数据可视化（Data Visualization）技术指的是运用计算机图形学和图像处理技术,将数据换为图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。数据可视化概念首先来自科学计算可视化 （Visualization in Scientific Computing），科学家们不仅需要通过图形图像来分析由计算机算出的数据，而且需要了解在计算过程中数据的变化。随着计算机技术的发展，数据可视化 概念已大大扩展，它不仅包括科学计算数据的可视化,而且包括工程数据和测量数据的可视化。学术界常把这种空间数据的可视化称为体视化（Volum Visualization）技术。
数据可视化技术的发展和应用对计算机硬件技术提出了更高的要求，特别是针对计算机系统的图形处理能力，大规模数据可视化的过程（含二维和三维系统）需要显示子系统处理大量的高精度矢量数据，并在显示终端设备上得到完美的展现。因此，大规模数据可视化工作早期需要采用性能强大的小型机来完成，并且需要多路显示系统联合进行运算。近年来，随着PC机性能的大幅度提高，特别Quadro系列等专业图卡的图形处理性能不断攀升，使用单台PC完成一般规模的数据可视化工作已经成为可能。以市场上常见的Quadro系列图卡为例，即使是目前入门级别的Quadro FX 570，相比5年前的主流专业图卡，显存量提高了8倍，显存频率和核心频率分别提高了3倍和4倍，数据处理带宽更是提高了5倍之多。5年前，配置专业图卡的PC系统很难在数据可视化方面有用武之地，而现在任何一款中高端专业图卡均能获得良好的图形处理表现。因此，市场上很多数据可视化应用系统也在2006年前后，开始提供基于Windows系统的版本，并将原有系统的OpenGL图形优势转移到PC+Windows系统上（这得益于OpenGL的跨平台优势）。相应的，基于专业图卡多路图形处理技术的进步，多路PC系统支持下的大规模数据可视化系统也在2006年前后逐渐与传统的Powerwall系统分庭抗礼。
以丽台Quadro FX 4600图卡为例，容量高达768MB的DDR3高速显存保证了大规模几何数据及纹理数据的处理效率，67.2GB/sec的内存带宽则保证了高效的三维建模和大规模的三维图形展示。特别是，丽台Quadro FX 4600支持OpenGL和DirectX两种图形接口，即适合专业的工程和科学可视化应用，也能在一些上用的VR系统中得到良好的图形表现。而且，丽台Quadro FX 4600能提供2560 ×1600的高分辨率显示，可以在30寸的大显示屏或多块显示屏上同时复现大量三维数据。
图1 丽台Quadro FX 4600显卡
笔者在装备了丽台Quadro FX 4600显卡的计算机系统上运行交互式图形可视化系统AVS/Express，并采用外源数据进行测试，以核实丽台Quadro FX 4600显卡的专业效能和在图形可视化领域的适用性。除丽台Quadro FX 4600显卡外，系统采用了酷睿 2 E6400双核处理器，配置了2GB DDR2 667内存，基于Windows XP Professional SP1系统。
工程计算结果的可视化是与CAD/CAE技术相关联的，AVS/Express在其中起到了主导作用。在AVS/Express的技术数据包中，采用了TMA的集成电路设计和制造数据，展现大量工程模拟数据的可视化效果。TMA的TCAD软件帮助工程师在设计过程的前期阶段，通过三维数据模拟技术预估产品的电子产品的性能和制造可能性、可靠性，以缩短设计周期，减少设计失误，而利用嵌入的AVS/Express三维图形可视化系统，工程师可以在计算机的屏幕上直接观看三维的模拟结果，直观地进行对比评估。在丽台Quadro FX 4600平台上，图2所示的三维集成电路模拟图得到了完美的展示，不存在任何阻滞。FX 4600在多视图窗口下流畅处理动态变化的三维云图，尤其体现了高端专业图卡的价值所在。
图2 TMA SRAM集成电路分析结果云图
在汽车设计过程中，丽台Quadro FX 4600与AVS/Express的配合也是天衣无缝。图3是梅赛德斯公司某车型的车身有限元非结构性网格，采用Nastran系统进行处理，其结果在AVS/Express viewer（多线程）中实现可视化，包括370万以上的节点（未进行运算过程），在FX 4600的帮助下，采用标准的OpenGL接口，系统显示的表现非常优秀，除数据检算过程稍有延迟外，视图的切换、视角的旋转、模型的平移均非常流畅。在交互性图形操作过程中，高精度图形细节的展示尤其令人满意。
图3 梅赛德斯车型应力分析云图
在上述实例中，基于使用AVS/Express，工程师将模拟过程生成的海量数据转换为三维图像及曲线图，AVS/Express简化了这一工程数据的可视化过程，而丽台Quadro FX 4600则为大规模、高精度复杂三维图形的显示提供了硬件基础，使得整个过程的效率得以提高。类似的应用几乎遍及了当前所有高科技复杂产品的研发过程，如虚拟风洞、复杂地质条件的三维模拟等，Quadro FX 4600配合AVS/Express等专业领域可视化应用程序，对于取得突破性的研究成果起到了关键作用。(end)
