數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用領(lǐng)域及作用

朱寅非

（南京城市職業(yè)學(xué)院工程與信息學(xué)院 江蘇省南京市 211200）

宏觀信息化時(shí)代生態(tài)下，現(xiàn)代人的生產(chǎn)生活被互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用“包圍”，為之輸出了極為豐富的便捷服務(wù)，其在生活中的一個(gè)表情、一句問候、生理變化等細(xì)微動(dòng)態(tài)均被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)記錄下來，繼而通過分析，提供個(gè)性化服務(wù)。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用延展，整個(gè)世界處于信息“大爆炸”的時(shí)代，數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)比以往任何一個(gè)歷史時(shí)期都要更快，是驅(qū)動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的又一重大機(jī)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(yīng)用價(jià)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(shù)結(jié)構(gòu)日臻成熟，其本身有著較為悠久的歷史淵源，是計(jì)算機(jī)科學(xué)承托下最活躍和關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。對(duì)數(shù)據(jù)可視化的相關(guān)認(rèn)知與理解，是其更好應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)，具體表述如下：

1.1 發(fā)展

根據(jù)百度百科的相關(guān)釋義，可視化即是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，再進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。尋根溯源，最早的可視化思想誕生于歐洲中世紀(jì)晚期，伴隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，包括三角測(cè)量、數(shù)學(xué)函數(shù)等，人們開始了對(duì)概率論和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究。直至18世紀(jì)，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(jì)中后期開始，計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展賦予了其新的生命力。縱觀數(shù)據(jù)可視化，其與科學(xué)可視化、信息可視化、知識(shí)可視化、思維可視化等有著密切的關(guān)聯(lián)，作為一個(gè)相對(duì)年輕的學(xué)科，有著十分豐富的內(nèi)涵。有學(xué)者指出，“在科學(xué)可視化基礎(chǔ)上誕生的‘?dāng)?shù)據(jù)可視化‘將大量數(shù)據(jù)組合構(gòu)成數(shù)據(jù)圖像，同時(shí)將數(shù)據(jù)的各個(gè)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(jié)構(gòu)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的信息。”數(shù)據(jù)可視化的生成處于一個(gè)動(dòng)態(tài)演化的過程中，所牽連到的技術(shù)方法運(yùn)用十分廣泛，亦是驅(qū)動(dòng)著其運(yùn)用邊界的持續(xù)擴(kuò)大。尤其是大數(shù)據(jù)時(shí)代生態(tài)下，數(shù)據(jù)可視化更多地被視作為一種應(yīng)用技術(shù)，是計(jì)算機(jī)圖形、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、人機(jī)交互等學(xué)科交叉融合的結(jié)果，與數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)管理等有著十分緊密的關(guān)聯(lián)性。

1.2 優(yōu)勢(shì)

從本質(zhì)意義上而言，數(shù)據(jù)可視化的終極目標(biāo)是洞悉蘊(yùn)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(xué)習(xí)等多重含義。而數(shù)據(jù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的語言，通過可視化表達(dá)與傳遞，可幫助那些沒有觀察和親歷的人解決信息不對(duì)稱的問題，從而輔助降低了決策成本，提高了決策效率。事實(shí)上，人腦對(duì)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(jié)復(fù)雜數(shù)據(jù)，確保了對(duì)變量關(guān)系的理解深度，數(shù)據(jù)可視化工具則提供了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，使得利益相關(guān)者更容易對(duì)整個(gè)企業(yè)進(jìn)行評(píng)估，從而根據(jù)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)變化更快調(diào)整，以增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于企業(yè)管理者而言，他們常常要面對(duì)許多規(guī)范化的業(yè)務(wù)報(bào)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(xì)的信息。數(shù)據(jù)可視化可以使一些簡(jiǎn)短的圖形體現(xiàn)復(fù)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(jì)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(duì)象或事件的數(shù)據(jù)的多個(gè)屬性和變量，所呈現(xiàn)出的結(jié)果更為詳細(xì)。除卻上述這些，精心設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)可視化圖形，還表現(xiàn)出了強(qiáng)大的表現(xiàn)力，增強(qiáng)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(dá)到的。

2 數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用領(lǐng)域及作用

數(shù)據(jù)可視化作為現(xiàn)代科技與藝術(shù)融合發(fā)展的產(chǎn)物，唯有在實(shí)踐層次上才能凸顯其價(jià)值，其多重方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)表現(xiàn)，為之在各領(lǐng)域的應(yīng)用鋪墊了基礎(chǔ)。作者基于上述認(rèn)知，結(jié)合實(shí)際情況，重點(diǎn)就生命科學(xué)、地理氣象、工業(yè)工程、金融商務(wù)、教育教學(xué)等幾個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用進(jìn)行了探微，相關(guān)論述如下：

2.1 生命科學(xué)

生命科學(xué)作為人類自我認(rèn)知的重要學(xué)科，可以更好地實(shí)現(xiàn)人類健康全面發(fā)展，是最基本的需求，時(shí)至今日，在化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等交叉滲透影響下，其面貌發(fā)生了極大的變化。在當(dāng)前信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，數(shù)據(jù)可視化在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日臻成熟，尤其是在醫(yī)學(xué)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，最為常見的當(dāng)屬三維圖像可視化，其本身類屬于生物醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，如CT、PET 等，兩者結(jié)合輔以可視化手段處理，可以幫助醫(yī)生更為精準(zhǔn)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(guān)系，從而提升了診療效果。同時(shí)，數(shù)據(jù)可視化在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，還可模擬器官形態(tài)和病變情況，對(duì)于重大醫(yī)療項(xiàng)目，通過手術(shù)前的多次實(shí)驗(yàn)論證，最終得到最佳的解決方案，提升了醫(yī)療服務(wù)水平，有效降低了病人所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。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(zhǎng)，其中很多有用信息以零散的狀態(tài)存儲(chǔ)于異構(gòu)臨床信息系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用加持，實(shí)現(xiàn)了以患者為中心的數(shù)據(jù)組織模式轉(zhuǎn)變，直觀呈現(xiàn)給臨床醫(yī)師，有利于推動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生質(zhì)量的精細(xì)化管理，包括醫(yī)療保險(xiǎn)管理、經(jīng)濟(jì)學(xué)實(shí)時(shí)監(jiān)控、醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘等，符合國(guó)家戰(zhàn)略部署要求。

2.2 地理氣象

地理是一門關(guān)于生活在地球上的人與他所處地理環(huán)境之間關(guān)系的綜合性基礎(chǔ)學(xué)科，相關(guān)信息結(jié)合是多向度的，主要包括地理學(xué)和地圖學(xué)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(shí)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(hào)模型，在簡(jiǎn)單的線條勾勒下附上不同顏色色塊進(jìn)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(yīng)用，則將地圖打造成為一個(gè)虛擬真實(shí)的世界，通過放大縮小改變鏡頭焦距，實(shí)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(jìn)一步便捷了現(xiàn)代化生活。同時(shí)，基于數(shù)據(jù)可視化處理的地理信息，還可幫助人類進(jìn)一步了解地球系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如火山構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)情況、環(huán)境污染等，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)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(yīng)用，與上述原理類同，可模擬天氣情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而更為精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)氣象變化，提高了人類生產(chǎn)生活安全性。在此基礎(chǔ)上，以直觀的方式對(duì)氣象數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化表達(dá)，將復(fù)雜抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可讀、形象的圖形動(dòng)畫，達(dá)到了大眾傳播的目的，有利于增強(qiáng)受眾對(duì)氣象信息和科普知識(shí)的理解，服務(wù)屬性攀升到了一個(gè)新的層次，滿足了受眾對(duì)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(lǐng)域的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用已然相當(dāng)成熟，在輸出技術(shù)服務(wù)便利的同時(shí)，亦為普通人深入了解這個(gè)行業(yè)搭建了平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，人們的消費(fèi)個(gè)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(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了私有產(chǎn)品定制，其作為一種全新的藝術(shù)表達(dá)范式，為人們提供了更多創(chuàng)造美的機(jī)會(huì)，另一種程度上提升了現(xiàn)代企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)作為工業(yè)工程建設(shè)的基礎(chǔ)，有著很強(qiáng)的專業(yè)性，其中各類代碼和數(shù)據(jù)交錯(cuò)，給行業(yè)之外的人造成了極大的理解困難。緣于此，對(duì)于機(jī)械零配件的制作，如軸承、螺栓、開關(guān)等，其在圖紙上的顯示只是一些抽象符號(hào)，需要設(shè)計(jì)師與制作人員深度溝通，如若表達(dá)不清或理解偏差，最終都會(huì)導(dǎo)致零配件制作失敗。而數(shù)據(jù)可視化在工業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”，通過建模渲染等技術(shù)將抽象的符號(hào)轉(zhuǎn)化為三維圖形，輔助設(shè)計(jì)師表達(dá)，可更為精準(zhǔn)地呈現(xiàn)零配件細(xì)節(jié)，大大降低了出錯(cuò)概率。除此之外，對(duì)于大型工程技術(shù)研究而言，需要在不同的工況下進(jìn)行測(cè)試，耗費(fèi)了大量人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，而基于數(shù)據(jù)可視化的模擬實(shí)驗(yàn)，則可將各類數(shù)據(jù)變化動(dòng)態(tài)顯示在屏幕上，為工程師計(jì)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(wù)

在當(dāng)前信息大爆炸的新時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+”已然上升到國(guó)家戰(zhàn)略部署層次，并驅(qū)動(dòng)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(guān)聯(lián)，通過分析可找到事物的發(fā)展規(guī)律和趨勢(shì)，是現(xiàn)代企業(yè)順應(yīng)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)潮流的重要資本，對(duì)其可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。數(shù)據(jù)可視化與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)技術(shù)的組合，生成了商業(yè)智能這個(gè)全新的生態(tài)領(lǐng)域，通過對(duì)企業(yè)內(nèi)部運(yùn)營(yíng)或外部競(jìng)爭(zhēng)關(guān)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(yīng)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)變化，維持自身較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。實(shí)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(lǐng)域，并非所有的管理決策者都是計(jì)算機(jī)專家，而為了更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，輸出更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，穩(wěn)固企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)地位，就需要通過一種工具獲得知識(shí)和洞察力，可視化商業(yè)智能正是填補(bǔ)了這個(gè)板塊的空白，它能夠?qū)?shù)據(jù)資源、成本控制、盈利分析、績(jī)效指標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)管理等整合在一起，極大的覆蓋面以及強(qiáng)大的可視化，發(fā)揮了內(nèi)容豐富的報(bào)表功能，有著極高的決策參考價(jià)值。同時(shí)，數(shù)據(jù)可視化還在一定程度上提升了企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的決策反應(yīng)速度，以更好適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，繼而由此獲得更高的經(jīng)濟(jì)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(xué)

在人類發(fā)展工程當(dāng)中，教育教學(xué)始終擺放在首位，強(qiáng)調(diào)人才的驅(qū)動(dòng)力。傳統(tǒng)應(yīng)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(xué)內(nèi)容、支持學(xué)生知識(shí)架構(gòu)，卻忽視了數(shù)據(jù)信息本身所具有的動(dòng)態(tài)變化性、溝通力和說服力，很容易給學(xué)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，支持學(xué)生更為直觀地了解知識(shí)本身，并借助形象化的圖表、圖像，幫助其消化理解。同時(shí)，課堂數(shù)據(jù)可視化，還建構(gòu)了教學(xué)關(guān)聯(lián)的課堂數(shù)據(jù)，通過即時(shí)反饋、全局展示、動(dòng)態(tài)累積等多舉措并行的方式，表征課堂動(dòng)態(tài)，并由此發(fā)現(xiàn)問題，促進(jìn)了教學(xué)改進(jìn)的良性循環(huán)。在此過程中，基于數(shù)據(jù)可視化表達(dá)的方式，高度濃縮了學(xué)生動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，方便教師了解分析學(xué)生表現(xiàn)情況，繼以輸出個(gè)性化引導(dǎo)服務(wù)，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(jìn)了師生交互，導(dǎo)引更深層次的教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化。除此之外，課堂數(shù)據(jù)可視化在突出學(xué)生教學(xué)主體之余，還增進(jìn)了課堂交互的自由度，為學(xué)生搭建了更為私密的自我表達(dá)舞臺(tái)，降低了課堂教學(xué)公開透明所造成的隱性心理壓力，是尊重和保護(hù)學(xué)生成長(zhǎng)的有效途徑。未來，數(shù)據(jù)可視化在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，將釋放出更大的可為空間，有利于促進(jìn)師生雙向素質(zhì)發(fā)展。

3 結(jié)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(shì)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用愈加廣泛，重點(diǎn)突出在生命科學(xué)、地理氣象、工業(yè)工程、金融商務(wù)、教育教學(xué)等領(lǐng)域，并發(fā)揮了重要的積極作用，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的價(jià)值，未來發(fā)展不可限量。作者希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注此類課題研究，結(jié)合時(shí)代發(fā)展，從不同領(lǐng)域需求切入，依托數(shù)據(jù)可視化的功能優(yōu)勢(shì)，提出更多有效應(yīng)用建議。