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、計算機網(wǎng)絡和收集數(shù)據(jù)手段的發(fā)展，目前數(shù)據(jù)的數(shù)量和復雜性正在快速的增加，并且已經(jīng)超出了人們認識和理解的能力。數(shù)據(jù)可視化技術利用人眼的高帶寬并行視覺信號處理能力和強大的模式識別能力提高人們理解和分析數(shù)據(jù)的速度，目前已經(jīng)成為一個研究熱點。數(shù)據(jù)復雜多樣，其中二維多元數(shù)據(jù)是一種較為常見的數(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，將自然紋理和人機交互結合起來，使用戶不僅可以通過觀察友好的自然紋理來捕捉數(shù)據(jù)信息，還可以實時地在數(shù)據(jù)整體顯示和感興趣的數(shù)據(jù)細節(jié)之間進行切換瀏覽。用戶使用本文方法既能觀察到整體數(shù)據(jù)，又能對重要的數(shù)據(jù)細節(jié)進行分析研究。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:自然紋理視覺友好且有很高的視覺維度，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，使得用戶可以通過觀察友好的自然紋理來捕捉數(shù)據(jù)信息。本文還進一步研究了人們是如何感知紋理特征的，通過用戶調(diào)查實驗確定了比較合適的紋理特征的變化范圍。
　　(2)可視化交互技術的設計與實現(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。本文設計實現(xiàn)了交互系統(tǒng)，使得用戶可以實時地在數(shù)據(jù)整

4、體顯示和感興趣的數(shù)據(jù)細節(jié)之間進行切換瀏覽。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。使用CUDA實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化結果的合成過程，利用GPU的并行計算能力進行加速;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算量;利用擴展一致性搜索(k-coherence search)減少鄰域匹配的搜索范圍;使用超分辨率技術減小實際合成圖像的大小。
　　(3)基于GP

5、U加速的圖像相似區(qū)域查找方法:擴展一致性搜索需要對樣圖進行預處理。預處理過程屬于圖像相似區(qū)域查找問題，非常耗時。為了解決這個問題，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處理過程，較傳統(tǒng)串行的加速方法有明顯的優(yōu)勢。
　　(4)二維多元數(shù)據(jù)交互可視化系統(tǒng)設計與實現(xiàn):本文基于MFC、CUDA和Op