科学计算可视化综述

科学计算可视化的基本含义是利用计算机图形学或一般图形学的原理和方法，将科学和工程计算产生的大规模数据转换成图形和图像，并以直观的形式表达出来。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计和图形用户界面等多个研究领域，已成为当前计算机图形学的一个重要研究方向。

研究表明，人类获得的关于外部世界的信息，80%以上是通过视觉渠道获得的。经过漫长的进化，人类视觉信息处理具有高速、大容量、并行工作的特点。俗话说，“一百个故事里的眼见为实”和“一图胜千言”就是这个意思。这些特点早就被我们的祖先所认识和应用。古长城上的烽火台显示了我们祖先的智慧，可以迅速而广泛地传递重要信息。作为几千年文明的载体，“书”“图”先于“书”！“呼图罗”的传说显示了“地图”在我们文明的开端和未来发展中的作用。今天，设计图纸通过纸张这一媒介来表达创意，工程图纸是现代工业生产的基础。可视化仍然延续了用可视化的方式表达人类意图的传统。我们会看到可视化技术生成的图形是一种全新的形式。

可视化技术的出现有着深刻的历史背景，是社会的巨大需求和技术水平的进步。可视化技术有着悠久的历史。早在20世纪初，人们就已经将图表、统计等原创可视化技术应用于科学数据分析。随着人类社会的快速发展，人们在科学研究和生产实践中获取的科学数据越来越多。计算机的诞生和广泛应用将人类社会带入了信息时代。它为人类社会提供了一种全新的科学计算和数据获取手段，使人类社会进入了一个数据的海洋。人们科学研究的目的不仅仅是获取数据，而是通过分析数据来探索自然规律。传统的纸笔可视化技术和数据分析手段的低效已经严重制约了科技的进步。随着计算机软硬件性能的不断提高和计算机图形学的蓬勃发展，人们迫切希望将这一新技术应用于科学数据的可视化。

借助于航空航天、遥感、加速器、CT(计算机断层扫描)、MRI(核磁共振)、计算机模拟(如核爆炸)等手段，人类获取数据的能力得到了快速的提升，每天产生的数据并不是大量，而是称之为海量。据一项统计，人类每天需要处理的数据量在80年代一般在百万字节量级，到了90年代增长了1000多倍，而且增长趋势还在加强。面对堆积如山的数据，人类如何及时解读和获取有用的信息是一个巨大的挑战。传统的数字或字符处理显然不能满足需要。可视化技术，从这个意义上来说，已经成为“科技之眼”，是科学发现和工程设计的工具！