图形可视化（共7篇）
图形可视化 篇1
摘要：在世界全球化背景下, 信息可视化设计在有效地理解及快速的接受等方面的发挥重大作用。信息由静态的、单向的印刷媒体转向电视或计算机网络, 出现了动态、交互式的信息图形。针对信息可视化的特点及设计要素进行阐述, 并进一步探索信息可视化对信息架构及改变信息呈现方式的深层影响。
关键词：信息,可视化,图形
技术推进文明, 改变社会。从农业到工业, 从蒸汽机到计算机, 现在人类又站在了信息技术应用新时代的入口处, 社会正在走进无处不在的网络时代。这场信息化革命改变的将不仅仅是通信、IT等产业格局, 它更将影响到人类的生活、工作、交流、等各个方面。人类社会已经由以机械化为特征的工业社会走向以信息化为特色的“信息社会”。人类有各种各样的信息需要传达———身份、情感、社会地位、说服力等。任何事物都可称为一类信息:表格、图形、地图, 甚至包括文本在内。信息可视化设计是指以互动性和图形化语言演示数据并向受众传达, 让沟通变的更加有效。
1 信息传播及用户认知特征
信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式, 客观世界中大量地存在、产生和传递着以这些方式表示出来的各种各样的信息。信息有以下性质:客观性、广泛性、完整性、专一性。用户对信息的接受包括记忆、思维、理解、交流等方面。记忆是接受信息的第一阶段。认知心理学普遍认为人的记忆分成3种类型:知觉记忆、短时记忆和长时记忆。知觉记忆非常短暂, 操作时间大约50ms。这种记忆属于瞬时形象记忆和声象记忆, 以直接编码的形式处理外来信息。在这个阶段, 信息短暂的停留在感觉记忆中, 大约1s左右会迅速地自动衰变, 同时原有信息由于新的刺激信息进入感觉寄存器而被干扰和遗忘。
短时记忆的能力也是有限的, 操作时间少于1min, 这种记忆属于间接编码, 大约1min后记忆会呈现消极衰退趋势。Mill G.A在一篇论文里总结出实验结果, 短时记忆的极限为7+2个项目。短时记忆中的信息以信息组块的形式存储。这就为信息设计提出了一个组块策略, 可以把简单的字母和数字到复杂的概念和图像按其关系分类组织起来, 划分成信息块, 这样短时记忆只需要处理每个信息的一部分。
长时记忆像一个知识的永久性仓库, 具有容量大、记忆长的特点。操作时间1min至多年, 编码类型属于复杂编码。长时记忆可以分为语义记忆和情节记忆两类。语义记忆是指对一般知识和规律的记忆, 它们与一定概念的含义有关, 具有层次网络的特点。情节记忆则与一定的时间、地点以及事件的具体情境相联系的记忆, 是一种基于信息模式的相似性匹配的记忆和再认知的过程。信息设计的提出就是帮助过滤信息、建立信息之间的联系, 便于更好的识别与记忆。
信息可视化的目的就是减少必须学习的信息总量, 减轻记忆负荷。用图像化和分级的形式把复杂的信息分解成简单易懂的部分, 从而分块、分级开始记忆。对一批信息赋予的分类和结构性越多, 信息也就越容易学习。
2 信息图形设计的现状
信息论有一条“经济”原则:传达信息要求尽量减少占据通道的时间 (费用) 。图形的优点是生动形象, 信息量大, 看图比识读语句更容易理解和接受。因为从人的生理角度来讲, 图形通过激发人眼的各种潜能--快速、高频的识别与处理、对相关内容的认知与关联、瞬时不费力的运动来达到处理信息的目的。一个图形在呈现时无需更多的解释和推理过程, 就能直接进入人的心理空间。因此图形常常应用在信息需要被快速的理解及简单解释的情况下。一些常见的产品中包含不少信息可视化设计, 如汽车时间表、电话黄页、组装产品的说明书等。1990年以来, 信息图形的迅速发展和互联网的发展联系在一起。面对海量信息的互联网, 信息传播媒介形态的改变和快节奏的生活方式使人们的阅读习惯由“阅读”向“浏览”转变, 人们更依赖于视觉刺激直观地对信息进行快速、准确捕捉。信息图形开始由静态的、单向的印刷媒体转向电视或计算机网络, 出现了交互式的信息图形。在交互图形里, 用户由一个被动的旁观者成为发现过程的参与者, 可以对数据进行简单地控制和重新组织。这一点意义重大。交互信息图形的先驱阿尔伯特·凯洛说:“多媒体可能成为未来信息图形中最重要的因素”。此外, 信息图形电影 (Infographic Movie) 出现极大的丰富了信息图形语言, 使信息在时间和空间上传达更加生动有效。
信息的传播者利用信息图形设计来解释、阐明那些错综复杂的资讯, 让读者可以提出或解答问题, 进行比较、选择, 得出结论。但是、信息图形的可操控性是一把双刃剑, 因为只有信息本身的可靠与准确, 信息图形才会真实、有用。
3 信息图形的特点
3.1 清晰的组织数据
信息是由无数个数据组成。数据的呈现往往是散乱、无规律可言, 信息可视化的过程不仅是对可读可见的信息简单的翻译, 而是包括把有用的数据组织成有价值的信息进而过滤、归纳、总结、呈现的过程。例如一个购书网站, 它的目的是把书买出去。但是在成千上万本书中消费者如何进行选择, 这就需要提供书籍信息。书的价钱、出版社、内容简介、文摘等内容只能表述图书的基本信息, 不能有效地形成购买欲。而“这本书怎样?有人购买过么?评价怎样?有专家推荐介绍吗?”这些问题才是有价值的信息, 能够帮助消费者做出决定, 引导他们购买。例如当当网的书籍介绍页面, 就涵盖了以下内容:图书的封面及基本信息、内容简介、作者简介、目录、书摘插图, 这些归为基本信息, 使消费者形成大概的印象。进一步的信息有:购买过顾客的平均评分、商品评价、编辑推荐。当消费者决定购买或还想看看同类书籍时, 页面上提供的有效信息有:最佳拍档、购买本书的顾客还买过、浏览本书的顾客还看过、浏览更多同类商品、根据浏览历史为您推荐。因此, 挖掘数据中的关键信息, 并进行组织和整理是设计信息图形的第一步。
3.2 准确的展示数据
信息图形设计是一门艺术, 它通过图形语言吸引读者在页面上的注意力完成对含义、顺序和交互点的传达。首先需要注意划分视觉层次, 哪些信息应该最突出, 哪些信息则其次--换句话说, 读者应该能从图形中推导出它的信息结构。在当当网整个书籍展示页面中, 只有购买标示和1-5星评价体系使用橘红色, 用于强调和提醒的作用。图书的封面及基本信息、内容简介、作者简介、目录、书摘插图等信息设置为灰色文字, 与背景相近, 暗示用户只需要浏览。所有重要的信息和图片考左侧对齐, 处于最佳可视范围内, 而右侧栏只用来补充信息。读者只需垂直查看左侧栏就可以获取所有重要信息, 如果发现相关内容还可以继续浏览右侧栏中的信息。其次需要一个合理的形式来表现一个连贯的信息整体, 而不是堆砌一系列的图状、代数几何图形、地图、要素。同时要考虑选择一个适当展现方法:静态的 (基于纸面或是电脑屏幕) 、动态的 (动画或是视频) 、或是交互式的。
4 结语
信息图形设计是一门新兴的艺术学科, 它拥有广阔的应用领域。通过设计师的参与, 使外表繁冗的数据、信息具有了清晰、可视化外表。在数字化时代, 信息图形设计正处由专业使用向满足大众需要过渡时期, 通过不断地实践创新将越来越成熟并发生革命性的变化, 为信息的传播和阐释工作发挥重大的作用。
离散试验数据三维图形可视化处理 篇2
关键词：数学插值,等值线,云图,可视化,计算机技术,离散试验数据
1 概述
在我国油田开采区域, 通常是用蒸汽辅助重力泄田技术进行稠油开采。在设计稠油采收方案和工艺流程时, 通常通过建立三维比例物理试验模型方法, 对注入蒸汽油层温度场、压力场等的变化进行连续监控, 并实时采集相关的试验数据[1]。计算机数据采集和试验测试技术作为一种高效可靠的试验研究分析手段, 被广泛地应用于石油开采中[2]。
为了连续动态监控试验模型内部 (油层样本) 三维温度场等的发育和变化情况, 需要在模型内部设置大量的传感器点, 数据采集的时间步长从几秒钟到几十分钟, 需要采集和处理的数据量也很大。本文采用传感器测点网格层非均匀优化布置, 传感器网格节点对应析算优化方法, 大量减少使用传感器的数量。通过非线性数学插值算法将传感器测点的测量值映射到试验模型的网格单元节点上, 用等值线和云图形式描述出离散试验数据。
本文基于面向对象的程序设计方法, 应用VC++和Open GL作为主要开发工具, 开发出对稠油采收的三维比例试验模型中获得的离散数据进行三维图形可视化处理的软件系统。
2 网格划分
网格划分包括三部分:一是试验模型空间网格划分;二是传感器网格层非均匀优化布置;三是传感器测量点对应折算优化布置。
2.1 试验模型空间网格划分
本文采用八节点六面体单元三维网格单元。六面体单元不仅在处理离散点的映射插值方面具有更高的效率, 而且数据结构简单, 能获得很好的插值计算精度。
2.2 传感器网格层非均匀优化布置
在本文使用的试验模型中, 高温、高压蒸汽从试验模型底部某一对角线两端A和B位置注入。温度、压力等在底部附近变化比较剧烈, 并形成一个不断扩展的蒸汽腔。随着蒸汽腔不断向上向内扩展, 温度、压力也随之降低, 变化也较为缓慢。本文采用了传感器测量层非均匀优化布置, 即在靠近底部区域, 传感器测量层布置的密一些;在靠近顶部区域, 布置的疏一些, 如图1所示。
2.3 传感器测量点对应折算优化布置
在蒸汽注入点A、B处, 注入蒸汽的温度、压力是相同的, 可以认为在某些传感器测量层上各对应点的温度场、压力场及其变化情况也是相同的。利用这一对应性, 可以在一侧传感器测量层网格节点上设置传感器;另一侧对应节点上不设置传感器, 这些节点的数据可通过对应折算获得。
3 离散数据数学插值
形函数插值:
形函数法是目前实体插值领域最重要的一种算法, 被应用于等高线的生成。美国学者D.Sulsky是物质点法MPM (Material Point Method, MPM) 的创始人, 他提出了对离散点采用形函数法向固定的背景网格进行插值计算的理论[3]。当传感器测量点网格为规则的八节点六面体网格单元时, 采用MPM法的形函数可以实现离散数据测量点向三维试验模型网格单元节点的插值计算。这种插值方法运算速度快、插值精度高, 能够生成高质量的等值线和云图。待插值点的值由八个离散点值共同决定。
在图2中, N1~N8为八个离散数据点, 中间的P点为待插值点。
形函数法的优点是计算速度快、插值精度和平滑度好, 在大规模离散数据插值中有突出的优势。缺点是当离散数据点不规则分布或非均匀分布时, 构造形函数比较复杂。
4 等值线绘制
等值线在科学研究及工程领域中有广泛的应用, 如航空测量中的等高线地形图, 应力应变场中的等效应等值线图等。与图表、曲线等数据处理方法比较, 等值线和云图更加直观和高效。本文采用等值线和云图对稠油蒸汽辅助热采三维试验模型离散试验数据进行图形可视化处理。
4.1 等值线生成网格选择
在三角形网格单元内绘制等值线算法比较简单, 等值点计算、等值线追踪及走向搜索也相对容易。相对于四边形网格单元的等值点追踪要简单很多, 而且等值线之间也不会产生相互交叉[5]。因此, 本文采用三角形网格单元绘制等值线。
为此, 首先对测量数据向六面体网格单元各节点进行插值映射计算。然后在六面体单元的每个面的四边形中间增加一个插值点5, 形成四个三角形单元。最后在形成的各三角形单元中绘制等值线。在一个三角形内绘制等值线时, 需将三个节点值 (u1, u2, u3) 按从小到大 (或从大到小) 进行排序并编号, 便于确定等值线的起始点位置及等值线的走向。
4.2 等值线绘制
设全部三角形网格单元节点值的最小值为umin, 最大值为umax, 全部等值线条数为m, 则相邻两条等值线的间隔值为:
三维试验模型包括三种坐标平面 (XOY, XOZ, YOZ) , 在每种坐标平面内绘制等值线的方法和步骤完全一样。以XOY平面为例, 绘制等值线的步骤如下:
步骤1:对于三个坐标视图内, 绘制第k条等值线, 其值为uk=umin+Δu×k, 令初始值k=1;
步骤2:接下来判断 (u1-uk) × (u3-uk) ≤0是否成立, 如果不成立, 则表示该条等值线不通过该三角形单元, k=k+1, 返回步骤1, 如果成立, 表明值为uk的等值线通过该三角形单元, 接下来就要找出等值线与三角形单元的两个交点;
步骤3:在三角形单元节点1和节点3构成的边一定有一个交点, 记为 (xk1, yk1) , 该交点坐标等于:
步骤4:等值线的另外一个交点记为 (xk2, yk2) , 判断uk≥u2是否成立, 如果成立, 表明交点在节点1和节点2构成的边上, 该交点坐标等于
如果不成立, 表明等值线交点在节点2和节点3构成的边上, 该交点坐标等于
步骤5:连结两个交点 (xk1, yk1) 和 (xk2, yk2) , 即为等值线的一部分, 如果两个交点有一个在三角形单元的边界上, 就在这个交点处记录为uk, 令k=k+1, 返回步骤1, 然后重复执行步骤1到步骤5, 一直循环到uk=umax-Δu为止, 这样在该三角形单元中所有的等值线都已经绘制完毕。对所有的立方体单元网格中的每个面的四个三角形都作如上处理, 即可绘制出所有单元的等值线。
5 填充两等值线间区域绘制云图
彩色云图是在等值线图的两条相邻等值线间填充不同颜色来表示的图形, 是图形可视化的重要方法之一。目前, 常用的云图绘制算法有好多种:根据所选择的物理量, 在网格单元上以不同颜色填充网格, 生成既简单又十分直观的量值分布彩色云图;应用扫描线算法绘制云图;Open GL自动插值绘制云图等。
本文采用两相邻等值线间的区域以不同颜色填充的方法。假设在整个区域内共有m条等值线, 则绘制云图需要m-1种颜色, 等值线的间隔值为。与等值线类似, 考查一个正方形网格, 在网格正中间设置一节点, 并对其进行插值, 依次考查形成的4个三角形, 通过三角形来画云图, 较为简单的处理办法是等值线相夹判断法, 对四边形网格中的任一个三角形单元, 将其3个顶点的值分别定义为u1、u2、u3 (按由大到小的顺序重新排列u1≥u2≥u3) , 考查相邻两条等值线经过该三角形的情况, 如图3所示。
图3中的两条线段是相邻的两条等值线, 其数值分别等于
如果满足条件uk≥u3, uk-1≤u1, 则该三角形单元有一部分或者全部区域在这两条等值线中间, 为了使用不同颜色填充等值线所构成的多边形区域, 还需要进行以下详细判断:
a.若uk≥u1, uk-1≤u3, 则该三角形单元全部区域都在这两条等值线中间, 将该三角形单元全部填充为第k种颜色, 对应图3-a;
b.若uk
c.若uk≥u1, uk-1>u3, 则该三角形单元有一部分区域在这两条等值线的中间, 找到值为uk-1的等值线与该三角形单元的交点4和5, 将所等值线夹区域填充为第k种颜色, 对应图3-c;
d.若uk
6 比例实验模型三维温度场等值线、云图实例 (见图4、5)
参考文献
[1]田利.洼38块转换开发方式三维比例模拟技术研究[D].大庆:大庆石油学院, 2006.
[2]郑小雄.蒸汽辅助重力泄油技术的优化设计[D].北京:中国石油大学, 2007.
图形可视化 篇3
关键词：高速公路,复杂网络,四川省,Gephi
1四川省社会经济发展及交通建设现状
在缓慢复苏的世界经济发展背景下,中国经济由高速转向中高速增长的“新常态”。四川省委省政府在新的国际国内政治经济环境下,认真贯彻执行党中央、国务院的决策部署,正确把握发展大局,2014年全省实现生产总值2.85万亿元(增长8.5%);城镇居民人均可支配收入增长9%①(参见图1)。
在交通方面,四川省201 4年公路、铁路、航空和水路等主要运输方式完成货物周转量2474.4亿吨公里;完成旅客周转量1584.0亿人公里;高速公路通车里程5510公里③(参见图2)。
基于四川省交通建设高速发展,高速公路通车里程不断增长并形成复杂网络,该文运用复杂网络可视化图形分析工具一GEPHI,对形成的高速公路复杂网络拓扑结构及其性状进行深入分析,为规划、管理、建设等部门领导提供科学管理和决策的参考。
2复杂网络可视化图形分析工具一GEPHI
Gephi是一款由多国工程师和科学家联合研发、基于JVM的跨平台开源免费软件,主要用于分析各种复杂网络和系统。
Gephi被用于对各种网络和复杂系统的动态和分层图的交互可视化研究,如:关联分析、数据分析、社交网络、生物网络等复杂网络分析。除通过输入数据生成可视化图形外,还能自动计算并生成网络对应的特征参数分析图,该功能对于“大数据”时代下海量数据的复杂关系分析显得尤为重要。
3基于Gephi的四川高速公路复杂网络可视化图形分析
3.1四川省高速公路基础数据
具体见表1。
3.2基于Gephi的四川省高速公路复杂网络生成图
从图3中可以看出,四川省高速公路复杂网络共有节点476个,边588条。形成的复杂网络内射洪县、南部县、遂宁市、南充市、宜宾市和中江县等市县的节点度较大,联接的高速公路较多,交通相对畅通。省内连接成都市的高速公路都是通过成都绕城高速经三环路达到市中心,因而成都市的省道连接数在图中不高,而成都绕城节点度最高。
3.3四川省高速公路复杂网络可视化图形特性分析
应用Gephi可视化图形软件,不但能够得到省内高速公路复杂网络的可视化图形,而且能够对生成网络的拓扑特性自动分析并评估网络特性。这是选取Gephi作为分析工具的主要原因。
从图4中可以看出,四川省高速公路复杂网络度值最大为10,整个网络中超过75%的节点度大于等于2,这些站点可达性水平较高,承担着全省大量的交通量。同时表明,近年来四川省高速公路密集建设,对四川省交通运输水平提升成果明显。
从图5中可以看出,四川省高速公路加权网络的平均路径长度距离是12.53。表明四川省地域广阔,尤其是山区高速公路使得局部区域的高速公路成为该地区唯一通达途径。
从图6中可以看出,接近中心性较好的站点多位于成都及其附件的网络中心位置。这些节点连接道路数量相对较多,可达性较好,在网络中交通流传播速度快,影响范围大,路段的抗毁性较高,因而会在局部区域提高公众出行便利性和货物运输效率。但是,当出现拥挤或交通事故时,为减少其对整体路网的影响程度,可根据各站点接近中心性指标快速确定事故影响范围,以便短时间内采取措施恢复交通。
从图7中可以看到,四川省高速公路网络的模块化程度较高,同一模块化区域内部连通性较好。
4基于复杂网络分析的四川省高速公路开发建设的对策建议
综上所述,四川省高速公路网络主要集中在成都、宜宾、遂宁、广元、射洪、南部等市县,南北走向与东西走向发展不平衡,重要收费站相对集中在成都市中心城区,在未来的高速公路建设中应减少与此类中心性指标较高节点的直接连接,防止车流量进一步增高,保证核心区域收费站安全畅通。为提高网络整体运输效率和连通性,建议避开与重要型节点直连,采用与周边邻近节点连接,必要时可考虑设置环线,以减少交通压力,有效提高车流通过速度。
5结语
从文中可以看到,应用Gephi来分析复杂网络不仅可以生成表征节点连接关系的可视化图形,而且能计算出相关参数,因而其应用前景广大。
参考文献
[1]2015年四川省人民政府工作报告[EB/OL].http://www.sc.gov.cn/10462/10464/10797/20 15/2/5/10326259.shtrrd
[2]四川公众出行交通信息服务系统-四川路网[EB/OL].http://www.scjtcx.cn.
[3]高自友,吴建军,毛保华,等.交通运输网络复杂性及其相关问题的研究[J].交通运输系统工程与信息,2005,5(2):79-84.
图形可视化 篇4
在可视化图形界面的程序设计中,我们常常会在专业书籍里看到或听专业人士提到类这样的专业术语,可是我们从中并没有得到有关它的概念和应用的清晰地解释与介绍。那么什么是类?我们权且将专业术语置于一旁而不顾,中国有句古语叫“物以类聚”,显然这里的类是指一个群体的共同属性或特征,将此概念延伸至计算机应用领域内[1],则在可视化界面设计中所使用的类与我们传统文化中的类的概念是一致的,即为控件设计的一个共同属性。我们知道在可视化界面的程序设计中,任何一个控件的应用都离不开与指定控件相关的属性,方法和事件,为此本文利用Visual Basic程序设计方法介绍类方法的设计。
二、类方法的程序分析
首先阅读如下之程序以此作为了解类方法的设计开端[2,3]。
从这段解说性的程序中首先可以看到两个重要信息,即变量mvarinputx1和属性inputx1的性质的定义(这里需要特别指出的是:我们所说的性质不是一般意义上的变量的数据类型的声明而是变量的应用范围的规定),变量mvarinputx1的性质声明为私有,而inputx1的性质声明是公有的可调用的子程序,这样的子程序在类设计中称之为类方法。这样的声明的重要性在于它告诉我们作为类,由于它面向的是用户,所以它的性质必须是公有,而作为类方法中所使用的变量则必须是私有的。于是在实际应用得到的效果必然是对于用户类的使用是透明的,但类内部对数据的处理过程必然是封装的。
正如同我们在程序设计中所使用的由系统提供的函数一样,我们并不了解函数的数据处理过程,我们仅仅知道如何正确地应用而已。由此推知,类方法的建立本质上犹如设计一个系统函数以供用户使用。
三、类方法的实例程序分析
如上之所述,分析下列之程序并以此展开类方法之讨论。
类库中的一个使得字符串反序的类方法的程序[4,5]:
End sub先对本例的构思做一个简单的介绍,本例通过按钮引发的事件将文本输入框Text1中写入的数据传输给创建的类方法inversion中,然后再在文本框Text1中显示类方法inversion反馈的数据(输入的字符串被反序)。
首先需要强调的是:我们对本例中传递的数据内容(用户与类方法之间的传递)并不重视,看重的是如何建立和应用类方法。
首先在用户窗体(F o r m)的变量声明处看到如下之声明:
此时应当注意到变量mycx1的数据类型的声明已不再是为变量指定某类数据而是直接指向类库名myClass1,它的目的是通过这样的声明,类库中所有的自定义的方法都变成这个变量mycx1的方法。
其次在命令按钮的单击事件程序中,首先使用的命令是:
它直接定义了变量mycx1与类库myClass1的关系。如果说Dim mycx1 As myClass1命令仅仅是声明变量mycx1与类库名myClass1的关系,那么这条命令则是明确定义变量mycx1与类库名my Class1的关系了。
接下来的命令是直接调用类库中提供的方法
此命令的使用前提是:1.在类库中已经建立了类方法的程序Public Sub inversion.2.类方法inversion程序中的形参cstrx1必须设计成地址传输模式。另外mycx1。inversion的书写方式说明inversion已经成为变量mycx1的方法了。
值得注意的是在控件程序中,变量stra起到的作用是传送数据,因此它与必须与类方程序的形参cstrx1保持数据类型一致,以此构成数据传递链。
最后是关闭类库的命令:
作为一般的应用,此命令完全可以不用,但笔者认为作为一个有良好素质的软件设计工程师应该使用它,因为它体现的正是计算机的文件操作的规范步骤(给出文件名、打开文件、读、写文件和关闭文件)。
由此可见一个类方法的创建与应用,必须分成两部分,在用户侧实现类的打开、操作与关闭,而在类的方法程序中(即数据处理部分)实现数据的读入、处理和输出。
以上是对图形界面程序设计中有关类库中类方法的一些研究,相关程序均在计算机上运行得以验证。
四、结论
通过上述之讨论,我们可以清晰地看出作为控件的方法的类设计,必须从两个方面考虑,首先是设计者对控件的方法的类的通用性和封装性的考虑,其次是用户正确的使用,相信通过本文读者能够在今后的可视化图形界面程序设计中自如地应用类的方法了。
摘要：目的:讨论在可视化图形界面程序设计过程中有关控件的方法的类的应用,解决业内人士在类设计方面的疑惑。方法:利用Visual Basic程序设计方法,给出方法的类的应用基本概念和基本方法和可行的程序。结果:通过恰当的程序分析得出正确的方法的类设计方法和规则。结论:控件的方法的类的设计必须考虑其应用的透明性和修改的封装性。
关键词：可视化界面设计,类,控件,方法,VisualBasic
参考文献
[1](U.S.A)A.Stevens.Wiley’sTeachC++.电子工业出版社.2004
[2]孙越.VisualBasic数据库开发.人民邮电出版社.2002.7
[3]左婷.Visualbasic三种数据访问接口的比较.吉林师范大学学报,自然科学版.2004年4期p72-p73
[4]陈雪冬.基于VB开发ArcInfo功能原理和方法的探讨.物探化探计算技术.2004年4期,p355-p358
图形可视化 篇5
关键词：变压器,差动保护,平衡系数,可视化
0前言
差动保护的比率特性是变压器差动保护的主要特性, 也是在投运前必不可少的调试项目之一。新型微机变压器装置的应用, 必然会对变压器差动定值的计算方法产生影响。本文结合国内四种主流型号的变压器保护装置说明相位补偿和平衡系数计算方法[1,2,3], 基于GUI界面仿真系统[4], 搭建数学模型, 实现变压器平衡系数计算图形化和可视化。
1 主变差动保护原理
变压器差动保护是变压器的主保护, 一般较大型变压器都装有差动保护。差动保护主要保护变压器内部线圈匝间短路, 它的动作原理是利用变压器高低压两侧的两组差动保护专用电流互感器完成。基本原理是反应被保护变压器各端流入和流出电流的差, 在保护区内故障, 差动回路中的电流值大于整定值, 差动保护瞬时动作, 而在保护区外故障, 主变差动保护不应动作。
主变差动保护作为变压器的主保护, 能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障, 差动保护是输入的两端CT电流矢量差, 当两端CT电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的故障 (即保护范围在输入的两端CT之间的设备上) , 正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等, 方向相反, 相位相同, 两者刚好抵消, 差动电流等于零;故障时两端电流向故障点流, 在保护内电流叠加, 差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作, 跳开两侧的断路器, 使故障设备断开电源。
2 各种型号装置
2.1 WBH-801A
与微机型变压器保护装置一样, 该装置采取在软件上进行相位校正和幅值校正。相位补偿由星形侧向三角形侧归算, 其公式为
式中———Y侧A、B、C相电流;
———相位补偿后的Y侧A、B、C三相电流。
通过相位校正, 满足了正常运行和外部短路时电流的反相关系。但由变压器各侧的额定电压、接线方式及差动TA变比都不同, 在正常运行和外部短路故障时变压器各侧差动电流幅值不完全相等, 无法满足差流为零的要求, 所以引入一个将各侧电流折算系数, 即平衡系数。装置WBH-801A在计算差流时利用平衡系数对各侧电流进行折算, 将各侧电流转换到高压侧。
纵差保护动作特性如图1所示, 动作特性曲线采取三折线形式, 第一段折线为直线, 第二段折线斜率固定为0.5, 第三段折线斜率固定为0.6。
图1中Ir为制动电流, 计算公式为
式中———变压器各侧电流互感器二次侧的电流。
2.2 PRS-778
与变压器保护装置WBH-801A一样, 装置PRS-778也采取在软件上进行相位校正和幅值校正, 相位由星形侧向三角形侧归算, 不同之处在于相位补偿公式。
除了相位校正公式、平衡系数计算公式不同之外, 变压器保护装置PRS-778的差动保护动作特性曲线与装置WBH-801A也不同, 如图2所示。
由图2可以看出, 装置PRS-778差动保护动作特性曲线与装置WBH-801A相比, 主要的区别在于装置PRS-778第一段不是直线, 而是斜率固定为0.1的折线。
另外, 装置PRS-778的制动电流计算公式也与装置WBH-801A不同, 如式 (3) 所示。
式中———变压器各侧电流。
2.3 GT-756
装置SGT-756所采用的原理基本与装置WBH-801A一样, 主要区别在于装置SGT-756制动电流计算公式与装置PRS-778的计算方法一致, 如式 (3) 所示。
其二次额定电流以及平衡系数的计算方法参见WBH-801A。
2.4 RCS-978GC
装置RCS-978GC的相位补偿采取△→Y方式, 同时Y侧滤除零序电流, 相位补偿公式如式 (4) 、式 (5) 所示。
各侧平衡系数的计算公式如下
式中I2N———变压器计算侧二次额定电流;
I2N-min———变压器各侧二次额定电流中最小值
I2N-max———变压器各侧二次额定电流值中的最大值。
平衡系数的计算方法以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧乘以一定倍数Kb为基准, 其他侧归算到基准侧。Kb和2.95中较小的一个。装置为保证精度, 差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大为32倍[4]。
3 变压器稳态计算可视化
运用MATLAB GUI技术设计系统密码登录界面, 实现登录仿真系统, 选择相应的变压器保护厂家, 进行变压器稳态仿真界面, 计算仿真变压器平衡系数, 其仿真结果为工程人员提供参考数据, 与现场实际变压器保护调试校验数据形成对比。
选择型号为许继WBH-801A变压器保护装置, 进入WBH-801A仿真界面。依照变压器基本参数, 导入变压器保护部分参数, 如表1所示, 仿真计算变压器各侧平衡系数, 导出计算结果, 结果分析:不装置类型的高、中、低三侧二次电流是一定相同的, 不同工作原理和平衡系数计算方法, 计算结果会有所差异。
4 结束语
1) 图形用户界面 (GUI) 方法提供了一种研究变压器稳态模拟的新途径。
2) 通过变压器平衡系数计算仿真, 为现场变压器保护调试工作提供参考数据。
3) 变压器稳态计算的图形可视化, 兼顾四种不同型号的变压器保护装置, 体现了仿真的多样性、差异性、灵活性。
4) 该软件界面友好, 实现方便, 性能可靠且操作灵活, 有较好的交互性和实用性, 为电气工程人员提供了有效计算工具。
参考文献
[1]Assi.A.Jama, M.Al Kathairi.K.MATLAB based modeling tool for designing predicting and analyzing grid tied photovoltaic systems[C].ACTEA, 2009:508-513.
[2]Islam M.A, Mohammad N, Khan, P.K.S.Modeling and performance analysis of a generalized photovoltaic array in Matlab[J].PEDES, 2010:1-5.
[3]黄少锋, 谷君, 郑涛, 等.内桥接线方式下变压器差动保护误动原因及防范措施[J].高电压技术, 2011, 31 (19) :45-50.
图形可视化 篇6
关键词：计算机图形学,算法,模板,交互式,可视化
计算机图形学Computer Graphics简称“CG”,它是计算机技术与电视技术、图形图像处理技术相互融合的结果,使用主流的可视化编程平台VC++2005所开发的图形,与使用Turbo C语言开发的图形相比,不仅可以显示真彩色,而且可以实现交互式绘图,它又突破了传统计算机图形学的教学模式(理论文本加静态图片)的枯燥性、抽像性的限制。基于此,提出了一种模板把CG中各种图形生成的算法以可视化的方法、动态交互式展现出来,实践证明,通过此模板,学生能容易理解图形生成的算法原理过程,激发了学习CG的兴趣,从而极大地提高教学质量。
1 VC++绘制图形常见方法
1.1 使用On Draw成员函数
该方法只需要在源程序Test View.cpp的On Draw成员函数中直接书写绘图语句。操作简单,但无法控制函数的调用,它常用于对屏幕已有图形进行旋转、消隐、光照和纹理映射等操作。
1.2 使用CDC*p DC的菜单调用方式
在MFC框架中的“视图(View)”菜单中,打开“解决方案资源管理器(Solution Explorer)”子菜单,双击Test View.cpp,在该文件最后添加成员函数Drawmy Line()的定义:
在“解决方案资源管理器(Solution Explorer)”中,双击“Test.h”,在该文件中“public:”下面添加成员函数声明:void Drawmy Line();
在菜单中添加菜单函数On MENU Drawmy Line()调用Drawmy Line()成员函数。
该方法需要在头文件Test View.h中声明成员函数Drawmy Line(),在源程序Test View.cpp中定义成员函数Drawmy Line()。在Drawmy Line()函数中使用了CDC类指针对象,需要调用和释放设备上下文。
1.3 使用CClient DC dc(this)的菜单调用方式
成员函数Drawmy Line()的声明和菜单的调用同第二种方法的[2]和[3],在Test View.cpp文件中修改Drawmy Line()成员函数的定义:
该方法也需要在头文件Test View.h中声明成员函数Drawmy Line(),在源程序Test View.cpp中定义成员函数Drawmy Line()。不同点只是使用显示器客户区设备上下文类定义了客户区对象dc,并使用客户区的this指针对dc对象进行初始化,使dc对象指向显示器的客户区,这种方法不需要调用和释放设备上下文。与前述两个方法相比,第三种方法更易理解,实现更简单。
2 基于VC++2005环境开发的一个金刚石图案应用案例
2.1 案例需求
2.1.1 案例描述
将半径为r的圆周n等份,然后用直线将各等分点隔点相连,形成的图形称为“金刚石”图案。
2.1.2 功能说明
1)单击绘图菜单或工具栏图标,弹出对话框(如图3)读入圆的等分点个数和圆的半径,以屏幕客户区中心为圆心绘制金刚石图案。
2)程序运行界面如图4。
2.2 案例分析
该案例设计一个P2D类,用于存放各个点的double型(x,y),最大分点不会超过50个,用P2D类定义了大小为50的P2D类对象数组p[50]。关键在于内层循环设计时不要进行进行重复直线连接,以等分点n=5为例,连接情况如图5和表1所示。
为此,设计一个二重循环,代表队起点的外层循环从i=0循环到i=n-2,代表终点的内层循环从j=i+1循环到i=n-1。以p[i].x,p[i].y作为起点,以p[j].x,p[j].y作为终点绘制连线。
3 详细设计[4]
3.1 点类设计
该实例以Test为项目名称,主要设计了P2D类,并通过视图菜单中的类视图子菜单选中Test项目右键添加一个名为P2D的C++类,并且为了保证运算精度,在P2D中添加double成员变量x,y;
3.2 对话框类设计
在资源视图中右键选择Dialog中的插入Dialog,在对话框内添加静态文本和编辑框控件Edit Control修改属性,设计后的对话框如图6,分别右击对话框中两个编辑框,依次添加类型为double的成员变量m_n(表示等分点个数)、m_r(代表圆的半径)。
3.3 CTest View类视图设计
在类视图中右键选择CTest View,并添加成员变量和成员函数,Test View.h声明如下:
3.4 菜单设计
3.4.1 设置菜单ID
在资源视图中双击Menu中的IDR_MAINFRAME,添加“绘图”菜单及其二级菜单“金刚石图案开始制作”,并通过属性设置其ID为ID_Diamond。
3.4.2 设置菜单函数
在类视图中右键选取CTest View的属性,在事件中为ID_Diamon添加On Diamon事件,并添加如下代码控制绘图操作:
3.4.5 工具图标设置
在资源视图中选取Toolbar下的IDR_MAINFRAME并添加相应的图标,然后选中添加后的图标,在其属性中把其ID改为ID_Diamond(该例以绘图操作为例),以实现图标和子菜单的关联,同样的方法设置其他图标与菜单的关联。至此一个完整的计算机图形算法的模板生成了。
4 结束语
CG算法开发模板紧跟主流开发环境,实现可视化的设计,人性化的界面,通过简单和修改,也适合于Bezier曲线算法、B样条曲线等其他图形,实践证明,通过此模板,学生能容易理解图形生成的算法原理过程,激发了学习CG的兴趣,从而极大地提高教学质量。因此这对计算机图形学的研究和教学意义重大。
参考文献
[1]孙家广,胡事民.计算机图形学基础教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]郑海鹰,李爱光,张新慧,等.计算机图形学与数字地图制图[M].郑州:解放军信息工程大学测绘学院,2004.
[3]霍顿,Visual C++2005入门经典[M].李颂华,康会光,译.北京:清华大学出版社,2007.
图形可视化 篇7
大数据时代, 通过数据挖掘对数据库中的大量业务数据进行抽取、转换、分析等处理, 从而提取辅助商业决策的关键性信息。但是, 当前数据可视化工具的灵活性较大地影响了数据挖掘系统的使用、解释能力和吸引力。丰富而灵活的数据挖掘结果可视化技术使抽象的信息以简明的形式呈现出来, 加深用户对数据含义的理解, 更好地了解数据之间的相互关系和发展趋势。
本文对于数据可视化技术作为研究的起点, 在于实现可灵活改变可视化图形样式, 并允许通过交互手段控制数据的抽取和画面的显示, 使隐含于数据之中不可见的现象成为可见, 为人们分析、理解数据、形成概念、找出规律提供了强有力的手。
2 软件设计
2.1 设计思想
XML (Extensible Markup Language) 是一种元标记语言, 也就是说它没有一套能够适用于各个领域中所有用户的固守的标签和元素, 它允许开发者根据需要自定义元素。由于XML有这样的优势, 用XML作为数据交换格式, 实现了修改XML配置灵活改变图形的样式。
2.2 数据表示层次结构设计
每个图表的基本设计概念是相似的, 它的数据层次结构包含:图表集合、图表、坐标系集合、坐标系、 (特征值集合;序列线集合;标注集合) 、 (特征值、序列集合) 、标注点等对象。具体描述如图1所示。
在图1中, 箭头的指向表示包含关系, 即“图表集合”中可以包含多个“图表”, 而“图表”中又包含多个“坐标系集合”, 依次类推, 直至最低层的“序列线”和“序列点”。
2.3 数据交换格式设计
利用XML的良好结构对数据层次结构进行表达, 图1中的对象在数据中都描述为XML的一个节点, 对象的包含关系则反映到XML的层次结构上, 对象的属性则反映到对应节点的属性。具体描述如图2所示。
3 软件实现
本软件实现了多个图表;每个图表可以定义位置、大小、方向, 图表的名称、背景颜色可以修改;通过坐标系集合实现坐标系的共用, 坐标系可以同时存在8个, 总共有16个坐标系可以使用, 每个坐标系的颜色等样式可以自定义, 每个坐标系中可以有大量的特征值线和序列线;每个特征值线、序列线的颜色、粗细等属性可以自行定义;每个序列中的点可以定义颜色、大小等属性。
另外实现了实体多布局分析方式以及基于图表的交互操作, 包括图形页面上选项自定义, 选择缩放, 排序, 查询, 选择子集显示等交互手段, 更新图表显示结果。
4 结论
通过将XML作为数据交换格式, 不仅实现了扩展性好的数据可视化软件, 并且实现对图形元素的自定义配置以提高在数据挖掘过程中有价值信息的辨别度, 提供更加丰富的手段来发现数据间隐含信息, 也可以通过配置生成不同的图表来表现数据的联系和区别, 这在数据挖掘过程中发挥重要作用。
摘要：随着Internet技术的高速发展, 大数据、云计算已经成为计算机软件领域的主题。特别在数据可视化技术方面, 出现了很多数据可视化软件, 但是不能灵活地改变图形的样式, 本文通过对数据和数据挖掘可视化技术研究, 提出一种对可视化图形样式配置的概念和实现方法。
关键词：数据可视化,数据挖掘可视化,图表,XML
参考文献
[1]陈建军, 于志强, 朱昀.数据可视化技术及其应用[J].红外与激光工程, 2001 (05) .
[2]韩子良, 毕妤.数据可视化在数据挖掘中的应用[J].计算机应用与软件, 2003 (11) .