CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TRỰC QUAN HOÁ VÀ BÀI TOÁN TRỰC QUAN HÓA TRẠNG THÁI GIAO THÔNG HÀ NỘI 1. Khái quát trực quan hóa 1. Trực quan hóa Trực quan hóa (visualization) là kỹ thuật tạo ra những hình ảnh, biểu đồ để diễn tả thông điệp. Trực quan hóa nghiên cứu trình bày một cách trực quan, tương tác khối dữ liệu trừu tượng để tăng cường nhận thức của con người.
Trực quan hóa thông qua những hình tượng trực quan đã diễn tả những ý tưởng trừu tượng và cụ thể từ thủa sơ khai của loài người. Những ví dụ trong lịch sử như những hình vẽ trong hang động, chữ tượng hình Ai Cập, hình học Hi Lạp và những phương pháp mang tính cách mạng của những bản vẽ kỹ thuật dành cho mục tiêu khoa học và công nghệ của Leonardo da Vinci [4]. Ngày nay, trực quan hóa đã mở rộng ứng dụng trong các ngành khoa học, đào tạo, công nghệ, môi trường tương tác, dược,. điển hình của ứng dụng trực quan hóa là sử dụng đồ họa máy tính.
Việc phát minh ra đồ họa máy tính có thể là sự phát triển quan trọng nhất của trực quan hóa kể từ khi phát minh ra cách phối cảnh trung tâm từ thời kỳ Phục Hưng. Và sự phát triển của animation cũng giúp gia tăng trực quan hóa. Việc sử dụng trực quan hóa để biểu diễn dữ liệu không phải là hiện tượng mới. Nó đã được sử dụng trong bản đồ, bản vẽ khoa học, những sơ đồ dữ liệu từ hàng ngàn năm trước.
Đồ họa máy tính ngay từ khi ra đời đã được sử dụng để nghiên cứu các vấn đề khoa học. Tuy nhiên, trong những ngày đầu sự thiếu năng lực đồ họa đã hạn chế lợi ích của chúng. Tầm quan trọng của trực quan hóa như hiện nay bắt đầu từ năm 1987 khi xuất bản cuốn “Visualization in Scientific Computing, a special issue of Computer Graphics”. Từ đó đã có vài hội nghị, hội thảo đã được bảo trợ bởi IEE Computer Society và ACM SIGGRAPH dành cho những chủ đề thông thường và những lĩnh vực đặc biết như trực quan hóa khối lượng.
2 download by : skknchat@gmail.com Hầu hết mọi người thấy gần gũi với những hoạt họa số được sinh ra để biểu diễn dữ liệu khí tượng trong những bản tin thời tiết trên tivi, qua đó có thể phân biệt giữa những mô hình thực tế với những ảnh vệ tinh được thể hiện trong chương trình. Trên TV cũng thường có những trực quan hóa khoa học như thể hiện hoạt động của máy tính, hay những sự tái hiện hoạt động của phố xá hoặc những tai nạn máy bay, hay là những hoạt động của tàu vũ trụ. Một dạng động khác của trực quan hóa là những hoạt họa giáo dục hoặc những biểu diễn theo thời gian có khả năng làm nổi bật sự hiểu biết về hệ thống biến đổi theo thời gian. Trực quan hóa khoa học thường được thực hiện bởi những phần mềm chuyên biệt.
Một số phần mềm chuyên biệt đó được phát hành dưới dạng mã mở và thường là bắt nguồn từ các trường đại học, trong môi trường học thuật thì việc chia sẻ công cụ phần mềm và cho phép sử dụng mã nguồn là bình thường. Bên cạnh đó, cũng có nhiều phần mềm bản quyền trực quan hóa khoa học.1: Trực quan hóa khoa học mô phỏng sự bất ổn định Raleigh-Taylor bởi sự hòa trộn giữa 2 chất lưu. Trực quan hóa khoa học (Scientific visualization) Trực quan hóa khoa học là sự biến đổi, lựa chọn và biểu diễn dữ liệu từ thử nghiệm hoặc mô phỏng với cấu trúc hình học tuyệt đối hoặc rõ ràng để cho phép khảo sát, phân tích và hiểu dữ liệu. Trực quan hóa khoa học quan tâm và nhấn mạnh sự biểu diễn dữ liệu và sử dụng chủ yếu là kỹ thuật đồ họa và hoạt 3 download by : skknchat@gmail.
Phần quan trọng nhất của trực quan hóa khoa học là biểu diễn trực quan các thí nghiệm và hiện tượng như nó đã xảy ra. Những khu vực truyền thống của trực quan hóa khoa học là: trực quan hóa dòng chảy, y khoa, thiên văn, hóa học Trực quan hóa thông tin (Information visualization) Trực quan hóa thông tin tập trung những công cụ máy tính hỗ trợ để khảo sát lượng lớn dữ liệu trừu tượng. Cụm từ “information visualization” bao hàm lựa chọn, định dạng và biểu diễn dữ liệu theo dạng dễ hiểu và tham khảo cho người sử dụng. Điều quan trọng trong trực quan hóa thông tin là cường độ trực quan và tính tương tác.
Những công nghệ mạnh mẽ cho phép người sử dụng thay đổi trực quan trong thời gian thực tạo ra khả năng tuyệt vời cảm nhận về nguyên mẫu và mối quan hệ cấu trúc với dữ liệu trừu tượng ban đầu. Trực quan hóa giáo dục (Educational visualization) Trực quan hóa giáo dục ít khi sử dụng bộ giả lập mà thường tạo trước ở máy tính các hình ảnh về cái gì đó để phục vụ cho giáo dục. Nó rất hữu ích khi dạy những chủ đề khó như cấu trúc nguyên tử bởi vì nguyên tử quá nhỏ để nghiên cứu dễ dàng mà không tốn kém và rất khó có điều kiện để sử dụng những trang bị kỹ thuật cao cấp khi nghiên cứu Trực quan hóa tri thức (Knowledge visualization) Là sử dụng biểu diễn trực quan hóa để chuyển đổi tri thức giữa ít nhất 2 người để cải thiện cách thức truyền tri thức bằng cách sử dụng các phương thức trực quan hóa sử dụng máy tính và không sử dụng máy tính bổ sung nhau. Một số định dạng trực quan như: trực quan hóa bằng bảng phác thảo, biểu đồ, hình ảnh, đối tượng, tương tác, các ứng dụng trực quan hóa thông tin và trực quan hóa ảo.
Trực quan hóa sản phẩm (Product visualization) Trực quan hóa sản phẩm bao gồm các công nghệ phần mềm trực quan để quan sát và vận hành mô hình 3D, bản vẽ kỹ thuật và những tài liệu liên quan khác của các thành phần sản xuất và khối lượng lớn các sản phẩm. Đó là 4 download by : skknchat@gmail.com một phần chủ chốt trong quản lý vòng đời sản phẩm. Phần mềm trực quan hóa sản phẩm điển hình cung cấp hình ảnh thực cấp độ cao của sản phẩm đó trước khi sản xuất. Mục đích của chức năng này xuyên suốt từ thiết kế và tạo kiểu dáng đến bán hàng và tiếp thị.
Trực quan hóa sản phẩm là một hướng quan trọng của quá trình phát triển sản phẩm. Truyền thông trực quan (Visual communication) Truyền thông trực quan là phương pháp truyền những ý tưởng thông qua hiển thị trực quan thông tin. Căn bản nó liên quan đến ảnh 2 chiều, nó bao gồm: chữ và số, nghệ thuật, ký hiệu và các tài nguyên điện tử. Nghiên cứu hiện nay hướng đến thiết kế web và tiện ích hướng đồ họa.
Phân tích trực quan (Visual analytics) Phân tích trực quan tập trung vào sự tương tác giữa con người với hệ thống trực quan hóa như một phần của quá trình phân tích dữ liệu. Phân tích trực quan được định nghĩa như là “môn khoa học phân tích được hỗ trợ bởi giao diện tương tác trực quan”. Trọng tâm của nó là sự trình bày thông tin trong không gian thông tin lớn và thay đổi liên tục. Nghiên cứu phân tích trực quan tinh lọc những sự vận hành thực tế và tri giác khiến cho người dùng xác định được những kết quả định trước và khám phá những kết quả không định trước không không gian thông tin phức tạp.
Để trình bày dữ liệu một cách hiệu quả, việc trực quan hóa dữ liệu nên: - Hiển thị dữ liệu - Tạo cho người xem có những suy nghĩ về chất hơn là về các phương pháp luận, thiết kế đồ họa, công nghệ sản xuất đồ họa hay những thứ khác - Tránh bóp méo dữ liệu - Trình bày nhiều số trong một không gian nhỏ - Làm dữ liệu lớn trở nên mạch lạc - Kích thích mắt để so sánh các phần khác nhau của dữ liệu - Trình bày dữ liệu chi tiết ở nhiều cấp độ, từ tổng quan đến chi tiết 5 download by : skknchat@gmail.com - Được tích hợp chặt chẽ với các mô tả thống kê và lời nói của một tập dữ liệu 1. Trực quan hóa dữ liệu Trực quan hóa dữ liệu (data visualization hay data visualization) là một phân nhánh của trực quan hóa với những thống kê được trình bày bằng đồ họa và các thông tin địa lý hoặc dữ liệu không gian (như những bản đồ chuyên đề) được phân tán trong các dạng biểu đồ. Trực quan hóa dữ liệu được quan niệm bởi nhiều ngành lý thuyết tương đương như một mô hình hiện đại của truyền thông trực quan. Nó không thuộc riêng một lĩnh vực nào mà là sự giao thoa của nhiều ngành.
Một số người quan niệm nó như một nhánh hiện đại của thống kê mô tả, một số khác coi nó là công cụ phát triển lý thuyết nền. Nó bao gồm sự sáng tạo và nghiên cứu phương thức trình diễn trực quan dữ liệu. Mục tiêu chính của trực quan hóa dữ liệu là truyền thông tin rõ ràng và hiệu quả cho người sử dụng thông qua đồ họa được lựa chọn như bảng biểu hoặc biểu đồ. Một trực quan hóa hiệu quả giúp cho người dùng đưa ra các phân tích và luận điểm về dữ liệu và luận cứ.
Nó khiến dữ liệu phức tạp trở thành dễ hiểu và dễ sử dụng hơn. Người sử dụng có thể có những động tác phân tích đặc biệt như tạo phép so sánh, nhân quả và áp dụng thiết kế đồ họa (để hiển thị so sánh, nhân quả…). Bảng biểu thường được dùng khi xem xét phép đo lường của một biến và các loại biểu đồ sẽ hiển thị kết quả hoặc liên hệ với dữ liệu của một hay nhiều biến. Trực quan hóa dữ liệu có cả tính khoa học và nghệ thuật.
Tốc độ dữ liệu sinh ra ngày càng lớn cùng với sự gia tăng của nền kinh tế phụ thuộc vào thông tin. Dữ liệu được tạo bởi hoạt động internet và sự tăng khối lượng cảm biến môi trường như dữ liệu vệ tinh và camera giao thông dẫn đến “Big Data”. Gia công, phân tích và liên kết dữ liệu hiện có ở nhiều định dạng khác nhau là thách thức lớn cho trực quan hóa dữ liệu. 6 download by : skknchat@gmail.com a) Tổng quan.2 : Trực quan hóa dữ liệu là một trong các bước trong phân tích và trình diễn dữ liệu.
Trực quan hóa dữ liệu hướng đến những công nghệ sử dụng để truyền dữ liệu hoặc thông tin bằng cách chuyển đổi chúng thành các đối tượng trực quan được trình bày bằng đồ họa. Mục đích chính là làm cho thông tin rõ ràng và hiệu quả khi sử dụng. Nó là một trong các bước trong phân tích dữ liệu hoặc khoa học dữ liệu.