科学可视化的发展历史

科学的可视化和科学本身一样古老。传说阿基米德被杀时正在沙子上画几何图形。就像包含等值线的地磁图和代表海上主要风向的箭头图一样,天空图也是在中世纪产生的。人们早就明白了视知觉在理解数据中的作用。作为一门运用计算机手段的学科,科学可视化领域还是一个新生事物。它源于美国国家科学基金会1987关于“科学计算领域的可视化”的报告。

1980的:打基础。

科学可视化的起源可以追溯到真空管计算机时代,并与计算机图形学的发展齐头并进。早期的软件都是自己编的,设备很贵。当时,研究人员所做的是对科学现象的动态进行建模,而好莱坞开始关注让一切看起来华丽的算法。在1980年代中期,当高性能计算技术为分析、发现和通信手段创造了更高的需求时,形式和功能走到了一起。各种传感器和超级计算机模拟为人们提供了如此庞大的数据量,以至于人们不得不求助于新的、复杂得多的可视化算法和工具。

1986 10美国国家科学基金会主持召开了一个名为“图形、图像处理和工作站研讨会”的会议,旨在为开展先进科学计算的研究机构提出图形软硬件采购的建议。图形和成像技术在计算科学中的应用在当时是一个新的领域。上述小组的成员将这一领域称为“科学计算中的可视化”。工作小组认为,科学可视化是一项重要的基于计算机的新兴技术,需要联邦政府加强支持。

1987期间,首届“科学计算中的可视化”研讨会召集了来自学术界、工业界和政府部门的众多研究人员。它的报告总结了科学可视化的全景——这幅“科学画卷”及其未来需求。Bruce McCormack页面Bruce McCormack不存在,英文维基百科对应的页面是Bruce H. McCormick。1987的报告指出:

“科学家需要一种替代形式的数字。无论是现在还是将来,图像的应用在技术上是可行的,并将成为知识的必要前提。对于科学工作者来说,要保证分析的完整性,促进深入细致的检查和审核,并以如此深入细致的结果与他人交流,可视化的计算结果和复杂的模拟是绝对不可或缺的...科学计算的目的是观察或检查,而不是列举。据估计,有多达50%的大脑神经元与视觉有关。科学计算中的可视化旨在让这种神经机制发挥作用。”

这份报告清楚地表明,可视化具有培养和促进重大科学突破的潜力。这有助于统一计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计、信号处理和人机界面的研究。在与各种会议、期刊和商业展览的合作中,这培育和促进了相关的研究和发展工作,包括先进的科学计算工作站硬件、软件和网络技术,到录像带、书籍、光盘等等。从那以后,科学可视化取得了很大的进步,在20世纪90年代,它成为了一门公认的学科。

1990s:学科的崛起

在1990年代早期,许多不同的科学可视化方法和手段相继出现。

丹尼尔·塔尔曼(1990)称科学可视化是数值模拟领域的一种新方法。科学可视化侧重于几何,动画和渲染,以及在自然科学和医学的具体应用。

在1991中,Ed Ferguson将“科学可视化”定义为一种方法论,即科学可视化是“一种多学科的方法论,它利用了许多在很大程度上相互独立并趋于相互融合的领域,包括计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计、信号处理和用户界面研究。它的独特目标是在科学计算和科学洞察力之间发挥催化剂的作用。为了满足日益增长的处理极其活跃和密集的数据源的需求,科学可视化应运而生。”

Brody在1992中提出,科学可视化的关注点是通过对数据和信息的探索和研究,获得对这些数据的理解和洞察。这也是很多科学调查的基本目的。因此,科学可视化利用了计算机图形学、用户界面方法学、图像处理、系统设计和信号处理。

在1994中,Clifford Pickover得出结论:科学可视化将计算机图形学应用于科学数据,旨在实现深入洞察、检验假设和全面解释科学数据。