基于箭靶隐喻的多维信息可视化系统

摘要 我们处在一个信息爆炸的时代。对繁杂的抽象信息之间的复杂关系进行探索的努力，促使了信息可视化这一崭新科学领域的出现，它结合了科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学、认知科学等诸多学科的理论和方法。信息可视化与科学可视化的区别在于，科学可视化的研究对象主要是具有几何属性的科学数据，而信息可视化则主要应用于没有几何属性的抽象信息，揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。本文对信息可视化的概念、意义、主要问题和技术、研究现状作了综述，并简单介绍了我们正在进行的相关研究工作。 近些年来，随着计算机在各行各业越来越广泛的应用以及Internet的飞速发展，各类的数据也越积越多。如何从。堆积如山”的数据中找到有用的信息，并以直观的形式展示出来就成了一大难题。由此产生了一个广泛的需求，信息可视化也就应运而生。除了如何绘制关注对象的可视属性以外，更重要的问题是如何把这些非空间抽象信息映射为有效的可视化形式?。此即信息可视化的研究范畴。 关键词 信息可视化 可视化结构 科学可视化 人机交互 知识挖掘 多维可视化存在的问题 ( 1) 多维信息可视化的实现很大程度上仍依赖于一维、二维或三维空间来实现。由于一维、二维或三维信息可视化都能很直观的通过线、面或者三维空间表示, 但是多维信息由于其维度超过3 个, 而人们的习惯又只限于三维以内。另外, 多维信息又不同于时间序列信息、层次信息、网络信息, 有着很强的逻辑性。如何将这种多维转化为三维或三维以内,或者用其他的方法让人们更好地接受, 是多维模型需要进一步研究的。 ( 2) 多维信息可视化的实现可以更高地实现隐性知识的挖掘。显性知识是可以通过语言表达和理解的知识, 如专利、发明和特种技术等都属于显性知识, 它可以储存在光盘、硬盘、书本等介质中。而隐性知识不是很容易能用语言描述和理解的。除了少量的知识可被人理解和描述外, 绝大部分是不易被理解和传播的, 被叫做“ 只可意会, 不可言传”的知识, 它只能被演示证明存在。多维信息可视化模型, 正好利用这种被演示证明存在, 通过多维从不同维度出发将信息演示出来。在表达中, 我们更关注相关维的关系以及它们的排序和不同排序表达出来的信息效用。另外, 由于用户对信息的需求不同, 因而会产生对信息维的不同需求, 针对不同用户提出符合用户的多维信息可视化模型。由于摆在我们面前的信息都属于显性的, 我们还需要通过不同维度的排序方法和对信息进行挖掘的方法, 实现对隐性知识的挖掘。 1.1 隐喻的概念 1.1.1 隐喻的认知基础 　　从修辞学角度说，隐喻是比喻中的一种，等同于暗喻。从语言结构的角度说，隐喻由喻体、本体、喻词、喻底4个要素构成。但是从根本上说，隐喻是一种认知转换，就是根据另一种经验来理解和体验某个事物。具体来说，通过相似属性的比较，隐喻常常会用熟悉的、简单的、具体的、直觉的、众所周知的概念或事物，来解释和描述另一个崭新的、复杂的、抽象的、不知名的概念或事物。其目的无非是让后者更容易被识别、交流、理解和记忆。当代的隐喻研究者大都同意这样一种看法，即隐喻是人类认知的基本方式。 　　隐喻是现实世界和抽象世界的映射关系。根据结构映射理论，隐喻由源域、源域子项、目标域、目标域子项、映射关系5个要素构成。源域指隐喻的来源，是现实世界在人脑中的反映。目标域是隐喻中需要被解释和描述的对象域。子项代表源域或目标域中的概念、要素、组成部分等，是映射关系一一对应的喻体和本体。隐喻在本质上不只是喻体和本体的相似性联系，而是源域和目标域之间的基于人类共同经验的类同。 1.1.2 隐喻在可视化系统中的作用 　　在人机交互界面设计中，隐喻被广泛使用，因为人机交互的过程其实就是人们认知的过程。使用隐喻来设计各种模型，可以使得人机交互更加便利。信息可视化系统从设计、开发、实现到使用过程中，存在三种模型：设计模型、系统模型和用户模型。隐喻在其中充当了桥梁和纽带的作用，负责沟通三种模型所要传达的概念、意义、属性和功能等(见图1)。适当隐喻的选取，可以使得系统设计人员、系统开发实施人员、系统用户三方对系统的理解处在同样的认知基础上。由于设计模型和系统模型都是在熟悉的隐喻背景下形成，两个模型间不协调的程度大大降低；另一方面，用户通过隐喻可以越过系统模型，直接理解设计模型所表达的意义，这又减少了用户和系统设计者之间交流的中介，避免了由交流媒介所带来的噪音。 1.2 可行性研究 该阶段通过对系统目标的初步调研和分析，提出可行性方案并进行论证。在这里主要从技术可行性、经济可行性和操作可行性这三个方面进行分析。 1.2.1 技术可行性 技术可行性要考虑现有的技术条件是否能够顺利完成开发工作，软硬件配置是否满足开发的需求等。本软件用的是Java开发语言，调试相对简单，当前的计算机硬件配置也完全能满足开发的需求。软件方面：由于目前单机模式相对发展成熟，故软件的开发平台成熟可行,它们速度快、容量大、可靠性能高、价格低，完全能满足系统的需求。因此在技术上是绝对可行的。 1.2.2 经济可行性 开发该软件所需的相关资料，可以通过图书馆借阅相关图书，上网搜索所需要的相关文献资料，所需的其他应用软件、硬件系统也易于获得。因此,开发成本较低。所以，从经济的角度来看，该软件可行。 1.2.3 操作可行性 本软件用的是Java开发语言在Eclipse平台上设计，能够对常用文件格式（比如.txt，.doc，.avi，.mp3等）进行加密和解密。Java是一种跨平台的，面向对象的，分布式的，解释的，健壮的安全的，结构的中立的，可移植的，性能很优异的多线程的，动态的语言。 Eclipse是一个开放源代码的软件开发项目，专注于为高度集成的工具开发提供一个全功能的、具有商业品质的工业平台。所以，从操作角度来看，该软件是绝对可行的。 综上所述，本软件的开发从技术上、从经济上、从操作上都是完全可行的。 1.3 本章小结 本章主要介绍了基于箭靶隐喻的多维信息可视化系统的设计与实现课题的研究背景及目的和意义，从技术、经济和操作三个方面分析了本次毕业设计开发的可行性。