12 章介紹最新的有關複雜高維多後設資料視覺化的方法，處理物件包括多變數非結構化資料、大規模資料、異構資料和不確定性資料等。
使用者篇（第13~16 章）介紹實際應用中各類資料視覺化需採用的共性、技術和工具以及具體的應用系統。第13 章介紹視覺化中的互動方法，包括互動準則、互動分類和相關技術。第14 章介紹視覺化評測，闡述視覺化評測的因素、方法、流程和具體例項。第15章介紹面向科學計算、生命醫學、網路安全、商業智慧和金融等領域的視覺化技術。第16 章介紹視覺化系統，包括應用系統、資料資源、開發工具和全球重要的視覺化研究小組等資訊。
本書作者
於2013 年6 月
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