本书主要探讨了对数据集的处理和可视化表示。数据可视化与信息图形、信息可视化、科学可视化，以及统计学图形有密切的关系。全书运用数学、计算机科学和物理学方法创建使数据集更易于理解的图形，内容涉及：可视化管道，标量可视化，向量可视化，张量可视化，域建模技术，图像可视化，体积可视化，信息可视化等。第二版在传统的科学可视化和信息可视化之间的关系，可视化分析这一新兴领域，使用GPU和新一代软件工具或软件包的*新技术等方面有更好的阐释，并提供丰富的习题、可下载代码和数据集。

    本书包括多达48页的高清彩插，对可视化理论进行了细致全面的阐述，应用实例丰富，实用性强。

　　译者序
　　数据可视化技术旨在运用计算机图形学的理论和方法，将隐含在大量数据中的复杂物理现象和自然规律转化为直观的图形、图像表达出来，帮助人们更直观、有效地理解和分析数据。数据可视化技术涉及数据挖掘、图像处理、计算机视觉等多种研究领域，具有交互性、多维性和可视性等特点。
　　本书的译者多年来从事多媒体信息处理、虚拟现实、数据可视化等领域的研究，有一定的基础并取得了一定成果。本书在电子工业出版社的帮助下，顺利获得了相关版权，且在翻译、审校和出版的全程中，获得了杨博编辑的帮助和指导，在此特别致谢。
　　需要说明的是，本书的翻译得到了国家自然科学基金项目“非线性稀疏表示理论及其应用”(编号：61201337)、国家自然科学基金项目“视频内容重复检测及关联分析技术研究”(编号：61571453)、湖南省科技计划项目“面向大数据的视频摘要生成技术研究”(编号：2014GK3020)、湖南省教育厅重点项目“视频内容重复检测技术研究”(编号：15A020)的资助。本书翻译工作量较大。在翻译过程中，栾悉道负责全书的统筹和审校，谢毓湘翻译了本书的第1、4、12章和附录，魏迎梅翻译了本书的第2、6、9章，王卫威翻译了本书的序言和第5、7章，康来翻译了本书的第3、8、10、11章。左飞、张芯、贺竟锰、牛晓、郭树璇、李琛、曾文星、郑园、符涵、杨建宏等同学均参与了本书的翻译工作。
　　所有译者一直本着忠于原书、谨慎细致的工作态度开展工作，但是难免存在疏漏，恳请广大读者批评指正。
　　前言
　　本书是DataVisualization:PrinciplesandPractice自2008年首次印刷后的第二版。自第一版出版以来，数据可视化领域又见证了许多技术的进步和发展。一些技术和方法已经从研究室走进了专业人员的工具箱。得益于台式机和笔记本电脑日益增强的计算处理能力，一些新方法和新算法促进了其他技术的进步。各种不同的设计实现技术和传播技术，如基于互联网众多特性的技术，已经变得愈发重要。最后，现有的应用领域，如信息可视化，以及出现不久、正面临发展重大抉择的几个学科应用领域，愈加被重视。
　　本书的第二版修订和完善了对于数据可视化原理和应用的介绍。第二版在介绍各种可视化技术时，章节结构保持不变，还是遵循由易到难的顺序，即从离散数据的表示开始，描述可视化管线，然后是各种更复杂数据类型(标量、向量、张量、域建模、图像、体、非空间数据集)可视化技术的介绍。第二版修改和扩充了相当一部分可视化算法和技术，内容得以进一步丰富。第1章重点介绍科学可视化、信息可视化、可视化分析的广阔背景，也介绍了现在的其他可视化文献和书籍。第2章从一个简单但完整的OpenGL可视化应用的例子说起，对图形到可视化的转变过程进行概括性介绍。第3章详细介绍散点数据集无网格插值的过程。基于一个具体的实例，第4章详细说明一个好的可视化映射应具备的性质。第5章特别探讨色彩映射设计的问题，还介绍脊状图技术。第6章扩展了向量可视化技术集，深入探讨流对象问题，包括密集流线播种、纹线、流面、纹面、向量场拓扑及说明性技术。第7章介绍扩散张量成像(DTI)可视化组合技术的新案例，还讨论说明性纤维追踪渲染和纤维集束技术。第8章额外介绍点云重构技术，如非流形分类、Alpha形状、滚球法、泊松重建、球体splatting。对于网格细化，还讨论循环细分算法。第9章介绍6个高级图像分割算法(活动轮廓、图割、均值偏移、超像素、水平集、紧致骨架)。通过展现最新的几个表面和曲线骨架提取算法，进一步精炼形状分析方面的介绍。第10章介绍体绘制技术的几个新案例。第11章扩展得最多，涵盖了几种新增的信息可视化技术(简化边集束、一般图集束、动态图可视化、图解可视化，以及扩展的降维处理技术)。最后，在本书附录中更新、涵盖了几个重要的软件系统和库。所有章节都经过彻底的错误修订，提高了说明的质量，并增加了几个相关的最新参考文献。
　　另外，第二版补充了网上在线资源，包括练习、数据集和源代码。这些资源可以用于书中各种技术的练习，也可作为开展数据可视化实践课程教学的基础。本书的网址为http://www.cs.rug.nl/svcg/DataVisualizationBook。

　　Alexandru C. Telea 荷兰埃因霍温科技大学计算机科学系可视化和计算机图形学的助理教授。2000年以来，他一直研究数据和信息可视化，计算机图形学和软件工程等。他最近的研究重点是软件可视化，结合新的解析、交互和渲染技术，使用新的技术和工具，为工业软件项目写了数百万行代码。他曾在国际期刊和会议合作撰写和发表了80多篇学术论文。

目 录
第1 章 导论???????????????????????????????????????????????? 1
1．1 可视化如何工作???????????????????????????? 2
1．2 本书定位???????????????????????????????????????? 7
1．3 本书结构???????????????????????????????????????? 9
1．4 符号???????????????????????????????????????????????11
1．5 网络资料???????????????????????????????????????11
致谢??????????????????????????????????????????????????????? 12
第2 章 从图形到可视化?????????????????????????? 13
2．1 一个简单的例子?????????????????????????? 13
2．2 图形渲染基础?????????????????????????????? 16
2．3 渲染高度图?????????????????????????????????? 18
2．4 纹理映射?????????????????????????????????????? 22
2．5 透明度与混合?????????????????????????????? 24
2．6 视角(viewing) ????????????????????????????? 26
2．7 汇总?????????????????????????????????????????????? 29
2．8 总结?????????????????????????????????????????????? 31
第3 章 数据表达?????????????????????????????????????? 32
3．1 连续数据?????????????????????????????????????? 32
3．1．1 什么是连续数据??????????????????? 32
3．1．2 数学连续性?????????????????????????? 33
3．1．3 维度：几何、拓扑、属性?????? 34
3．2 采样数据?????????????????????????????????????? 34
3．3 离散数据集?????????????????????????????????? 39
3．4 单元类型?????????????????????????????????????? 40
3．4．1 顶点???????????????????????????????????? 40
3．4．2 线段???????????????????????????????????? 41
3．4．3 三角形????????????????????????????????? 41
3．4．4 四边形????????????????????????????????? 42
3．4．5 四面体????????????????????????????????? 42
3．4．6 六面体????????????????????????????????? 43
3．4．7 其他单元类型??????????????????????? 43
3．5 网格类型?????????????????????????????????????? 44
3．5．1 均匀网格?????????????????????????????? 44
3．5．2 正交网格?????????????????????????????? 46
3．5．3 结构化网格??????????????????????????? 47
3．5．4 非结构化网格??????????????????????? 47
3．6 属性?????????????????????????????????????????????? 49
3．6．1 标量属性?????????????????????????????? 49
3．6．2 向量属性?????????????????????????????? 49
3．6．3 颜色属性?????????????????????????????? 49
3．6．4 张量属性?????????????????????????????? 53
3．6．5 非数值型属性??????????????????????? 55
3．6．6 属性数据的性质???????????????????? 56
3．7 采样数据导数的计算??????????????????? 58
3．8 实现?????????????????????????????????????????????? 60
3．8．1 网格实现?????????????????????????????? 60
3．8．2 属性数据实现??????????????????????? 65
3．9 高级数据表达??????????????????????????????? 68
3．9．1 数据重采样??????????????????????????? 68
3．9．2 散乱点插值??????????????????????????? 70
3．10 总结???????????????????????????????????????????? 74
第4 章 可视化管线?????????????????????????????????? 75
4．1 概念层面?????????????????????????????????????? 75
4．1．1 数据导入?????????????????????????????? 76
4．1．2 数据滤波和浓缩???????????????????? 77
4．1．3 数据映射?????????????????????????????? 78
4．1．4 数据渲染?????????????????????????????? 83
4．2 实现层面?????????????????????????????????????? 83
4．3 算法分类?????????????????????????????????????? 88
4．4 总结?????????????????????????????????????????????? 89
第5 章 标量可视化?????????????????????????????????? 91
5．1 颜色映射?????????????????????????????????????? 91
5．2 设计有效的颜色图??????????????????????? 92
5．3 等高线法???????????????????????????????????? 101
5．3．1 步进方格???????????????????????????? 105
5．3．2 移动立方体????????????????????????? 106
?6?
5．4 高度图???????????????????????????????????????? 109
5．4．1 脊状图(Enridged Plots)?????????110
5．5 总结?????????????????????????????????????????????113
第6 章 向量可视化?????????????????????????????????114
6．1 散度和涡度?????????????????????????????????114
6．2 向量符号?????????????????????????????????????117
6．2．1 向量符号讨论??????????????????????119
6．3 向量颜色编码???????????????????????????? 122
6．4 位移图???????????????????????????????????????? 125
6．5 流对象???????????????????????????????????????? 127
6．5．1 流线及其变体????????????????????? 127
6．5．2 流管?????????????????????????????????? 134
6．5．3 3D 数据集中的流线和管束??? 135
6．5．4 流带?????????????????????????????????? 136
6．5．5 流面?????????????????????????????????? 137
6．5．6 纹面?????????????????????????????????? 139
6．6 基于纹理的向量可视化????????????? 140
6．6．1 IBFV 方法?????????????????????????? 141
6．6．2 IBFV 的实现?????????????????????? 143
6．6．3 IBFV 例子?????????????????????????? 146
6．7 向量场的简化表示???????????????????? 147
6．7．1 向量场拓扑结构????????????????? 148
6．7．2 特征检测方法????????????????????? 151
6．7．3 向量场分解方法????????????????? 151
6．8 说明性的向量场渲染????????????????? 157
6．9 总结???????????????????????????????????????????? 159
第7 章 张量的可视化???????????????????????????? 160
7．1 主成分分析???????????????????????????????? 160
7．2 分量可视化???????????????????????????????? 163
7．3 标量主成分分析信息的可视化???? 165
7．4 向量主成分分析信息的可视化???? 167
7．5 张量符号???????????????????????????????????? 168
7．6 纤维追踪???????????????????????????????????? 171
7．7 说明性的纤维渲染???????????????????? 174
7．8 超流线???????????????????????????????????????? 178
7．9 总结???????????????????????????????????????????? 180
第8 章 域建模技术???????????????????????????????? 181
8．1 切割???????????????????????????????????????????? 181
8．1．1 数据砖抽取????????????????????????? 181
8．1．2 结构化数据集切片?????????????? 182
8．1．3 隐函数切割????????????????????????? 183
8．1．4 一般化切割????????????????????????? 183
8．2 选取???????????????????????????????????????????? 184
8．3 散乱点网格构建????????????????????????? 185
8．3．1 三角化方法????????????????????????? 185
8．3．2 表面重建与绘制?????????????????? 188
8．4 网格处理技术????????????????????????????? 198
8．4．1 几何变换???????????????????????????? 198
8．4．2 网格简化???????????????????????????? 198
8．4．3 网格细化???????????????????????????? 201
8．4．4 网格平滑???????????????????????????? 203
8．5 总结???????????????????????????????????????????? 206
第9 章 图像可视化???????????????????????????????? 207
9．1 图像数据表示????????????????????????????? 207
9．2 图像处理与可视化????????????????????? 208
9．3 基本的成像算法????????????????????????? 209
9．3．1 基本的图像处理?????????????????? 209
9．3．2 直方图均衡化????????????????????? 210
9．3．3 高斯平滑???????????????????????????? 212
9．3．4 边缘检测???????????????????????????? 215
9．4 形状表示及分析????????????????????????? 218
9．4．1 基本分割???????????????????????????? 220
9．4．2 高级分割???????????????????????????? 221
9．4．3 连通区域???????????????????????????? 226
9．4．4 形态学操作????????????????????????? 228
9．4．5 距离变换???????????????????????????? 230
9．4．6 骨架化??????????????????????????????? 240
9．4．7 在2D 图像中的骨架计算????? 243
9．4．8 3D 中的骨架计算???????????????? 247
9．5 总结???????????????????????????????????????????? 254
第10 章 体可视化?????????????????????????????????? 255
10．1 动机?????????????????????????????????????????? 255
10．2 体可视化基础??????????????????????????? 257
10．2．1 分类????????????????????????????????? 258
10．2．2 最大强度投影函数????????????? 259
10．2．3 平均强度函数??????????????????? 259
?7?
10．2．4 取值距离函数??????????????????? 260
10．2．5 等值面函数??????????????????????? 260
10．2．6 混合函数?????????????????????????? 261
10．2．7 体着色????????????????????????????? 264
10．3 图像序技术?????????????????????????????? 266
10．3．1 采样和插值??????????????????????? 267
10．3．2 分类与插值顺序???????????????? 269
10．4 对象序技术?????????????????????????????? 270
10．5 体绘制与几何绘制的比较??????? 271
10．6 总结?????????????????????????????????????????? 272
第11 章 信息可视化?????????????????????????????? 273
11．1 什么是信息可视化??????????????????? 273
11．2 信息可视化与科学可视化的技术
比较????????????????????????????????????????????????????? 274
11．2．1 数据集????????????????????????????? 275
11．2．2 数据域????????????????????????????? 276
11．2．3 数据属性?????????????????????????? 277
11．2．4 插值????????????????????????????????? 278
11．3 表格可视化?????????????????????????????? 279
11．4 关系可视化?????????????????????????????? 283
11．4．1 树可视化?????????????????????????? 283
11．4．2 图可视化?????????????????????????? 292
11．4．3 图解可视化??????????????????????? 314
11．5 多变元数据可视化??????????????????? 316
11．5．1 平行坐标系??????????????????????? 316
11．5．2 降维????????????????????????????????? 319
11．5．3 多维标度?????????????????????????? 320
11．5．4 基于投影的降维???????????????? 321
11．5．5 高级降维技术??????????????????? 322
11．5．6 投影解释?????????????????????????? 323
11．5．7 投影质量评估??????????????????? 327
11．6 文本可视化??????????????????????????????? 332
11．6．1 基于内容的可视化????????????? 333
11．6．2 程序代码可视化???????????????? 334
11．6．3 演化文档可视化???????????????? 336
11．7 总结?????????????????????????????????????????? 341
第12 章 结束语?????????????????????????????????????? 343
附录 可视化软件???????????????????????????????????? 346
参考文献???????????????????????????????????????????????????? 359
专业词汇表???????????????????????????????????????????????? 382