數(shù)據(jù)可視化應用領域及作用

朱寅非

（南京城市職業(yè)學院工程與信息學院 江蘇省南京市 211200）

宏觀信息化時代生態(tài)下，現(xiàn)代人的生產(chǎn)生活被互聯(lián)網(wǎng)應用“包圍”，為之輸出了極為豐富的便捷服務，其在生活中的一個表情、一句問候、生理變化等細微動態(tài)均被轉化為數(shù)據(jù)記錄下來，繼而通過分析，提供個性化服務。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)應用延展，整個世界處于信息“大爆炸”的時代，數(shù)據(jù)量的增長比以往任何一個歷史時期都要更快，是驅動人類社會發(fā)展的又一重大機遇。在此過程中，數(shù)據(jù)可視化提供了一種更為形象、快捷的數(shù)據(jù)分析處理方式，并釋放出了多方面的應用價值。

1 何謂數(shù)據(jù)可視化

從數(shù)據(jù)可視化的發(fā)生到發(fā)展，現(xiàn)階段的技術結構日臻成熟，其本身有著較為悠久的歷史淵源，是計算機科學承托下最活躍和關鍵的研究領域。對數(shù)據(jù)可視化的相關認知與理解，是其更好應用于現(xiàn)實生產(chǎn)生活的基礎，具體表述如下：

1.1 發(fā)展

根據(jù)百度百科的相關釋義，可視化即是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數(shù)據(jù)轉化成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，再進行交互處理的理論、方法和技術。尋根溯源，最早的可視化思想誕生于歐洲中世紀晚期，伴隨著經(jīng)濟、技術的發(fā)展，包括三角測量、數(shù)學函數(shù)等，人們開始了對概率論和人口統(tǒng)計學的研究。直至18世紀，直方圖、柱狀圖、圓環(huán)圖等相繼出現(xiàn)，孕育了數(shù)據(jù)可視化的雛形，最終在上世紀中后期開始，計算機科學的發(fā)展賦予了其新的生命力?？v觀數(shù)據(jù)可視化，其與科學可視化、信息可視化、知識可視化、思維可視化等有著密切的關聯(lián)，作為一個相對年輕的學科，有著十分豐富的內(nèi)涵。有學者指出，“在科學可視化基礎上誕生的‘數(shù)據(jù)可視化‘將大量數(shù)據(jù)組合構成數(shù)據(jù)圖像，同時將數(shù)據(jù)的各個屬性值以多維數(shù)據(jù)的形式表示，使人們能夠以更直觀的方式從不同的維度觀察數(shù)據(jù)及其結構關系，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的信息?！睌?shù)據(jù)可視化的生成處于一個動態(tài)演化的過程中，所牽連到的技術方法運用十分廣泛，亦是驅動著其運用邊界的持續(xù)擴大。尤其是大數(shù)據(jù)時代生態(tài)下，數(shù)據(jù)可視化更多地被視作為一種應用技術，是計算機圖形、圖像處理、計算機視覺、人機交互等學科交叉融合的結果，與數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)管理等有著十分緊密的關聯(lián)性。

1.2 優(yōu)勢

從本質意義上而言，數(shù)據(jù)可視化的終極目標是洞悉蘊含在數(shù)據(jù)中的現(xiàn)象和規(guī)律，其中包含著發(fā)現(xiàn)、決策、解釋、分析、探索和學習等多重含義。而數(shù)據(jù)作為一種標準化的語言，通過可視化表達與傳遞，可幫助那些沒有觀察和親歷的人解決信息不對稱的問題，從而輔助降低了決策成本，提高了決策效率。事實上，人腦對視覺信息的處理要比書面信息容易得多，通過可視化圖表的方式來總結復雜數(shù)據(jù)，確保了對變量關系的理解深度，數(shù)據(jù)可視化工具則提供了實時動態(tài)信息，使得利益相關者更容易對整個企業(yè)進行評估，從而根據(jù)經(jīng)濟市場變化更快調整，以增強自身競爭優(yōu)勢。同時，對于企業(yè)管理者而言，他們常常要面對許多規(guī)范化的業(yè)務報告文檔，而其又常常被靜態(tài)表格和各種圖表類型所夸大，以至于無法記住這些內(nèi)容，其本身亦不需要太過詳細的信息。數(shù)據(jù)可視化可以使一些簡短的圖形體現(xiàn)復雜信息，有助于忙碌的企業(yè)管理者快速了解問題并做出決策計劃。另外，數(shù)據(jù)可視化分析下，數(shù)據(jù)將每一維的值分類、排序、組合和顯示，可以看到表示對象或事件的數(shù)據(jù)的多個屬性和變量，所呈現(xiàn)出的結果更為詳細。除卻上述這些，精心設計的數(shù)據(jù)可視化圖形，還表現(xiàn)出了強大的表現(xiàn)力，增強了信息的影響力，從而吸引了人們的閱讀興趣，這是傳統(tǒng)電子表格所無法達到的。

2 數(shù)據(jù)可視化應用領域及作用

數(shù)據(jù)可視化作為現(xiàn)代科技與藝術融合發(fā)展的產(chǎn)物，唯有在實踐層次上才能凸顯其價值，其多重方面的優(yōu)勢特點表現(xiàn)，為之在各領域的應用鋪墊了基礎。作者基于上述認知，結合實際情況，重點就生命科學、地理氣象、工業(yè)工程、金融商務、教育教學等幾個重點領域的數(shù)據(jù)可視化應用進行了探微，相關論述如下：

2.1 生命科學

生命科學作為人類自我認知的重要學科，可以更好地實現(xiàn)人類健康全面發(fā)展，是最基本的需求，時至今日，在化學、數(shù)學、物理學等交叉滲透影響下，其面貌發(fā)生了極大的變化。在當前信息技術高速發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)可視化在生命科學領域的應用日臻成熟，尤其是在醫(yī)學界成為了造福人類的重大工程。目前來講，數(shù)據(jù)可視化在醫(yī)學領域的應用，最為常見的當屬三維圖像可視化，其本身類屬于生物醫(yī)學圖像處理技術，如CT、PET 等，兩者結合輔以可視化手段處理，可以幫助醫(yī)生更為精準地定位病變體屬性，包括大小、形態(tài)以及空間位置等，并可分辨其與周圍生物組織的關系，從而提升了診療效果。同時，數(shù)據(jù)可視化在生命科學領域的應用，還可模擬器官形態(tài)和病變情況，對于重大醫(yī)療項目，通過手術前的多次實驗論證，最終得到最佳的解決方案，提升了醫(yī)療服務水平，有效降低了病人所面臨的風險。除此之外，隨著現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生改革，信息化的嵌入，使得臨床數(shù)據(jù)量明顯增長，其中很多有用信息以零散的狀態(tài)存儲于異構臨床信息系統(tǒng)當中，數(shù)據(jù)可視化的應用加持，實現(xiàn)了以患者為中心的數(shù)據(jù)組織模式轉變，直觀呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，有利于推動醫(yī)療衛(wèi)生質量的精細化管理，包括醫(yī)療保險管理、經(jīng)濟學實時監(jiān)控、醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘等，符合國家戰(zhàn)略部署要求。

2.2 地理氣象

地理是一門關于生活在地球上的人與他所處地理環(huán)境之間關系的綜合性基礎學科，相關信息結合是多向度的，主要包括地理學和地圖學兩大主體，分別描述了自然和文化現(xiàn)象的分布情況，具有時間性、空間性、屬性三大要素。地圖本身作為一種歷史悠久的地理信息可視化符號模型，在簡單的線條勾勒下附上不同顏色色塊進行區(qū)域劃分，是最原始的可視化產(chǎn)物之一。而數(shù)據(jù)可視化的應用，則將地圖打造成為一個虛擬真實的世界，通過放大縮小改變鏡頭焦距，實現(xiàn)了宏觀和微觀事物的辨別，帶給用戶以身臨其境般的沉浸感，進一步便捷了現(xiàn)代化生活。同時，基于數(shù)據(jù)可視化處理的地理信息，還可幫助人類進一步了解地球系統(tǒng)結構，如火山構造、運動情況、環(huán)境污染等，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標提供了有力支持。數(shù)據(jù)可視化在氣象信息處理方面的應用，與上述原理類同，可模擬天氣情況進行實驗，從而更為精準地預測氣象變化，提高了人類生產(chǎn)生活安全性。在此基礎上，以直觀的方式對氣象數(shù)據(jù)信息進行可視化表達，將復雜抽象的數(shù)據(jù)轉化為可讀、形象的圖形動畫，達到了大眾傳播的目的，有利于增強受眾對氣象信息和科普知識的理解，服務屬性攀升到了一個新的層次，滿足了受眾對氣象信息專業(yè)化、高效化的讀取需求。

2.3 工業(yè)工程

從專業(yè)維度上講，現(xiàn)階段工業(yè)工程領域的數(shù)據(jù)可視化應用已然相當成熟，在輸出技術服務便利的同時，亦為普通人深入了解這個行業(yè)搭建了平臺，驅動著我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。市場經(jīng)濟形態(tài)下，人們的消費個性愈加顯現(xiàn)，依托數(shù)據(jù)可視化在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，實現(xiàn)了私有產(chǎn)品定制，其作為一種全新的藝術表達范式，為人們提供了更多創(chuàng)造美的機會，另一種程度上提升了現(xiàn)代企業(yè)核心競爭力。同時，圖紙設計作為工業(yè)工程建設的基礎，有著很強的專業(yè)性，其中各類代碼和數(shù)據(jù)交錯，給行業(yè)之外的人造成了極大的理解困難。緣于此，對于機械零配件的制作，如軸承、螺栓、開關等，其在圖紙上的顯示只是一些抽象符號，需要設計師與制作人員深度溝通，如若表達不清或理解偏差，最終都會導致零配件制作失敗。而數(shù)據(jù)可視化在工業(yè)工程領域的應用，實現(xiàn)了“所見即所得”，通過建模渲染等技術將抽象的符號轉化為三維圖形，輔助設計師表達，可更為精準地呈現(xiàn)零配件細節(jié)，大大降低了出錯概率。除此之外，對于大型工程技術研究而言，需要在不同的工況下進行測試，耗費了大量人力、物力、財力和時間，而基于數(shù)據(jù)可視化的模擬實驗，則可將各類數(shù)據(jù)變化動態(tài)顯示在屏幕上，為工程師計算提供了諸多便利，以此來尋求最佳的問題解決方法。

2.4 金融商務

在當前信息大爆炸的新時代，“互聯(lián)網(wǎng)+”已然上升到國家戰(zhàn)略部署層次，并驅動著人類生產(chǎn)生活的深度變革，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，其中存在著一定的隱秘關聯(lián)，通過分析可找到事物的發(fā)展規(guī)律和趨勢，是現(xiàn)代企業(yè)順應經(jīng)濟市場競爭潮流的重要資本，對其可持續(xù)發(fā)展至關重要。數(shù)據(jù)可視化與數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等相關技術的組合，生成了商業(yè)智能這個全新的生態(tài)領域，通過對企業(yè)內(nèi)部運營或外部競爭關聯(lián)數(shù)據(jù)的整合分析，支持管理層決策，可幫助企業(yè)更好地適應經(jīng)濟市場變化，維持自身較強的競爭實力。實踐層次上講，商業(yè)智能可視作為發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的重要手段。尤其是在金融領域，并非所有的管理決策者都是計算機專家，而為了更好地適應時代發(fā)展潮流，輸出更為優(yōu)質的服務，穩(wěn)固企業(yè)核心競爭地位，就需要通過一種工具獲得知識和洞察力，可視化商業(yè)智能正是填補了這個板塊的空白，它能夠將數(shù)據(jù)資源、成本控制、盈利分析、績效指標、風險管理等整合在一起，極大的覆蓋面以及強大的可視化，發(fā)揮了內(nèi)容豐富的報表功能，有著極高的決策參考價值。同時，數(shù)據(jù)可視化還在一定程度上提升了企業(yè)領導層的決策反應速度，以更好適應瞬息萬變的市場經(jīng)濟環(huán)境，繼而由此獲得更高的經(jīng)濟產(chǎn)出收益，是現(xiàn)代企業(yè)管理變革的重要方向。

2.5 教育教學

在人類發(fā)展工程當中，教育教學始終擺放在首位，強調人才的驅動力。傳統(tǒng)應試教育模態(tài)下，教師為中心，過度偏重以圖形圖像的方式呈現(xiàn)教學內(nèi)容、支持學生知識架構，卻忽視了數(shù)據(jù)信息本身所具有的動態(tài)變化性、溝通力和說服力，很容易給學生造成呆板的印象，難以提起參與興趣。數(shù)據(jù)可視化在教育教學領域的應用，支持學生更為直觀地了解知識本身，并借助形象化的圖表、圖像，幫助其消化理解。同時，課堂數(shù)據(jù)可視化，還建構了教學關聯(lián)的課堂數(shù)據(jù)，通過即時反饋、全局展示、動態(tài)累積等多舉措并行的方式，表征課堂動態(tài)，并由此發(fā)現(xiàn)問題，促進了教學改進的良性循環(huán)。在此過程中，基于數(shù)據(jù)可視化表達的方式，高度濃縮了學生動態(tài)關聯(lián)數(shù)據(jù)信息，方便教師了解分析學生表現(xiàn)情況，繼以輸出個性化引導服務，提高了課堂管理的公平性、全局性和有效性，并在一定程度上促進了師生交互，導引更深層次的教學設計優(yōu)化。除此之外，課堂數(shù)據(jù)可視化在突出學生教學主體之余，還增進了課堂交互的自由度，為學生搭建了更為私密的自我表達舞臺，降低了課堂教學公開透明所造成的隱性心理壓力，是尊重和保護學生成長的有效途徑。未來，數(shù)據(jù)可視化在教育教學領域的應用，將釋放出更大的可為空間，有利于促進師生雙向素質發(fā)展。

3 結語

綜上所述，數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展有著十分悠久的歷史淵源，是現(xiàn)代科技發(fā)展的尖端產(chǎn)物，并展現(xiàn)出了多重方面的優(yōu)勢，在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中的應用愈加廣泛，重點突出在生命科學、地理氣象、工業(yè)工程、金融商務、教育教學等領域，并發(fā)揮了重要的積極作用，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的價值，未來發(fā)展不可限量。作者希望學術界大家持續(xù)關注此類課題研究，結合時代發(fā)展，從不同領域需求切入，依托數(shù)據(jù)可視化的功能優(yōu)勢，提出更多有效應用建議。