دیداری‌سازی (گرافیک رایانه‌ای)

دیداری‌سازی یا مُصَوَّرسازی  هر روشی برای ایجاد تصویر، نمودارها یا پویانمایی برای برقراری ارتباط با یک پیام است. مصورسازی از طریق تصاویر دیداری از طلوع بشریت راهی مؤثر برای برقراری ارتباط ایده‌های انتزاعی و عینی بوده است. در تاریخ نمونه‌هایی همچون نقاشی غارها، هیروگلیف مصری، هندسه یونان و روش‌های انقلابی لئوناردو داوینچی در ترسیم فنی برای اهداف مهندسی و علمی وجود دارد.

دیداری‌سازی امروزه دارای کاربردهای رو به گسترش در علوم، آموزش، مهندسی (برای نمونه، دیداری‌سازی محصول)، چند رسانه‌ای تعاملی، پزشکی و … است. یک نوع از مصورسازی، حوزه گرافیک رایانه است. اختراع گرافیک رایانه ای (و گرافیک کامپیوتری سه بعدی) ممکن است مهم‌ترین تحول در مصورسازی از زمان اختراع چشم‌انداز مرکزی در دوره رنسانس باشد. توسعه انیمیشن به پیشرفت مصورسازی کمک زیادی کرد.

 بررسی اجمالی 
بندانگشتی|250x250پیکسل| نقشه جهانی بطلمیوس، بازسازی شده از جغرافیای بطلمیوس (حدود ۱۵۰)، نشانگر کشورهای " سریکا " و "سینا" (چین) در انتهای سمت راست، فراتر از جزیره "تاپروبان" (سریلانکا، بزرگ) و "اوره" خرسونسوس"(شبه جزیره جنوب شرقی آسیا)
چپ|بندانگشتی|250x250پیکسل| نمودار اطلاعاتی چارلز مینارد از راهپیمایی ناپلئون
استفاده از مصورسازی برای ارائه اطلاعات اتفاق جدیدی نیست. بیش از هزار سال است که در نقشه‌ها، طراحی‌های علمی و نمودار داده‌ها استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از نقشه‌برداری شامل جغرافیای بطلمیوس (قرن ۲ میلادی)، نقشه چین (۱۱۳۷ میلادی) و نقشه مینارد (۱۸۶۱) از حمله ناپلئون به روسیه در یک و نیم قرن پیش می‌باشد. بیشتر مفاهیم آموخته شده در ابداع این تصاویر به شکلی ساده به مصورسازی رایانه منتقل می‌شوند. ادوارد توفت تا به حال سه کتاب نوشته است که تحسین منتقدان را برانگیخته است. او در این سه کتاب بسیاری از این اصول را توضیح می‌دهد.

از گرافیک رایانه ای در ابتدا برای بررسی مشکلات علمی استفاده می‌شد. با این حال، در روزهای اولیه کمبود قدرت گرافیکی مفید بودن آن را محدود می‌کرد. تأکید اخیر بر مصورسازی در سال ۱۹۸۷ با انتشار مصورسازی در محاسبات علمی، ویژه نامه گرافیک رایانه ای آغاز شد. از آن زمان، چندین کنفرانس و کارگاه برگزار شده است که با حمایت مالی انجمن رایانه ای IEEE و ACM SIGGRAPH، به موضوع کلی و زمینه‌های خاص در این زمینه اختصاص داده شده است، به عنوان مثال مصورسازی حجمی.

اکثر مردم با انیمیشن‌های دیجیتالی تولید شده برای ارائه داده‌های هواشناسی در طول گزارش‌های هواشناسی در تلویزیون آشنا هستند، گرچه تعداد کمی از آنها می‌توانند بین مدل‌های واقعیت و عکس‌های ماهواره ای که در چنین برنامه‌هایی نشان داده می‌شوند، تفاوت قائل شوند. تلویزیون همچنین هنگامی که بازسازی‌های انیمیشنی از تصادفات جاده ای یا هواپیمایی را با رایانه نشان می‌دهد، از مصورسازی علمی استفاده می‌کند. برخی از مشهورترین نمونه‌های مصورسازی علمی، تصاویر تولید شده توسط رایانه است که فضاپیماهای واقعی را در عمل، در فضای خالی بسیار فراتر از زمین یا در سیارات دیگر نشان می دهد . انواع مصورسازی پویا، مثل انیمیشن آموزشی یا جدول زمانی، توانایی بیشتری برای یادگیری در مورد سیستم‌هایی دارند که با گذشت زمان تغییر می‌کنند.

جدا از تمایز بین مصورسازی‌های تعاملی و انیمیشن، مفیدترین طبقه‌بندی احتمالاً بین مصورسازی‌های علمی انتزاعی و مبتنی بر مدل است. مصورسازی‌های انتزاعی، ساختارهای کاملاً مفهومی را به صورت دو بعدی یا سه بعدی نشان می‌دهد. این اشکال ایجاد شده کاملاً دلخواه هستند. مصورسازی‌های مبتنی بر مدل یا همپوشانی داده‌ها را بر روی تصاویر واقعی یا دیجیتالی ساخته شده از واقعیت قرار می‌دهند یا مستقیماً از داده‌های علمی ساخت دیجیتالی یک شی واقعی را ایجاد می‌کنند.

مصورسازی علمی معمولاً با نرم‌افزارهای تخصصی انجام می‌شود، اگرچه چند مورد استثنا وجود دارد که در زیر ذکر شده است. برخی از این برنامه‌های تخصصی به عنوان یک نرم‌افزار منبع آزاد منتشر شده‌اند، که اغلب ریشه در دانشگاه‌ها دارد، در یک محیط دانشگاهی که اشتراک ابزارهای نرم‌افزاری و دسترسی به کد منبع معمول است. همچنین بسته‌های نرم‌افزاری اختصاصی بسیاری از ابزار مصورسازی علمی وجود دارد.

مدل‌ها و چارچوب‌های مصورسازی ساختمان شامل مدل‌های جریان داده ای است که توسط سیستم‌هایی مانند AVS , IRIS Explorer و جعبه ابزار VTK و مدل‌های حالت داده در سیستم‌های صفحه گسترده مانند Spreadsheet برای مصورسازی و Spreadsheet برای تصاویر، محبوب شده‌اند.

 کاربردها 
 مصورسازی علمی 
بندانگشتی|250x250پیکسل| شبیه‌سازی بی‌ثباتی رالی-تیلور ناشی از دو مایعات مخلوط کننده
مصورسازی علمی به عنوان موضوعی در علوم کامپیوتر، استفاده از بازنمودهای حسی تعاملی، معمولاً بصری، از داده‌های انتزاعی برای تقویت شناخت، فرضیه سازی و استدلال است. مصورسازی داده‌ها زیرمجموعه ای از مصورسازی است که با گرافیک آماری و داده‌های جغرافیایی یا مکانی (مانند نقشه موضوعی) سروکار دارد که به صورت شماتیک چکیده می‌شود.Michael Friendly (2008). "Milestones in the history of thematic cartography, statistical graphics, and data visualization". Project moved to http://datavis.ca/milestones/

مصورسازی علمی یک تحول است ، انتخاب یا نمایش داده‌ها از شبیه‌سازی‌ها یا آزمایش‌هایی، با یک ساختار هندسی ضمنی یا صریح، برای امکان کاوش، تجزیه و تحلیل و درک داده‌ها. مصورسازی علمی بر بازنمایی داده‌های مرتبه بالاتر با استفاده از روشهای گرافیکی و انیمیشن متمرکز و تأکید دارد."Scientific Visualization." sciencedaily.com. Science Daily, 2010. Retrieved from web https://www.sciencedaily.com/articles/s/scientific_visualization.htm . on 17 November 2011."Scientific Visualization." Scientific Computing and Imaging Institute. Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah, n.d. Retrieved from web http://www.sci.utah.edu/research/visualization.html . on 17 November 2011. حیطه‌های قدیمی مصورسازی علمی عبارتند از: مصورسازی جریان، مصورسازی پزشکی، مصورسازی نجومی و مصورسازی شیمیایی. چندین تکنیک مختلف برای مصورسازی داده‌های علمی وجود دارد که بازسازی ایزوسر سطح و ارائه مستقیم حجم بیشتر متداول است.

 مصورسازی آموزشی 
مصورسازی آموزشی استفاده از شبیه‌سازی برای ایجاد تصویری از چیزی است تا بتوان در مورد آن آموزش داد. این امر در هنگام تدریس در مورد موضوعی بسیار دشوار است که به سختی می‌توان آن را مشاهده کرد، به عنوان مثال ساختار اتمی، زیرا اتم‌ها بسیار کوچک هستند و بدون تجهیزات علمی گران‌قیمت و دشوار، نمی‌توان آنها را به راحتی مطالعه کرد.

 مصورسازی اطلاعات 
بندانگشتی|250x250پیکسل| میانگین استفاده نسبی از IPv4
مصورسازی اطلاعات متمرکز بر استفاده از ابزارهای پشتیبانی شده رایانه برای کشف مقدار زیادی از داده‌های انتزاعی است. اصطلاح «مصورسازی اطلاعات» در اصل توسط گروه تحقیقاتی رابط کاربر در زیراکس PARC ابداع شد و شامل Jock Mackinlay بود. عملی از مصورسازی اطلاعات در برنامه‌های رایانه ای شامل انتخاب، تبدیل و نمایش داده‌های انتزاعی در شکلی است که تعامل انسان را برای کاوش و درک آسان می‌کند. جنبه‌های مهم مصورسازی اطلاعات، پویایی نمایش بصری و تعامل است. تکنیک‌های قوی کاربر را قادر می‌سازد مصورسازی را در زمان واقعی تغییر دهد، بنابراین درک بی نظیری از الگوها و روابط ساختاری را در داده‌های انتزاعی مورد نظر ارائه می‌دهد.

 مصورسازی دانش 
استفاده از نمایش‌های تصویری برای انتقال دانش بین حداقل دو نفر با هدف بهبود انتقال دانش با استفاده از روش‌های مصورسازی رایانه ای و غیر مبتنی بر کامپیوتر است.(Burkhard and Meier, 2004), بنابراین مصورسازی که به درستی طراحی می‌شود نه تنها بخش مهمی از تجزیه و تحلیل داده‌ها را فراهم می‌کند بلکه فرایند انتقال دانش را نیز انجام می‌دهد. انتقال دانش ممکن است با استفاده از طرح‌های ترکیبی به‌طور قابل توجهی بهبود یابد زیرا باعث افزایش تراکم اطلاعات می‌شود اما همچنین می‌تواند وضوح را کاهش دهد. به عنوان مثال، مصورسازی یک میدان اسکالر سه بعدی ممکن است با استفاده از سطحهای ایزو برای توزیع میدان و بافت‌ها برای شیب میدان انجام شود. نمونه‌هایی از این قالب‌های تصویری عبارتند از طرح‌ها، نمودارها، تصاویر، اشیا، تجسم‌های تعاملی، برنامه‌های تجسم اطلاعات و تجسم‌های خیالی مانند داستان‌ها. در حالی که مصورسازی اطلاعات بر استفاده از ابزارهای پشتیبانی شده رایانه ای برای به دست آوردن بینش جدید متمرکز است، مصورسازی دانش بر انتقال بینش و ایجاد دانش جدید در گروه متمرکز است. همچنین نگاه کنید به: فرهنگ لغت تصویری، فرهنگ لغت تجسمی

 مصورسازی محصول 
مصورسازی محصول شامل فناوری نرم‌افزار مصورسازی برای مشاهده و دستکاری مدلهای سه بعدی، طراحی فنی و سایر مستندات مربوط به اجزای تولید شده و مجموعه‌های بزرگ محصولات است. این یک قسمت کلیدی از مدیریت چرخه حیات محصول است. نرم‌افزار مصورسازی محصول معمولاً سطح بالایی از فوتورئالیسم را فراهم می‌کند تا بتوان یک محصول را قبل از تولید واقعی مشاهده کرد. این از توابع اعم از طراحی و طراحی تا فروش و بازاریابی پشتیبانی می‌کند. مصورساز فنی یکی از جنبه‌های مهم توسعه محصول است. در ابتدا نقشه‌های فنی با دست ساخته می‌شدند، اما با ظهور گرافیک پیشرفته رایانه ای، صفحه طراحی با کمک کامپیوتر (CAD) جایگزین شده است. نقشه‌ها و مدل‌های CAD دارای مزایای متعددی نسبت به نقشه‌های دست‌ساز مانند امکان مدل‌سازی ۳ بعدی، نمونه سازی سریع و شبیه‌سازی هستند. مصورسازی محصول سه بعدی نوید تجربیات تعاملی بیشتری را برای خریداران آنلاین می‌دهد، اما همچنین خرده فروشان را برای غلبه بر موانع تولید محتوای سه بعدی به چالش می‌کشد، زیرا تولید محتوای سه بعدی در مقیاس بزرگ می‌تواند بسیار پرهزینه و وقت گیر باشد.

 ارتباط بصری 
ارتباط بصری عبارت است از ارتباط ایده‌ها از طریق نمایش بصری اطلاعات. این تصاویر در وهله اول با تصاویر دو بعدی همراه است: الفبای عددی، هنر، علائم و منابع الکترونیکی. تحقیقات اخیر در این زمینه بر طراحی وب و قابلیت استفاده از گرافیک متمرکز شده است.

 تجزیه و تحلیل بصری 
تجزیه و تحلیل بصری بر تعامل انسان با سیستم‌های تجسم به عنوان بخشی از فرایند بزرگتر تجزیه و تحلیل داده‌ها متمرکز است. تجزیه و تحلیل بصری به عنوان «علم استدلال تحلیلی پشتیبانی شده توسط رابط بصری تعاملی» تعریف شده است.Thomas, J.J. , and Cook, K.A. (Eds) (2005). An Illuminated Path: The Research and Development Agenda for Visual Analytics, IEEE Computer Society Press, 

تمرکز آن بر گفتمان اطلاعات انسانی (تعامل) در فضای گسترده، پویا در حال تغییر اطلاعات است. تحقیقات تجزیه و تحلیل بصری بر پشتیبانی از عملیات ادراکی و شناختی متمرکز است که کاربران را قادر می‌سازد انتظارات را کشف کرده و موارد غیرمنتظره را در فضاهای پیچیده اطلاعاتی کشف کنند.

فن آوری‌های حاصل از تجزیه و تحلیل بصری تقریباً در همه زمینه‌ها کاربرد دارند، اما توسط نیازهای حیاتی (و بودجه) در زیست‌شناسی و امنیت ملی هدایت می‌شوند.

 منابع 

 برای مطالعهٔ بیشتر 
 Battiti, Roberto؛ مائورو بروناتو (۲۰۱۱). هوش تجاری واکنش پذیر. از داده‌ها گرفته تا مدل‌ها تا بینش. ترنتو، ایتالیا: Reactive Search Srl. شابک Battiti, Roberto Battiti, Roberto
 بدرسون، بنیامین بی و بن شنیدرمن. The Craft of Visualization Information: Readings and Reflections , Morgan Kaufmann، ۲۰۰۳،.
 کلیولند، ویلیام اس. (۱۹۹۳) تجسم داده‌ها.
 کلیولند، ویلیام اس. (۱۹۹۴) عناصر نمودار کردن داده‌ها.
 چارلز دی. هانسن، کریس جانسون. کتاب تجسم ، مطبوعات دانشگاهی (ژوئن ۲۰۰۴).
 کراوتز، استیون ا. و دیوید وومبل. ویرایش شده مقدمه ای در بیوانفورماتیک. توتووا، نیویورک هومانا پرس، ۲۰۰۳.
 Mackinlay, Jock D. (1999) قرائت در تجسم اطلاعات: استفاده از بینش برای تفکر. کارت، SK، بن شنیدرمن (ویراستاران). Morgan Kaufmann Publishers Inc. pp. 686 شابک Mackinlay, Jock D. Mackinlay, Jock D.
 ویل شرودر، کن مارتین، بیل لورنسن. جعبه ابزار تجسم ، تا اوت ۲۰۰۴.
 Spence , Robert تجسم اطلاعات: طراحی برای تعامل (نسخه دوم)، Prentice Hall، ۲۰۰۷ ،.
 ادوارد آر. توفت (۱۹۹۲). نمایش بصری اطلاعات کمی
 ادوارد آر. توفت (۱۹۹۰). تجسم اطلاعات
 ادوارد آر. توفت (۱۹۹۷). توضیحات بصری: تصاویر و مقادیر، شواهد و روایت.
 متیو وارد، جورج گرینشتاین، دانیل کیم. تجسم داده‌های تعاملی: مبانی، تکنیک‌ها و کاربردها. (مه ۲۰۱۰).
 ویلکینسون، للاند. Grammar of Graphics, Springer

 پیوند به بیرون 
 مؤسسه ی ملی استانداردها و تکنولوژی
 آموزشهای تجسم علمی ، فناوری جورجیا
 استودیوی تجسم علمی (ناسا)
 Visual-literacy.org (به عنوان مثال جدول تناوبی روشهای تجسم)
رده:اطلاع‌نگاشت‌ها
رده:علوم محاسباتی
رده:گرافیک رایانه‌ای
رده:مدل‌سازی در داده‌ها
رده:مصورسازی (گرافیک)