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数据可视化胡事民清华大学计算机系可视媒体研究中心清华大学“大数据”系列课程目录•什么是可视化•为什么要可视化•课程规划•课程基本信息可视化（Visualization）1.Formationofmentalvisualimages（可视图象的表达形式）2.Theactorprocessofinterpretinginvisualtermsorofputtingintovisibleform（用可视形式进行解释的动作或过程；形象化）TheAmericanHeritageDictionary可视化定义•计算机学科：利用人眼的感知能力对数据进行交互的可视表达以增强认知的技术—RodStewart,1971VIS会议•VAST(VisualAnalyticsScienceandTechnology)——可视分析科学与技术•InfoVis(InformationVisualization)——信息可视化•SciVis(ScientificVisualization)——科学可视化其他相关期刊和会议•ACMSiggraph•EuroVis•PacificVis•IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics可视化的起源和先驱•ArieE.Kaufman–希伯来大学物理和数学学士–魏兹曼探究所计算机硕士–本古里安大学计算家博士–纽约州立大学石溪分校教授、系主任–IEEEFellow、ACMFellow–1989年创办IEEEVis会议（co-founder）–1995年出版IEEETVCG，任首任主编可视化的起源和先驱•早期的需求:科学计算计算可视化–工业设计、核物理等对大规模科学计算数值理解的需要–医学影像可视化的需要：MarchingCube可视化的起源和先驱•学科的演化–信息可视化–可视分析•近年来，概率和统计学突然变得更加重要起来。计算机科学所研究的潜在的科学问题已经转向对大型随机图、高维数据以及维度约减等方面的研究。研究人员已经开始对包含数十亿顶点的社交网络展开研究。改变是如此迅速且不可预计，只有那些有能力探索新方向的大学院系才有可能成为计算机学科的引领者。-JohnHopcraft可视化的作用记录信息分析推理证实假设交流思想记录信息•信息成像或草图记载是将浩如烟海的信息记录成文、世代传播的有效方法之一伽利略绘制的月亮周期GalileoGalilei,1616达芬奇绘制的身体结构LeonardoDaVinci,ca.1500TheHistoryofVisualCommunicationTheGalileoProject,RiceUniversity威廉·柯蒂斯绘制的植物图谱WilliamCurtis(1746-1799)迈布里奇关于马的运动记录E.J.Muybridge,1878记录信息•迈布里奇（1830-1904），英国摄影师，成名于使用多个摄影机对动物运动的记录，形成定格动画的工作。•马在跑步时有没有四脚腾空？《科学美国人》复合终点摄影图片：刘翔110米栏撞线时刻记录PhotoFinishes:InformationRichRogervonOech记录信息感知海洋.avi记录信息NASA公布全球洋流图像（2005.6-2007.12）据称公元550年前阿那克西曼德第一个发布的世界地图AnaximanderofMiletus,c.550BCMilestonesProject公元6200年前的人类地图Konyatownmap,Turkey,c.6200BC记录信息——地图•地图是记录和传递空间信息的基本手段1686年绘制的历史上第一幅天气图，显示了地球的主流风场分布。这也是向量场可视化的鼻祖。Halley’sWindMap,1686。（哈雷彗星的轨迹计算者、天文学家）已知最早展现行星运动变化的图表（一年中太阳、月亮、行星的位置）PlanetaryMovementDiagram,c.950分析•可视化扩充了人脑的记忆，帮助人脑形象理解和分析面临任务，显著提高分析信息的效率wikipedia.org英格兰1700-1780年间的贸易出口序列图W.Playfair,1786（苏格兰工程师、政治经济学家）世界上第一幅饼图，显示了1789年土耳其帝国在亚洲、欧洲和非洲的疆土比例W.Playfair,1801分析苏格兰1780-1781年间的贸易出口情况孩子的名字和社会数据分析可视化（输入名字、显示1900年以来的使用数）M.Wattenberg,2005分析孩子的名字和社会数据分析可视化（支持不完全检索，只输入Jo）M.Wattenberg,2005分析推理1927年绘制的伦敦地铁图，遵循地理相对位置关系抽象1933年HarryBeck设计的伦敦地铁图成为地铁路线的标准可视化方法抽象•1931年，身为电气工程师的Beck重新设计了伦敦地铁图：•颜色区分路线•水平、垂直、45度角•路线上的车站距离与实际距离不成比例关系今日伦敦地铁抽象NewYorkTimes,2010E.Tufte,Writings,Artworks,News展示隐含模式•CharlesJosephMinard（1781-1870），法国工程师、从事水坝，运河和桥梁的工程建造和教育事业。70岁退休后，开始可视化研究，“法国的Playfair”，是可视化黄金时代的大师。•1869年创作流地图作品，拿破仑1812远征图。这幅图被后世学者称为“有史以来最好的统计图表”。•表现的是拿破仑皇帝统帅的法国军队在1812-1813年间对俄罗斯的入侵。这场战争以法国军队的惨败而告终，侵入俄国的42万人最终生还者仅仅数万。E.Tufte,Writings,Artworks,News1812-1813年拿破仑进军莫斯科的历史事件的流图可视化，被誉为最好的统计可视化C.J.Minard,1869展示隐含模式E.Tufte,Writings,Artworks,News美国内战对欧洲棉花贸易的影响（Minard）展示隐含模式E.Tufte,Writings,Artworks,News汉尼拔远征展示隐含模式E.Tufte,VisualExplanations,1997“鬼图”帮助发现霍乱流行原因英国Broad大街；JohnSnow医生,1854展示隐含模式展示隐含模式NYTimes统计不同类型人群如何使用一天的时间•统计图中可以看出的一些规律。•所有人:吃、睡、工作、看电视加起来平均占2/3的时间•男人:工作高点在11a.m.（在工作日有70%的人此时在工作)•女人:超过八成干别的时间超过家务和看孩子，家务和看孩子的高峰时间是下午6点•有工作者:早上6点六成的人在睡觉，比没工作的多80%•失业者：平均每天花一个半小时在找工作，每天收拾屋子时间2小时以上，比从业者高1个小时•轻体力从业者（含部分老幼妇孺），每天看电视4个小时以上，比无业者还多50分钟；。。。NYTimes展示隐含模式Netflix公司09年影片租赁业务业绩图展示隐含模式《让子弹飞》人物关系互动图wikipedia.org南丁格尔设计的克里米亚战争死亡人数统计玫瑰图F.Nightingale,CrimeanWar,1856PreventableWoundsOther交流•与视觉呈现相同，交互是可视化系统的另一核心要素，缓解有限可视化空间与数据过载的矛盾，更好参与数据理解与分析Sketchpad第一个交互式绘图系统,1963IvanSutherland,图形学之父DougEngelbart发明鼠标,1968交互传播思想HansRosling讲述200年全球人类社会健康与发展过程传播思想AaronKoblin,TED2006激发创意AaronKoblin,TED2006可视化目标——信：可视化数据客观正确可视化目标——达：准确表达作者意可视化目标——雅：作品形式与内容和谐统一，有艺术个性目录•什么是可视化•为什么要可视化•课程规划•课程基本信息信息爆炸•信息科学领域面临的一个巨大挑战是数据爆炸。互联网使得信息的采集、传播的速度和规模达到空前的水平，实现了全球的信息共享与交互。45SloanDigitalSkySurveyATLUM/ConnectomeProjectMaximilienBrice,©CERN科学数据爆炸：科学研究产生的数据量急剧增长“TheIndustrialRevolutionofData”,JoeHellerstein,UCBerkeley“数据的产业革命”传感器的普遍应用开启了万物互联的时代，开启了数据的产业革命。HalVarian,Google’sChiefEconomistTheMcKinseyQuarterly,Jan2009“将来几十年中，处理数据的能力将会成为至关重要的技术——理解数据、加工数据、提取数据价值、可视化数据、与数据交流。…因为现在我们的确拥有无处不在的、可自由获取的数据。”“Theabilitytotakedata—tobeabletounderstandit,toprocessit,toextractvaluefromit,tovisualizeit,tocommunicateit—that’sgoingtobeahugelyimportantskillinthenextdecades,...becausenowwereallydohaveessentiallyfreeandubiquitousdata.”相对于数据爆炸，人自身的认知能力如何？有多少个“V”？有多少个“V”？一起来找茬，看看都发生了哪些变化？Getready!引用：注意到变化了吗？demofrom:注意到变化了吗？demofrom:注意到变化了吗？变化盲视（ChangeBlindness）•当我们同时经历着多样事物发生时仅仅关注其中一样而忽视了其他样事物的发生而且不知道它们的发生，我们称这种现象为变化盲视。•它体现了人的视觉信息处理和认知的局限性变化盲视（ChangeBlindness）人的视觉信息处理和认知有局限性TheHistoryofVisualCommunication“Itisthingsthatmakeussmart.”–DonaldNorman“智慧之源”如何尽可能发挥人类的特长，增强对海量信息的认知能力？TheHistoryofVisualCommunication“智慧之源”文字和语言使人类知识得到传承和发展，但图示没有消失！IdeaMaps,byJamieNastVisualThinkingCollection,DaveGrey“智慧之源”图表一直是协助思考，辅助记忆，启发智慧的重要工具男性女性年龄段65岁以下65岁及以上65岁以下65岁及以上0-$24,999250200375550$25,000+430300700500哪个年龄段及收入水平人群的三酸甘油脂水平（身体脂肪量）趋势与其他均不同？SlideafterStephenKosslyn,ClearandtothePoint使用记忆进行查询和分析SlideafterStephenKosslyn,ClearandtothePoint可视化查询和分析总结：可视化协助思考使用感知代替认知作为大量工作记忆的外界辅助增强认知能力“Visualizationisreallyaboutexternalcognition,thatis,howresourcesoutsidethemindca