Informacijos Vizualizavimo Būdai Ir Metodai
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
LIETUVOS EDUKOLOGIJOS UNIVERSITETAS GAMTOS, MATEMATIKOS IR TECHNOLOGIJŲ FAKULTETAS INFORMATIKOS KATEDRA Tomaš Lukša INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO BŪDAI IR METODAI Informatikos magistro baigiamasis darbas Darbo vadovė: doc. dr. Olga Kurasova Vilnius, 2014 TURINYS ĮVADAS .............................................................................................................................................. 3 1. INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO BŪDŲ IR METODŲ APŽVALGA .................................. 5 1.1. INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO RAIDA ..................................................................... 5 1.2. INFORMACIJA, DUOMENYS, ŽINIOS ............................................................................ 10 1.3. INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO BŪDAI ................................................................... 13 1.3.1. Grafikai ............................................................................................................................. 13 1.3.2. Lyginamosios diagramos ................................................................................................... 15 1.3.3. Struktūrinės diagramos ...................................................................................................... 19 1.3.4. Vizualizavo proceso diagramos ......................................................................................... 21 1.3.5. Matricos ............................................................................................................................ 22 1.3.6. Laiko diagramos................................................................................................................ 23 1.3.7. Žemėlapiai ........................................................................................................................ 24 1.3.8. Ryšių diagramos................................................................................................................ 25 1.3.9. Iliustracijos ....................................................................................................................... 27 1.4. VIZUALIZAVIMO METODAI .......................................................................................... 29 1.5. DAUGIAMAČIŲ DUOMENŲ VIZUALIZAVIMAS ......................................................... 36 1.5.1. Tiesioginiai vizualizavimo metodai.............................................................................. 37 1.5.2. Projekcijos metodai ..................................................................................................... 43 1.6. VIZUALIZAVIMO BŪDO PASIRINKIMAS ..................................................................... 45 2. EKSPERIMENTINIŲ TYRIMŲ REZULTATAI ........................................................................ 49 2.1. Vizualizavimo įrankiai Matlab aplinkoje ............................................................................. 49 2.2. Duomenų apie vidutinę temperatūrą Vilniuje vizualizavimas ............................................... 50 2.3. Duomenų apie naudojimąsi internetu asmeniniais tikslais vizualizavimas ............................ 55 2.4. Duomenų apie Lietuvos krepšinio lygos žaidėjus vizualizavimas ........................................ 62 IŠVADOS .......................................................................................................................................... 69 LITERATŪROS SĄRAŠAS .............................................................................................................. 71 SANTRAUKA ................................................................................................................................... 74 PRIEDAI ........................................................................................................................................... 76 2 ĮVADAS Visuomenė kasdien susiduria su didžiuliais informacijos kiekiais. Šiuolaikiniam žmogui nuolatos reikia spręsti užduotį, kaip per kuo trumpesnį laiką suvokti kuo daugiau reikalingos informacijos. Vizualizavimas plačiąja prasme – tai informacijos pateikimo būdas optinio vaizdavimo pagalba, pavyzdžiui, panaudojus grafikus, schemas, paveikslėlius, nuotraukas ir kt. Manoma, kad apie 90 procentų informacijos žmogus suvokia per savo regėjimą. Įdomu tai, kad informacijos vizualizavimo pagalba, galima pateikti informaciją, kurią mes iš esmės negalime įsivaizduoti ar matyti (pavyzdžiui temperatūra). Be to, vizualizavimas padeda formuoti vaizdą mintyse bei suvokti didesnį kiekį įvairios informacijos. Vaizdas yra ryškiausias ir geriausiai įsimintinas, palyginant su kitais pojūčiais. Vizualizavimas padeda spręsti kūrybines ir komercines užduotis, gali tapti labai svarbia sprendimo priėmimo dalimi. Taigi, vizualizavimo pagrindinis tikslas yra perteikti žmonėms naudingą informaciją grafinėmis priemonėmis, taip palengvinus tos informacijos suvokimą. Spartus tobulėjimas ir naujovių diegimas įgalino specialistus grafiškai apdoroti informaciją ir pateikti ją įvairiose techninėse, mokslinėse srityse. Dabar tai yra kone labiausiai pamėgta ir plačiausiai naudojama technologija, kuria dėl jos patogumo ir efektyvumo naudojasi platus tyrinėtojų ir specialistų ratas. Grafikai, schemos, animacija ir kiti vizualizavo būdai naudingi ten, kur neįmanoma pasiekti norimo efekto, pavyzdžiui, skaičių lentelių pagalba. Kasdien susiduriame su vis didesniu informacijos kiekiu, kuriam reikia vis naujesnių vaizdavimo ir sklaidos būdų. Vizualizavimas daug lengviau leidžia pateikti bei suprasti sudėtingą informaciją ir duomenis. Kita vertus, neteisingas vizualizavimo metodų panaudojimas informaciją gali iškraipyti. Duomenų vaizdavimą galima pritaikyti įvairiausiose srityse, pavyzdžiui: moksliniuose tyrinėjimuose, medicinoje, muzikoje, architektūroje, hidrometeorologijoje, astronomijoje, astrologijoje, ekonomikoje, finansų, marketingo srityse, švietime ir daugybėje kitų sričių, kuriose valdomi didžiuliai informacijos srautai. 3 Šio darbo tikslas – ištirti įvairius informacijos vizualizavimo būdus ir metodus bei pateikti rekomendacijas, leisiančias parinkti tinkamiausią vizualizavimo būdą, atsižvelgiant į informacijos pobūdį. Norint pasiekti tikslą būtina išspręsti šiuos uždavinius: Apžvelgti vizualizavimo raidos etapus; Nustatytiinformacijos vizualizavimo taikymo galimybes šiuolaikinėje visuomenėje; Apžvelgti informacijos vizualizavimo būdų ir metodų įvairovę, juos suskirstant į grupes pagal pasirinktus kriterijus; Pateikti vaizdinius pavyzdžius; Ištirti informacijos vizualizavimo naudą; Apžvelgti pagrindinius daugiamačių duomenų vizualizavimo metodus; Atlikti vizualizavimo tyrimus, naudojant kelis daugiamačių duomenų vizualizavimo metodus. 4 1. INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO BŪDŲ IR METODŲ APŽVALGA 1.1.INFORMACIJOS VIZUALIZAVIMO RAIDA Nors dažnai manoma, kad informacijos vizualizavimas yra naujas dalykas, tačiau grafinis informacijos vaizdavimas turi gilias šaknis. Vizualizavimo pradžia galima laikyti 16-ąjį amžių ir žemėlapių vaizdavimą. Vėliau vizualizavimas atsirado kartografijoje, statistikoje, medicinoje ir kituose moksluose. 19-ame amžiuje plėtėsi statistinis mąstymas, populiarėjo duomenų surinkimas, vystėsi komercija. Tobulėjant spausdinimo technologijoms, matematikos teorijai ir praktikai, empiriniams stebėjimams bei informacijos registravimo priemonėms, tobulėjo ir plėtėsi grafikos taikymo sritys, grafikos formos ir turinys [1]. Pagrindiniai vizualizavimo vystymosi etapai yra šie: Iki 17 amžiaus – pirmieji žemėlapiai ir diagramos; 1600–1699 m. – matavimai ir teorijos; 1700–1799 m. – naujos grafikos formos; 1850 m. – šiuolaikinės grafikos pradžia; 1850–1900 m. – statistinės grafikos auksinis amžius; 1900–1950 m. – modernusis miglotas (tamsusis) amžius; 1950–1975 m. – informacijos vizualizavimo atgimimas; 1975 m. – iki dabar – daugiamatis, interaktyvus ir dinaminis vizualizavimas. 1 pav.Vizualizavimo raidos etapai [2] 5 Toliau aptarti pagrindiniai etapai – vizualizavimo periodai, kurie pavaizduoti 1 paveiksle. Šis skirstymas sąlyginis, tačiau kiekvienas periodas turi sau būdingus ypatumus, atsiradimo priežastis bei vystymąsi. Laikotarpis iki 17-ojo amžiaus pradžios – ankstyvieji žemėlapiai ir diagramos Vizualizavimo ištakas galima rasti pirmosiose geometrinėse diagramose – žvaigždžių bei kitų dangaus kūnų išsidėstymo žemėlapiuose, vietovių žemėlapiuose. Jau 200 metų prieš Kristų egiptiečiai panaudojo koordinates žemėlapių vaizdavime. Klaudijaus Ptolemėjaus (gr.Κλαύδιος Πτολεμαιος; ~90 – ~168 m.) žemės rutulio sferinės formos projekcijos žemėlapiai buvo naudojami iki 14-ojo amžiaus. Ankstyvuose kiekybinės informacijos vaizdavimuose yra grafikas, kuriame pavaizduotas dangaus kūnų padėties keitimasis. Dvimatėje koordinačių sistemoje parodomas planetų judėjimas. Šis grafikas puikiai iliustruoja minimą laikotarpį (2 pav.). 2 pav. 7 dangaus kūnų padėties keitimosi diagrama. 10 amžius [1] 1600–1699 metai. Matavimai ir teorijos Pagrindinės septynioliktojo amžiaus mokslo problemos susijusios su fizikiniais laiko, erdvės, atstumo matavimais. Tai koordinačių sistemos analitinės geometrijos, tikimybių teorijos, demografinės statistikos, ekonomikos teorijos atsiradimo laikotarpis. Šiuo periodo pavyzdžiu galima laikyti Christopher Scheiner (1630 m.) darbą, kurio esmė – vieno elemento pasikartojimas daug kartų, siekiant iliustruoti dinamiką bei atsirandančius pokyčius. 3 paveiksle pateiktame pavyzdyje parodytos dėmės ant saulės, jų kaita per mėnesį. 6 3 pav. 17 amžiaus vizualizavimo pavyzdys [1] Šiuo laikotarpiu atsiranda ne tik statistinių duomenų, bet ir teorijų ir abstrakčių idėjų pavaizdavimas.