“可視化”又叫視覺化（Visualization），就字面意義講，可理解為將不可見的東西轉(zhuǎn)變成人的視覺可見的東西。但這里所說的“可視化”被科學(xué)家賦予了一定的科學(xué)含義，成了“科學(xué)計(jì)算可視化”（Visualization in Scientific Computing）的簡(jiǎn)稱。不僅指計(jì)算結(jié)果的可視化，還指計(jì)算過程的可視化；不僅包括科學(xué)計(jì)算可視化即數(shù)據(jù)可視化，還引申為對(duì)信息的可視化。

可視化思維是個(gè)人通過探索數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)系來(lái)揭示新問題、形成新觀點(diǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生新的綜合、找到新的答案并加以確認(rèn)；而可視化交流是向公眾表達(dá)已經(jīng)形成的結(jié)論和觀點(diǎn)。可視化思維和可視化交流代表著信息處理的不同階段半程（圖1-4）。雖然這兩個(gè)階段所面對(duì)的群體不同，處理方式不同，處理、輸出對(duì)象和內(nèi)容也不相同，但相互間存在著源和流的密切關(guān)系。

對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)三個(gè)層次的可視化分別是數(shù)據(jù)可視化、信息可視化和知識(shí)可視化。最早出現(xiàn)的可視化概念是科學(xué)計(jì)算可視化，后發(fā)展為數(shù)據(jù)可視化，隨著信息和知識(shí)的處理需求，出現(xiàn)了信息可視化和知識(shí)可視化研究方向。

1.科學(xué)計(jì)算可視化

科學(xué)計(jì)算可視化這一術(shù)語(yǔ)是1987年由美國(guó)Mc Cormick等提出的。1986年10月美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)發(fā)起組織了一個(gè)專家特別會(huì)議，會(huì)議召集了一批著名的科學(xué)家，軟件工程師，藝術(shù)家，硬、軟件制造商來(lái)共同討論科學(xué)計(jì)算可視化的技術(shù)發(fā)展與研究戰(zhàn)略。專家們一致認(rèn)為，應(yīng)該把發(fā)展可視化工具（包括適合于圖形圖像處理技術(shù)的硬、軟件和視覺界面工具）放在首要的位置。專家會(huì)議還建議由自然科學(xué)基金會(huì)建立一門“科學(xué)計(jì)算可視化”的交叉學(xué)科。自此，科學(xué)計(jì)算可視化作為一個(gè)新名詞頻繁出現(xiàn)在各類學(xué)術(shù)刊物文獻(xiàn)中，科學(xué)計(jì)算可視化研究便在一系列傳統(tǒng)和新興學(xué)科中引起重視，如在計(jì)算數(shù)學(xué)、分析化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、地學(xué)、建筑學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

圖1-4 可視化的概念模型

在與會(huì)專家提交的報(bào)告中，將科學(xué)計(jì)算可視化定義為“是一種計(jì)算方法，它將符號(hào)轉(zhuǎn)化成幾何圖形，便于研究人員觀察其模擬和計(jì)算……”科學(xué)計(jì)算可視化包括了圖像理解與圖像綜合。這就是說，可視化是一個(gè)工具，用來(lái)解譯輸入到計(jì)算機(jī)中的圖像數(shù)據(jù)和從復(fù)雜的多維數(shù)據(jù)中生成圖像。它主要研究人和計(jì)算機(jī)怎樣協(xié)調(diào)一致地感受、使用和傳輸視覺信息。這一定義主要是從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度擬定的，側(cè)重于復(fù)雜數(shù)據(jù)的圖形圖像處理與表示的計(jì)算機(jī)技術(shù)方面，同時(shí)將人和計(jì)算機(jī)對(duì)視覺信息的感知行為作為研究?jī)?nèi)容（江斌等，1995）。

在此之前，由于圖形信息一目了然，幾乎所有科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域都利用計(jì)算機(jī)圖形來(lái)加強(qiáng)信息的傳遞和理解，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺也成功地用來(lái)處理各類醫(yī)學(xué)圖像和地面衛(wèi)星圖像，以幫助人們理解和利用這類圖像數(shù)據(jù)。因而也可認(rèn)為科學(xué)計(jì)算可視化是一門把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺綜合應(yīng)用于計(jì)算科學(xué)的學(xué)科。計(jì)算科學(xué)是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)從事計(jì)算的科學(xué)與工程學(xué)科。因此也可以直接將科學(xué)計(jì)算可視化理解為一種同時(shí)滿足圖像理解和綜合的工具，即通過研制計(jì)算機(jī)工具、技術(shù)和系統(tǒng)，把實(shí)驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算獲得的大量抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人的視覺可以直接感受的計(jì)算機(jī)圖形圖像，從而可以進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)系特征探索和分析，以獲取新的理解和知識(shí)。所以，科學(xué)計(jì)算可視化又稱科學(xué)可視化、計(jì)算機(jī)可視化或電腦可視化。

科學(xué)計(jì)算可視化把人腦和電腦這兩個(gè)強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)連接在一起，可視化系統(tǒng)的可視交互界面可以讓用戶快速并有效地觀察、查詢、探索、理解大容量數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)里面隱藏的對(duì)象關(guān)系、形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

2.數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化概念首先來(lái)自科學(xué)計(jì)算可視化，科學(xué)家們不僅需要通過圖形圖像來(lái)分析由計(jì)算機(jī)算出的數(shù)據(jù)，而且需要了解在計(jì)算過程中數(shù)據(jù)的變化。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化概念已大大擴(kuò)展，它不僅包括科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)的可視化，而且包括工程數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化?，F(xiàn)代的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)指的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺及人機(jī)交互技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。

3.信息可視化

科學(xué)計(jì)算可視化研究的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)象大多具有物理空間特征，其數(shù)據(jù)來(lái)自科學(xué)實(shí)驗(yàn)或者模型模擬，但近些年來(lái)對(duì)快速增長(zhǎng)的因特網(wǎng)和萬(wàn)維網(wǎng)空間內(nèi)的海量信息，數(shù)字化帶來(lái)的大量商業(yè)信息以及龐大的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的信息，在可視化研究領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)新的分支，即信息可視化。信息可視化是把抽象的、大多不具有物理空間本質(zhì)特征的信息轉(zhuǎn)化成空間分布形式的圖形圖像，從而幫助用戶理解或者發(fā)現(xiàn)其中隱藏的如物本質(zhì)關(guān)系與形態(tài)和結(jié)構(gòu)。

信息可視化是指非空間數(shù)據(jù)的可視化（黃志澄，1999）。隨著社會(huì)信息化的推進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益廣泛，信息源越來(lái)越龐大。除了需要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、檢索及分類等外，更迫切需要了解數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系及發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)際上，在激增的數(shù)據(jù)背后隱藏著許多重要的信息，人們希望能夠?qū)ζ溥M(jìn)行更高層次的分析，以便更好地利用這些數(shù)據(jù)。Card et al（1999）將信息可視化定義為：“使用計(jì)算機(jī)支持的、交互性的視覺表示法，對(duì)抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行表示，以增強(qiáng)認(rèn)知?！?/p>

如圖1-5所示，基于60 000封電子郵件存檔數(shù)據(jù)，用不同的線條呈現(xiàn)了地址簿中用戶和個(gè)體之間的關(guān)系。外圍的每個(gè)圈代表一個(gè)人，他們之間的線條代表聯(lián)系，線條亮度越高代表交流的頻率越高。

圖1-5 用戶與個(gè)體之間聯(lián)系關(guān)系信息可視化

4.知識(shí)可視化

知識(shí)可視化（Knowledge Visualization）（Eppler and Burkard，2004）是在科學(xué)計(jì)算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興研究領(lǐng)域，應(yīng)用視覺表征手段，促進(jìn)群體知識(shí)的傳播和創(chuàng)新。

一般來(lái)講，知識(shí)可視化領(lǐng)域研究的是視覺表征在提高兩個(gè)或兩個(gè)以上人之間的知識(shí)傳播和創(chuàng)新中的作用。這樣一來(lái)，知識(shí)可視化指的是所有可以用來(lái)建構(gòu)和傳達(dá)復(fù)雜知識(shí)的圖解手段。

除了傳達(dá)事實(shí)信息之外，知識(shí)可視化的目標(biāo)在于傳輸見解（Insights）、經(jīng)驗(yàn)（Experiences）、態(tài)度（Attitudes）、價(jià)值觀（Values）、期望（Expectations）、觀點(diǎn)（Perspectives）、意見（Opinions）和預(yù)測(cè)（Predictions）等，并以這種方式幫助他人正確地重構(gòu)、記憶和應(yīng)用這些知識(shí)。