改日的可视化也许会脱离屏幕的约束米兰体育，真实走到咱们眼前，偶然你一个行动，一个目光，就不错进行可视化的互动。
单桂华 · 中国科学院策画机采集信息中心说合员
格致论谈第37期 | 2019年3月30日 北京
可视化是什么？其实可视化离咱们很近，比如号称年度恐怖大片的支付宝账单，年年刷爆一又友圈，全球可能王人被吓到过。
这是因为可视化太直不雅了，它们把数据革新为形象的图表，让东谈主们一目了然、快速地得到信息，不错跟踪我方的饮食和阔绰风气，于是东谈主们看完就念念剁手。
天然还不错复杂一些。这是全球练习的excel数据表，它记载的是天下银行统计的列国GDP的历史数据。
密密匝匝的几页，给咱们一天的时候也很难发现里面有什么规矩。那咱们把它可视化出来望望。
不错看到各个国度不同庚度的GDP值和排序变化，好意思国遥遥擢升。总体来说，各个国度的GDP值王人在增长，增长的快慢决定其排行的变化。
中国高下耽搁几次后，从1990年脱手阵一火无反顾往上窜，势头很猛，直到2010年厚着实第二。
咱们还不错跟这个图进行交互，如若很念念望望法国和中国，咱们就不错选中它们，要点看它们的变化和互关系系，不错看到中国在哪一年超过了法国。
这即是可视化，把荫藏在数据中的规矩化作直不雅的图像，让数据启齿讲故事。这里用到的是最浅易的可视化元素——柱状图。
数据的判辨局面——统计图
说到柱状图，咱们不得不提一个关键的东谈主物——威廉·普莱费尔，他是苏格兰一位相等著明的政事经济学家。
两百多年前他就相识到一个征象：那些身居高位、业务勉力的商东谈主只需要关注一些统计已矣，根底不需要大费崎岖去说合具体细节。
于是他联想出天下上第一个柱状图。天下上第一台策画机是1946年才问世，是以这个柱状图是纯手工绘图。
上图展示了苏格兰与其它列国的相差口买卖额。17年后，他又再接再厉，创造了天下第一个饼图，弧线图。
这个饼图展示了土耳其帝国其时在非洲、欧洲、亚洲所占领的地皮面积。
这个弧线图展示的是英国与北好意思的相差口买卖差。诚然这些是200年前绘图的图表，但这些判辨局面咱们到刻下还经常使用，可见这位普莱费尔的伟大。
这张图很像怒放的玫瑰，它有一个瑰丽的名字——玫瑰图。
故事发生在1855年，克里米亚构兵时代，英军伤一火惨重。
其时一个叫南丁格尔的战地照拂，她通过征集数据，发现很大部分牺牲原因其实并非是“尸横遍野”，而是因为在战场外感染了疾病，或是在战场上受伤，却莫得得到合适的督察。
于是，她联想了这个玫瑰图，把圆分红12分，代表十二个月。
蓝色面积默示死于感染的士兵，红色默示死于战场的重伤，灰色默示其它原因。很显著，蓝色区域的面积显著弘大于其他区域，这张图一目了然地揭示了战士牺牲的真实原因。
南丁格尔把这份已矣呈现给部队和维多利亚女王，促成了天下第一座战地病院果真立。
也正因为有了战地病院实时的医治与督察，牺牲率从42%减低到2.2%，不错说这张图辅助了许多战士的生命，这也足以讲授可视化对信息传递的关键性。
不管是柱状图饼图仍是弧线图玫瑰图，从实验上来说，王人是统计已矣的可视化。统计对分析天然很关键，但是光有统计是不够的。
图中有四组数据，每组数据王人不不异。
当咱们用平时的统计门径来看这个数据的时候发现，它x轴的均值y轴均值，方差、关系性系统值王人十足不异，看不出任何诀别，许多特征信息王人丢失了。
看来统计门径是不可了，那咱们用更高等的可视化门径试一下。
咱们把这些数据画出来，就能一眼发现它们的不同，有九个点状的、有X形的、有五角星款式的，格外是第四组是一只能人的恐龙。
很故真义，可视化通过图像飞速采纳、消化数据并把特征信息形象的传递给咱们。但是当数据越来越大，故事越来越复杂，怎么画数据即是一个难题了。
如若咱们像刚才画恐龙那样把数据径直画出来，问题又来了，什么也看不见，是以咱们需要说合新的可视化算法。
“体绘图时期”不错帮咱们穿透这团迷雾。通过这种门径不错清澈地看到它是一只手，还不错透过皮肤，看到血管与骨骼。
可视化的实验应用
一个天文体家给咱们的140亿年寰宇演化的模拟数据，能够有90TB的数据量，咱们翻一年也翻不完。
这样大的数据，这样复杂的故事，需要用到超等策画机和各式复杂的可视化算法，才气把它里面荫藏的特征信息形象的抒发出来。
天文体家只能把它们画成浅易能量谱的弧线。
当咱们把它可视化出来的时候，跟咱们合作的天文体家惶恐了，这是他们第一次不错直不雅地看到我方模拟的扫数寰宇过头动态演化。
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上图是这个数据的可视化已矣，即是咱们刻下寰宇的方式。
这些星系经验了140亿年的穿行，MILAN SPORTS造成刻下的各式星系合营构，这些星团之间有一些丝状结构的邻接在一谈，也许左下角飞过的小亮点即是咱们的地球。
这个是最大的星系团，是咱们星河系的一万倍，咱们不错清澈地看到它的里面档次，它通过140亿年握住归拢合并其它星系而造成了刻下这样一个庞杂的天体结构。
天文体家还念念望望这些大星系团是怎么一步一步演化而来的。于是咱们不错挑出天文体家感景仰的局部的区域。
不错看到，一脱手粒子均匀散布，自后在引力的作用下，渐渐成各式不同的小团，大团径直归拢小团，两个格外的大团互相碰撞，合并最终造成一个超大的星系团。
天文体家还需要进一步分析其中的一个小的星系团，念念望望它们在这场大的演化怒放中，怎么由小小的几个星系团合并。
咱们不错看到，刚脱手，徐徐造成几个小团，然后合并，之后几度几乎被冲散，最终有惊无险浮滑地合并在一谈。
有了可视化，天文体家贫乏难得，就有了一台指哪打哪的千里镜，何况还不错穿越历史。
天然要收尾这些，咱们袭击了一系列要津时期，从数据组织与压缩、并行与GPU加快绘图、颜色映射、所见即所得的时序分析及特征结构挖掘等一系列算法来作念相沿。
黑洞亦然天文体家格外暖热的问题。
咱们王人知谈黑洞无约束归拢采纳周围的物资，实验上在这个进程中也会产生高速的喷流。
2013年欧洲XMM牛顿天外千里镜发现了黑洞会喷射重金属流的征象。这些征象的背后的具体机制是个深奥之谜，亦然天文界的要紧科常识题。
如若念念要说合这个问题，最初需要用策画机来模拟这个征象。
中科院上海天文台的科学家们念念要进一步说合它的机理。但是模拟的已矣对不对，模子算法合别离理，莫得挨次去考证。
同期，关于粒子是怎么进入黑洞，他们里面也有不同的宗旨。
是以他们找到咱们，问咱们有莫得什么目标让他们直不雅望望数据，来考证他们的门径。
咱们为他们定制了这样一个可视化的器具，匡助他们直不雅地分析数据，望望物资是怎么进入黑洞，以什么样的轨迹进入黑洞，有莫得物资喷射出来，怎么喷射出来。
接受轨迹线的门径，手动在他们感景仰的区域撒点，就像咱们在河里撒一些泡沫以不雅察河流的缓急。
咱们不错明晰到看到粒子是怎么怒放的，在哪儿脱手被归拢，正如科学家期待的那样，这里照实有物资喷出。
咱们王人知谈洋流对海洋航运，清静、地舆环境王人有很关键的影响。但是濒临茫茫的大海，不雅测云尔很少，科学家关键需要明晰地看到扫数海洋的洋流情况。
直到有了卫星，有了超等策画机之后，咱们才得到了更准确高精度的模拟数据。
将这些数据可视化不错让科学家直不雅地看到上图的画面，这对科学家来说黑白常要津的，因为他们能明晰地看到洋流的速率、标的、温度变化情况。
比如说图中这些涡和流，它们的互相作用但对科学家来说真义要紧。
通过可视化咱们以至还不错不雅测海洋混浊，比如石油露馅，潜水艇不错愈加安全地飞翔。
咱们经常遭遇雾霾天，可能你们莫得从这个角度来看过雾霾。
这是中国局部地形图，红色代表北京，黄色代表武汉，中间即是雾霾，不同的样貌代表不同浓度，底层像河流不异的代表大气的风场。
通过这样的可视化，科学家从这里不错看到雾霾是怎么在风场和地舆环境的影响下，从北京传输到武汉的。
这对他们清晰雾霾的传输进程很关键，不错更好地揭示不同地区间雾霾发生的互关系系。
咱们不仅匡助大气学家来寻找雾霾起首，也在辅助物理学家去寻找清洁动力。
核能即是一种清洁动力，但是核废物却对环境有混浊，处理核废物，外洋上最有用的门径，即是诈欺ADS嬗变系统。
它不错用核废物发电，还能处置核发射问题。
中科院近代物理所牵头说合这一时期，以上是他们托付咱们作念的嬗变系统的可视化。
这些粒子正在径直加快器上冲刺，下方条状图披露，一脱手，粒子团变化巨大，在加快进程中徐徐趋向厚实。
管谈中，红色和蓝色的椎体是不同的磁极，这些磁极的强度与散布，还有粒子的运行速率，王人是不错调遣的。
科学家不错直不雅地看到这些数值调遣以后的成果。
刻下，该说合职责已收效结题，正革新为国度大科学装配，准备开工缔造。
临了说说全球王人练习的高铁。
其实，高铁插足坐褥之前，科学家需要作念许多职责。比如，为了以最少能量得到最高的速率，咱们需要让尾部的涡旋尽可能地小，这样行驶进程中的阻力更小。
咱们要从高铁尾部产生的海量流线里，匡助科学家找到最感景仰的尾部涡旋，也即是全球看到视频当中怒放的弧线。
在这个进程中，科学家通过可视化，不错看到不同参数情况下涡旋的大小变化，就不错辅助高铁的联想优化。
改日的可视化会是什么方式呢？
可视化也许会脱离屏幕的约束，真实走到咱们眼前，偶然你一个行动，一个目光，就不错进行可视化的互动，就跟刻下科幻电影里的场景不异。
我折服，这一天很快就会到来。
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