新工科应用型电子信息类数据可视化技术

定价42.00元

ISBN–7–––2/TP

XDUP–1

浙江省普通高校“十三五”新形态教材

新工科应用型人才培养电子信息类系列教材

本书全方位地讲解了数据可视化的核心技术原理和算法设计理念，结合VTK数据可视化平台和Python编程语言给出了数据可视化技术具体的实现，提供了对应的习题，在实践部分单独给出了若干Python数据可视化编程工具介绍，有助于学习者得到完善而系统化的训练。本书的编写符合国家对于新时期人工智能与大数据人才培养的期冀以及高等院校新工科应用型人才培养的理念。

本书主要有以下几个特点：

(1)对数据可视化知识进行了全面的讲解。

书中介绍了可视化的图形基础、可视化原理与过程以及可视化数据表示、算法设计、建模技术等内容，还对数据可视化相关的图形处理技术以及体可视化技术进行了探讨。

(2)以深入浅出的方式进行知识讲解，让学生轻松上手学习。

本书的编写突出理论精华并以理论与实际结合为导向，书中给出的公式、算法以少而精为原则，让非数学专业以及仅具有普通数学基础的学生也能够理解和把握相关知识。

(3)实现了理论与实践的结合，强调对学生动手能力的培养。

全书分为数据可视化原理和数据可视化编程训练两部分。其中原理部分在系统性讲解数据可视化理论脉络的同时，也给出理论问题的编程实现；而实践部分则从可视化实用编程的角度，提供了若干通俗易懂的常用可视化编程实现案例。全书通过例题、练习、实验、测试等诸多方面对学生进行全方位的训练，做到了理论与实践相结合，也方便老师结合课时和课程特点进行教学内容的差异化选取。

(4)案例和练习均采用通用编程方法设计，具有广泛的适用性。

本书的案例均采用Python程序或网页代码等通用编程方法编写，书中的案例实现以开源软件平台和工具为基石，不但适合作为高等院校相关专业的教材，也适合作为广大工程技术人员开发数据可视化产品的参考材料。

作为教材具体教学安排可参考如下建议：

(1)本书作为计算机、数据工程、信息技术、电子、自动化、人工智能、大数据等相关专业本科或研究生数据可视化相关课程的教材时，建议采用48或64学时，可结合专业特点及学时具体安排。

(2)本书作为专科院校或职业技术学院的教材时，建议采用64学时，可结合专业特点及学时安排讲授本书的全部章节，或选讲部分实践性强又容易理解的章节。

(3)本书作为数据可视化培训用书时，建议培训时间为7～12天，可结合培训学时安排讲授本书的全部章节，或结合培训目标选择相关理论部分和实践部分的章节。

本书配备多媒体教学资料，相关例题和一些必要资料可以直接通过扫描书中 　　录

第一部分　数据可视化原理

第1章　绪论2

1.1　概念与意义2

1.1.1　数据可视化的概念2

1.1.2　数据可视化的意义和作用2

1.2　历史与演进5

1.2.1　抽象图形表示5

1.2.2科学可视化的发展7

1.2.3　统计图表的爆发8

1.2.4数据与艺术的有机结合9

1.2.5交互可视化、信息可视化与可视化

分析11

1.3　视觉与认知12

1.3.1视觉感知12

1.3.2　视觉认知13

1.4数据可视化与知识发现的关系17

1.4.1数据科学的发展17

1.4.2知识发现与数据可视化的结合18

本章小结19

习题19

第2章可视化的图形基础21

2.1图形渲染21

2.1.1概念21

2.1.2方式21

2.1.3应用示例22

2.2颜色与光照23

2.2.1颜色23

2.2.2光照25

2.3视角26

2.3.1虚拟相机26

2.3.2坐标系28

2.3.3坐标变换29

2.4透明度与色彩合成31

本章小结33

习题33

第3章可视化原理与过程34

3.1可视化场景34

3.1.1建模方法34

3.1.2场景与演员35

3.1.3图形硬件35

3.2可视化模型37

3.2.1数据源37

3.2.2数据滤波37

3.2.3可视化处理39

3.3可视化管线42

3.3.1可视化管线概念42

3.3.2管线视图43

3.3.3通过管线选取滤波器45

本章小结46

习题46

第4章可视化数据表示47

4.1可视化数据表征47

4.1.1模型与数据47

4.1.2采样与插值49

4.1.3数据的结构特征51

4.2可视化图元54

4.2.1数据集54

4.2.2图元模型57

4.2.3全局坐标与局部坐标61

4.3数据集分类63

4.3.1数据集建模64

4.3.2结构化坐标68

4.3.3图元镶嵌71

本章小结74

习题74

第5章　可视化算法设计75

5.1　标量可视化75

5.1.1颜色对照75

5.1.2轮廓表示78

5.1.3标量生成90

5.2向量可视化93

5.2.1有向图93

5.2.2向量场96

5.2.3流体运动

5.3张量可视化

5.3.1流线形张量

5.3.2线形张量

5.3.3椭球形张量

本章小结

习题

第6章　可视化建模技术

6.1　隐函数方法

6.1.1　隐函数轮廓

6.1.2二项式隐函数

6.1.3隐函数组合成像

6.2　算法模型

6.2.1　隐式建模

6.2.2模底凸生

6.2.3图符表示

6.3　数据选取

6.3.1　数据提取

6.3.2图形剪切

6.3.3图元选取

本章小结

习题

第7章　图像处理技术

7.1　图像数据表示

7.1.1纹理贴图

7.1.2图像生成

7.1.3图像合成

7.2图像平滑处理

7.2.1图像修复

7.2.2图像噪声

7.2.3非线性平滑

7.3图像频谱分析

7.3.1图像亚采样

7.3.2图像衰减

7.3.3　图像频域变换

本章小结

习题

第8章　体可视化

8.1　通过表面绘制形体

8.1.1平面扭曲

8.1.2表面光滑

8.1.3三角条带化

8.2　形体绘制中点集的运用

8.2.1　密集点云绘制

8.2.2点集喷绘

8.2.3表面数据抽取与形体压缩

8.3绘制体数据

8.3.1体数据的绘制

8.3.2图像序体绘制

8.3.3对象序体绘制

本章小结

习题

第二部分数据可视化编程训练

第9章　Matplotlib可视化

9.1　Matplotlib基础

9.1.1　Numpy基础功能

9.1.2Numpy高级功能

9.1.3Matplotlib结构

9.2Matplotlib常见图表

9.2.1基础图形

9.2.2高级绘图

9.2.3图形的完善

9.33D图形和多子图

9.3.1基础3D图形

9.3.2高级3D图形

9.3.3多子图

本章小结

习题

第10章　Matplotlib高级功能

10.1　时间序列数据

10.1.1　时间序列数据的特点

10.1.2　时间序列处理模块

10.1.3　时间序列数据可视化方法

10.2自定义功能和动画

10.2.1自定义绘图

10.2.2　自定义动画

10.2.3坐标系变换

10.3　图像处理

10.3.1　显示图像

10.3.2　灰度变换和图像轮廓提取

10.3.3　直方图和直方图均衡

本章小结

习题

参考文献

张掖钟楼

张掖，别称：甘州，甘肃省省辖市，位于甘肃省西部，河西走廊中段，东靠武威、金昌，西至嘉峪关、酒泉，南与青海省接壤，北和内蒙古毗邻