План конспект лекции визуализации

Обновлено: 05.07.2024

Любой трехмерный объект может быть изображен по-разному и различными способами. В одном случае нужно показать форму объекта, во втором – внутреннюю структуру объекта, в третьем имитировать реальную действительность, в четвертом – возбудить воображение зрителя чем-то неизвестным. Условно разделим способы визуализации по характеру изображений и по степени сложности соответствующих алгоритмов на такие уровни:

1. Каркасная визуализация

2. Показ поверхностей в виде многогранников с плоскими гранями или сплайнов с удалением невидимых точек

3. То же что и для второго уровня, плюс сложное закрашивание объектов для имитации отражения света, затенения, прозрачности, использование текстур.

Простейшая, каркасная, визуализация часто используется в процессе редактирования объемных объектов. Визуализация второго уровня используется для упрощенного показа объемных объектов. Например, для графиков функций z=f(x,y) (в виде рельефа поверхно­сти) часто достаточно показать все грани сетки одним цветом, зато нужно обязательно уда­лить невидимые точки. Это более сложная процедура в сравнении с выводом каркасного изображения.

Сложность процесса графического вывода возрастает по мере приближения к некоторо­му идеалу — созданию полной иллюзии естественных, живых, реалистических изображе­ний. Усилия многих ученых и инженеров всего мира направлены на разработку методов и средств достижения этой цели. Здесь полнее всего ощущается связь компьютерной графики с естественными науками, с дисциплинами, посвященными изучению окружающего мира. Например, для создания реалистических изображений нужно принимать во внимание зако­ны оптики, которые описывают свет и тень, отражение и преломление. Компьютерная гра­фика находится на стыке многих дисциплин и разделов науки.

7.2.1 Каркасная визуализация

Каркас обычно состоит из отрезков прямых линий — ребер многогранника, хотя можно строить каркас и на основе кривых, в частности сплайновых кривых Безье. Все ребра, кото­рые показаны в окне вывода, видно — как ближние, так и дальние.

Для построения каркасного изображения надо знать координаты всех вершин в мировой системе координат. Потом превратить координаты каждой вершины в экранные координа­ты в соответствии с выбранной проекцией. Потом выполнить цикл вывода в плоскости эк­рана всех ребер как отрезков прямых (или кривых), соединяющих вершины.

7.2.2 Показ с удалением невидимых точек

Здесь мы будем рассматривать поверхности в виде многогранников или полигональных сеток. Известны такие методы показа с удалением невидимых точек: сортировка граней по глубине, метод плавающего горизонта, метод Z-буфера и т.п.

Сортировка граней по глубине. Это означает рисование полигонов граней в порядке от самых дальних к ближним. Этот метод не является универсальным, так как иногда нельзя четко различить, какая грань ближе (рис. 7.16). Известны модификации этого метода, которые позволяют корректно рисовать подобные грани. Метод сортировки по глубине эффективен для показа поверхностей, заданных функциями z=f(x,y).


Рис. 7.16. В каком порядке рисовать грани? Поверхность нарисована четырехуголными граниями.

В общем виде алгоритм сортировки по глубине выглядит следующим образом.

Грани после разбиения сортируются по минимальному расстоянию до экранной плоскости, и выводятся в порядке их приближения (z-буфер).


  1. Пересекаются ли проекции граней P и любой другой Q
    -на ось Ox?

  1. Пересекаются ли проекции этих граней на экранной плоскости?

  2. Находится ли грань P по другую сторону плоскости, проходящей через Q, чем начало координат (наблюдатель)?

  3. Обратное (2), т.е. находится ли Q по ту же сторону от плоскости, проходящей через P, что и начало координат (наблюдатель)?

Рис. 7.17. Алгоритм сортировки по глубине.

Если хотя бы один из этих тестов отрицательный, то, значит, грани упорядочены верно, и P сравнивают со следующей гранью в списке, а в противном случае грани меняют местами в списке. Для чего проверяют тесты 3. 4.

Метод плавающего горизонта. Здесь, в отличие от предыдущего метода, грани выво­дятся в последовательности от ближних к самым дальним. На каждом шаге границы граней образуют две ломаные линии — верхний горизонт и нижний горизонт. В течение вывода каждой новой грани рисуется только то, что выше верхнего горизонта, и то, что ниже ниж­него горизонта. Соответственно, каждая новая грань поднимает верхний и опускает нижний горизонты. Этот метод часто используют для показа поверхностей, которые описываются функциями z=f(x,y).

В общем виде метод выглядет следующим образом.

Пусть надо построить график функции двух переменных Z=f(x, y), в виде сетки координатных осей.

При параллельном проектировании проекций вертикальной линии является вертикальная линия.

Любая точка P(x, y, z) переходит в точку [(p,e1), (p, e2)] на плоскости экрана, где

e2= (sinφ, sinq, - cosφsinq, cosq), а направление проектирования:

e3= (sinφ cosq, - cosφ - cosq, sinq), где φє[0, 2π], qє[-π/2, π/2], - углы подобраны так, чтобы плоскость у=у1 была ближе к экранной плоскости, чем у=у2, т.е. у1 к (х), которые выше у к max(х) или ниже у к min(х).

Проще всего этот метод реализовать с помощью модифицированного растрового алгоритма Брезенхейма, который перед выводом очередного пикселя сравнивает его ординату с верхней и нижней линией (массивы ординат).

Аналогичным методом можно воспользоваться при построении объемных предметов. Только в этом случае изображение выводится по мере удаления от экранной плоскости, а по мере – приближения, т.е. начиная с дальних граней, и, заканчивая ближними, которые будут закрывать собой невидимые части более дальних граней.

Для определения порядка вывода граней считают, что грань, лежащая в полосе не может закрыть грань из полосы

Метод Z-буфера. Здесь используется специальный дополнительный массив (буфер), в который записывается координата Zдля каждого пиксела растра изображения. Координата Z означает расстояние соответствующей точки объекта до плоскости проецирования — это может быть, например, видовая координата Z(ось Zрасполагается перпендикулярно плос­кости проецирования).

Рассмотрим алгоритм рисования объектов в соответствии с этим методом. Пусть, чем ближе точка в пространстве к плоскости проецирования, тем больше значение Z. Тогда сна­чала Z-буфер заполняется минимальными значениями. Потом начинается вывод всех объ­емов. Причем, не имеет значения порядок вывода объектов. Для каждого объекта выводят­ся все го пикселы в любом порядке. Во время вывода каждого пиксела по его координатам (X,Y) находится текущее значение Z в Z-буфеРе. Если рисуемый пиксел имеет большее зна­чение Z, чем значение в Z-буфере, то этот пиксел действительно рисуется, а его Z-координата записывается в Z-буфер. Таким образом, после рисования всех пикселов всех объектов растровое изображение будет состоять из пикселов, которые соответствуют точ­кам объектов с наибольшими значениями координат Z, то есть видимые точки являются ближайшими к нам.

Метод Z-буфера сейчас очень популярен благодаря простоте и эффективности. Совре­менные ЗD-акселераторы аппаратно поддерживают этот метод как на уровне операции, так и памяти. Видеоадаптер имеет собственную память для Z-буфера, доступ к которой осуще­ствляется быстрее, чем к оперативной памяти компьютера. В конвейере графического про­цессора и манипуляции со значениями Z-буфера легко совместить с другими пиксельными операциями для вывода полигонов. Существует разновидность этого метода - для ускоре­ния вычислений используется не Z, а обратное значение (W-буфер).

Укажем некоторые проблемы использования метода Z-буфера.

1. Необходимость выделения дополнительной памяти. Для Z-буфера необходима память объем которой соответствует размерам растра изображения и точности чтения координаты Z. Используют обычно 32, 24 или 16 битов на один пиксел Z-буфера. Например для Z-буфера 1024x768x32 нужно 3 Мбайта. Сейчас такие затраты памяти не
считаются существенными. Если объем памяти _ критичен, то кадровый и Z-буфер разделяют на фрагменты (тайлы) и выполняют визуализацию для любого фрагмента отдельно. Файловая организация Z-буфера может использоваться также и для повышения скорости визуализации.


  1. Большое количество лишних операций. Поскольку видимость устанавливается на уров­не пикселов, то в цикле выполняются лишние операции для тех полигонов, которые полностью невидимы. Такие полигоны желательно отсекать до цикла вывода. Для ускорения вывода насыщенных сцен, содержащих миллионы полигонов, известны модифи­кации метода, например, иерархический Z-буфер, в котором используется пирамида 2-х буферов разной разрешающей способности.

  2. Проблемы с выводом полупрозрачных объектов.

  3. Использовать в качестве расстояния координату 2 нельзя при углах обзора 180 градусов и больше. Для цилиндрических и сферических проекций лучше использовать радиаль­ное расстояние от текущей точки объекта до точки схода лучей проецирования.

первый – заключается в определении точек объекта (пикселей), которые вдоль направления проектирования ближе всего расположены к картинной плоскости;

второй – заключается в непосредственном сравнении объектов друг с другом для выяснения видимых частей.

Существует много смешанных методов, которые объединяют оба эти подхода.
Отсечение нелицевых граней
Пусть для каждой грани объекта задан единичный вектор внешней нормали , а вектор - задает направление проектирования. Если нормаль грани с вектором составляет тупой угол, то эта грань заведомо не может быть видна.

При параллельном проектировании: это можно записать как скалярное произведение .

Рис. 7.18. Лицевые и

При центральном проектировании : с центром в точке Е, для любой точки Р вектор проектирования , а для определения, является ли грань лицевой или нет? Достаточно взять любую точку Р на ней и проверить условие . Знак этого скалярного произведения не зависит от выбора точки грани, а определяется тем, в каком полупространстве относительно плоскости, содержащей данную грань, лежит центр проектирования.

Если строится только один выпуклый многогранник, то задача может быть решена этим способом.

Если строится комбинация объектов, то используя этот подход можно хотя бы сократить вдвое количество рассматриваемых граней.

1 – сначала отбрасываются все ребра, обе грани которых не являются лицевыми, т.е. они заведомо невидны.

2 – проверяются все оставшиеся ребра со всеми гранями многоугольника на закрывание:


  • грань не закрывает ребро и оно выводится.

  • грань полностью закрывает ребро и оно удаляется из списка рассматриваемых.

  • грань частично закрывает ребро, тогда ребро разбивается на части, из которых видимыми могут быть не более двух частей. Само ребро удаляется из списка, но в список проверенных ребер добавляются те его части, которые не закрываются гранью.

А
лгоритм можно значительно сократить (имеем в виду количество проверок) если экранную плоскость разбить на клетки, и для каждой клетки составить список граней, проекции которых имеют непустое пересечение с этой клеткой.

Тогда для произвольного ребра сначала находятся все клетки, в которые попадает проекция этого ребра, и, следовательно, рассматриваются не все грани, а только те, которые содержатся в списке данных клеток.


При этом подходе требуется время для разбиения и составления списка, но алгоритм работает эффективней.
А
лгоритм Аппеля.

Рис. 7.19. Контурная линия

Здесь вводится понятие количественной невидимости, как количество граней, закрывающих вершину (точку).

Если количественная невидимость равна нулю, то точка видима.

Количественная невидимость точек ребра при прохождении так называемой контурной линии может изменяться.

Берется какая-нибудь вершина и прослеживается изменение количественной невидимости вдоль каждого из ребер, выходящих из этой вершины. Эти ребра проверяются на прохождение позади контурной линии. Где количественная невидимость равна нулю, ребро сразу рисуется. Если не равно нулю, то проверяется количественная невидимость для всех ребер, выходящих из новой вершины, и. т. д.

Этот алгоритм более эффективен, чем алгоритм Робертса, так как количество ребер, входящих в контурную линию, намного меньше общего числа ребер.
Методы двоичного разбиения пространства . Пусть некоторая плоскость в объектном пространстве разбивает множество всех граней на два не пересекающихся множества (кластера) по одну и по другую сторону от этой плоскости.

При этом очевидно, что ни одна из этих граней, лежащих в пространстве, не содержащем наблюдателя, не может закрыть собой грань, находящуюся в другом полупространстве (где наблюдатель).

Сначала выводятся грани из дальнего кластера, затем из ближнего.

Разбиение продолжается до тех пор, пока в каждом кластере не останется по одной грани.


  • грань лежит на плоскости;

  • пересекает плоскость;

  • в положительном пространстве;

  • в отрицательной области;

  • получить более сбалансированное дерево;

  • минимизировать количество разбиений.

Преимущество этого метода - полная независимость от положения центра проектирования, что необходимо при построении изображений одной сцены, но с разных точек наблюдения.
Метод построчного сканирования. Это еще один метод, который успешно используется для создания компьютерных игр (типа прохода по лабиринту, когда вся сцена представляет собой прямоугольный лабиринт с постоянной высотой пола и потолка и набором вертикальных стен).

Рассматривается сечение сцены горизонтальной (вертикальной) плоскостью, проходящей через центр проектирования.

Каждая линия - однозначно определяет одну вертикальную плоскость. Среди всех пересечений видимым будет только одно – ближайшее – плоскостью, проходящей через центр проектирования.

Каждая линия – однозначно определяет одну вертикальную плоскость. Среди всех пересечений видимым будет только одно – ближайшее.



  • эта часть полностью накрывается проекцией ближайшей грани;

  • часть не покрывается проекцией ни одной грани.

Простой и эффективный алгоритм отсечения отрезков по границе произвольного прямоугольника называется алгоритмом Сазерленда - Кохена. Он заключается в разбиении всей плоскости на 9 областей. Определив, в какие области попали концы отрезка, легко понять, где именно необходимо отсечение. Для точки Р ( х ,у ) соответствует 4 - битовый код , причем каждый бит соответствует определенному положению .

КОД: В3 В2 В1 В0

В3 = (х x max ) B0 = ( y > y max )
Идея алгоритма заключается в том, что отрезок анализируется на предмет пересечения поочередно со всеми сторонами окна. Если пересечение существует, то отбрасывается часть отрезка между концом Р1 (вн. окна) и найденной точкой пересечения Рn (Xn , Yn). Причем в алгоритме отсечения рассматриваются только те отрезки, видимость которых неочевидна.

Моносахариды. Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода С п Н 2n О п . Наиболее важными, распространенными и известными среди моносахаридов являются тетрозы, пентозы, гексозы.

Гексозы (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза) С 6 Н 12 О 6

Глюкозу также называют виноградным сахаром, так как она в большом количестве содержится в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза содержится и в других сладких плодах и даже в разных частях растений. Распространена глюкоза и в животном мире: 0,1 % ее находится в крови. Глюкоза разносится по всему организму и служит источником энергии. Она также входит в состав целлюлозы, лактозы, сахарозы, крахмала.

В растительном мире широко распространена фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар. Фруктоза содержится в сладких плодах и меде. Извлекая из цветков сладких плодов соки, пчелы приготавливают мед, который по химическому составу представляет собой смесь глюкозы и фруктозы. Также фруктоза входит в состав сложных сахаров, например, тростникового и свекловичного.

Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, АТФ и полисахаридов, служат источниками энергии, высвобождаемой при окислении в процессе дыхания. Продукты полного гидролиза, моносахариды – всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов – пищеварение.

Дисахариды – это сложные углеводы, каждая молекула которых при гидролизе распадается на 2 молекулы моносахарида. Иногда они используются в качестве дополнительных питательных веществ.

Дисахариды имеют формулу С 12 Н 22 О 11

К дисахаридам относятся:

– сахароза (состоит из остатков глюкозы и фруктозы)

– галактоза (состоит из остатков глюкозы и галактозы)

– мальтоза (состоит из двух остатков глюкозы)

Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода

К полисахаридам относятся целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин и др.

Полисахариды состоят из моносахаридов. Большие размеры делают их молекулы практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияния на клетку и потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть превращены обратно в сахара путем гидролиза.

Важнейший из полисахаридов – это крахмал, гликоген (животный крахмал), целлюлоза (клетчатка).

Гликоген – это полисахарид, образованный остатками глюкозы, связанными α-1→4 связями (α-1→6 в местах разветвления); основной запасной углевод человека и животных. Иногда его называют животным крахмалом. Было установлено, что гликоген может синтезироваться практически во всех органах и тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Поскольку мышечная масса организма человека велика, то большая часть гликогена организма содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Гликоген в клетках накапливается во время пищеварения и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи.

Целлюлоза (клетчатка) – это биополимер, состоящий из остатков глюкозы. Для ее расщепления необходим фермент – целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Биологическая роль целлюлозы состоит в том, что она является основным структурным компонентом клеточных стенок растений. Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

Хитин близок к целлюлозе. Он встречается у некоторых форм грибов, а также как важный компонент экзоскелета у членистоногих.

Биологическая роль углеводов заключается в следующем:

– углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Например, целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета у членистоногих (структурная функция);

– у некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток (защитная функция);

– углеводы входят в состав сложных молекул, например, пентозы ( рибоза и дезоксирибоза ) участвуют в построении АТФ , ДНК и РНК ) (пластическая функция);

– углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды (энергетическая функция);

– углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин – у растений (запасающая функция);

– углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100-110 мг/% глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови (осмотическая функция);

– олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул- лигандов (рецепторная функция).

По теме: методические разработки, презентации и конспекты


Лекция-визуализация "Из истории развития чертежа"

Презентация в зрительно-образной форме знакомит учащихся с историей возникновения и развития чертежей. помогает проследить межпредметные связи черчения со школьными дисциплинами и с жизнью.

Лекции на уроках химии

Лекционная система преподавания химии в старших классах.

Лекция по органической химии 11 класс : Теория органического строения. Алканы, циклоал-каны.

Лекционный материал по органической химии: Теория органического строения. Алканы, циклоалканы.

Лекция по органической химии 11 класс: Альдегиды и кетоны

Лекция по органической химии 11 класс: Альдегиды и кетоны.


Урок-лекция по органической химии на тему: "Углеводы, их состав и классификация. моносахариды"

Углеводы - полифункциональные органические кислородосодержащие соединения. Дана классификация углеводов по традиционной схеме. Особое внимание уделено особенностям строения моносахаридов и.


Конспекты лекций по органической химии

Конспекты лекций по органической химии предназначены для организации самостоятельной работы обучающихся при изучении нового материала и его закреплению.

Данный вид лекции является результатом нового использования принципа наглядности, содержание данного принципа меняется под влиянием данных психолого-педагогической науки, форм и методов активного обучения.

Лекция - визуализация учит студентов преобразовывать устную и письменную информацию в визуальную форму, что формирует у них профессиональное мышление за счет систематизации и выделения наиболее значимых, существенных элементов содержания обучения.

Этот процесс визуализации является свертыванием мыслительных содержаний, включая разные виды информации, в наглядный образ; будучи воспринят, этот образ, может быть, развернут и служить опорой для мыслительных и практических действий.

Любая форма наглядной информации содержит элементы проблемности. Поэтому лекция - визуализация способствует созданию проблемной ситуации, разрешение которой в отличие от проблемной лекции, где используются вопросы, происходит на основе анализа, синтеза, обобщения, свертывания или развертывания информации, т.е. с включением активной мыслительной деятельности. Задача преподавателя использовать таки формы наглядности, которые на только дополняли - бы словесную информацию, но и сами являлись носителями информации. Чем больше проблемности в наглядной информации, тем выше степень мыслительной активности студента.

Подготовка данной лекции преподавателем состоит в том, чтобы изменить, переконструировать учебную информацию по теме лекционного занятия в визуальную форму для представления студентам через технические средства обучения или вручную (схемы, рисунки, чертежи и т.п.). К этой работе могут привлекаться и студенты, у которых в связи с этим будут формироваться соответствующие умения, развиваться высокий уровень активности, воспитываться личностное отношение к содержанию обучения.

Чтение лекции сводится к связному, развернутому комментированию преподавателем подготовленных наглядных материалов, полностью раскрывающему тему данной лекции. Представленная таким образом информация должна обеспечить систематизацию имеющихся у студентов знаний, создание проблемных ситуаций и возможности их разрешения; демонстрировать разные способы наглядности, что является важным в познавательной и профессиональной деятельности.

Лучше всего использовать разные виды визуализации - натуральные, изобразительные, символические, - каждый из которых или их сочетание выбирается в зависимости от содержания учебного материала. При переходе от текста к зрительной форме или от одного вида наглядности к другому может теряться некоторое количество информации. Но это является преимуществом, т.к. позволяет сконцентрировать внимание на наиболее важных аспектах и особенностях содержания лекции, способствовать его пониманию и усвоению.

Этот вид лекции лучше всего использовать на этапе введения студентов в новый раздел, тему, дисциплину. Возникающая при этом проблемная ситуация создает психологическую установку на изучение материала, развитие навыков наглядной информации в других видах обучения.

Данный вид лекции является результатом нового использования принципа наглядности, содержание данного принципа меняется под влиянием данных психолого-педагогической науки, форм и методов активного обучения.

Лекция - визуализация учит студентов преобразовывать устную и письменную информацию в визуальную форму, что формирует у них профессиональное мышление за счет систематизации и выделения наиболее значимых, существенных элементов содержания обучения.

Этот процесс визуализации является свертыванием мыслительных содержаний, включая разные виды информации, в наглядный образ; будучи воспринят, этот образ, может быть, развернут и служить опорой для мыслительных и практических действий.

Любая форма наглядной информации содержит элементы проблемности. Поэтому лекция - визуализация способствует созданию проблемной ситуации, разрешение которой в отличие от проблемной лекции, где используются вопросы, происходит на основе анализа, синтеза, обобщения, свертывания или развертывания информации, т.е. с включением активной мыслительной деятельности. Задача преподавателя использовать таки формы наглядности, которые на только дополняли - бы словесную информацию, но и сами являлись носителями информации. Чем больше проблемности в наглядной информации, тем выше степень мыслительной активности студента.




Подготовка данной лекции преподавателем состоит в том, чтобы изменить, переконструировать учебную информацию по теме лекционного занятия в визуальную форму для представления студентам через технические средства обучения или вручную (схемы, рисунки, чертежи и т.п.). К этой работе могут привлекаться и студенты, у которых в связи с этим будут формироваться соответствующие умения, развиваться высокий уровень активности, воспитываться личностное отношение к содержанию обучения.

Чтение лекции сводится к связному, развернутому комментированию преподавателем подготовленных наглядных материалов, полностью раскрывающему тему данной лекции. Представленная таким образом информация должна обеспечить систематизацию имеющихся у студентов знаний, создание проблемных ситуаций и возможности их разрешения; демонстрировать разные способы наглядности, что является важным в познавательной и профессиональной деятельности.

Лучше всего использовать разные виды визуализации - натуральные, изобразительные, символические, - каждый из которых или их сочетание выбирается в зависимости от содержания учебного материала. При переходе от текста к зрительной форме или от одного вида наглядности к другому может теряться некоторое количество информации. Но это является преимуществом, т.к. позволяет сконцентрировать внимание на наиболее важных аспектах и особенностях содержания лекции, способствовать его пониманию и усвоению.

Этот вид лекции лучше всего использовать на этапе введения студентов в новый раздел, тему, дисциплину. Возникающая при этом проблемная ситуация создает психологическую установку на изучение материала, развитие навыков наглядной информации в других видах обучения.

Содержимое публикации

Министерство образования Луганской Народной Республики

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Луганской Народной Республики

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ

(курс лекций)

преподаватель высшей категории,

преподаватель методист

ВЛАДАРСКИЙ И. В.

Что такое визуализация? Само по себе понятие является достаточно многогранным, существует несколько определений в зависимости от того, о каком поле деятельности идет речь.

Целью визуализации является передача данных.

Визуализация информации – это процесс представления абстрактных данных в виде изображений, которые могут помочь в понимании смысла данных.

Не только обучающиеся, но и многие люди плохо воспринимают информацию на слух, часть ее не распознается и теряется, часть воспринимается неверно, сухой монолог быстро утомляет, может вызывать демотивирование обучающихся.

Визуализация подаваемого материала обеспечивает наглядность, четкое восприятие и понимание, возможность многократного обращения к представленной информации, возможность сравнения с предыдущей и последующей информацией.

Выделяют следующие Методы визуализации:

Рисунок, видимо, был первой в мире сознательной попыткой визуализации образов для их демонстрации другому человеку.

Графики предназначены прежде всего для иллюстрирования математичес-ких понятий, функциональных зависимостей или связей между объектами.

Диаграммы позволяют иллюстрировать количественные соотношения в определённой области.

Инфографика.

Графический способ подачи информации, данных и знаний. Основными принципами инфографики являются содержательность, смысл, легкость восприятия и аллегоричность.

Карты (например, географические).

Включение визуализации в образовательный процесс позволяет активно задействовать мощный зрительный канал получения информации. Помимо более понятной и наглядной формы получения информации, происходит дополнительная активизация нервной системы, обеспечивающая повышенное внимание и концентрацию учащихся на предмете изучения.

Есть еще один важный эффект визуализации. Оформляя результаты самостоятельного обсуждения новой темы, учащиеся подключают к обучению мощнейший потенциал творчества. Поиск оригинальных форм отражения результатов работы команды, реализация в этом процессе всех своих способностей, свободное самовыражение и связанные с этим яркие положительные эмоции обеспечивают эффективное усвоение и надежное закрепление новых знаний и умений!

Для визуализации в образовательном процессе можно использовать привычные цветные мелки, разноцветные карточки, наклейки, вырезки из журналов, акварельные краски, материалы для лепки и другие подходящие для этой цели предметы. Театрализация представления результатов обсуждения также обеспечит яркий визуальный эффект и прочное запоминание материала. На самом деле, варианты представления процесса и результатов обучения безграничны, точнее, определяются задачами каждого раздела урока и ограничиваются исключительно фантазией педагога, обучающихся и ресурсными возможностями.

Активные методы представления информации, различные техники и способы визуализации материала оживляют образовательный процесс, позитивно воспринимаются обучающимися и положительно сказываются на результатах обучения.

ПРЕИМУЩЕСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ В ОБУЧЕНИИ:

Визуализация:

помогает учащимся правильно организовывать и анализироватьинформа-цию. Диаграммы, схемы, рисунки, карты памяти способствуютусвоению больших объемов информации, легко запоминать ипрослеживать взаимо-связи между блоками информации;

развивает критическое мышление;

помогает студентам интегрировать новые знания;

позволяет связывать полученную информацию в целостную картину отом или ином явлении или объекте.

ТЕХНИКИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

Интеллект-карта (ментальная карта, диаграмма связей, карта мыслей, ассоциативная карта, mind map) – это графический способ представить идеи,концепции, информацию в виде карты, состоящей из ключевых и вторичных тем. Тоесть, это инструмент для структурирования идей, планирования своего времени,запоминания больших объемов информа-ции, проведения мозговых штурмов.

Инфографика – это графический способ подачи информации, данных и знаний. Основными принципами инфографики являются содержатель-ность, смысл, легкость восприятия и аллегоричность. Для создания инфо-графики могут использоваться таблицы, диаграммы, графические элемен-ты и т. д.

ЧТО ТАКОЕ ИНФОГРАФИКА И ЗАЧЕМ ОНА НУЖНА?

Графическое представление информации как способ общения между людьми, передача смысла сложных явлений и понятий в виде картинок использова-лись человеком с давних времен: это и наскальная живопись, и древнеегипетские иероглифы, и даже работа Микеланждело Буанаротти — роспись потолка Сикстинс-кой капеллы в Риме.

XX век по праву можно назвать текстовой цивилизацией. В XXI веке мы становимся свидетелями становления цивилизации изображений. В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с визуализацией информации: нас окружают схемы (например, схема линий метро или схема достопримечательностей), карты (например, карта города с достопримечательностями), пиктограммы (например, информационные дорожные знаки или знаки сервиса). Все это – наглядное представление информации, но инфографикой они не являются.

Инфографика предполагает сворачивание больших объемов информации и представление ее в более интересном и компактном для читателя виде.

Так, например, цифровой плакат заменяет многостраничное описание резуль-татов онлайн-исследования.

Инфографика в образовании явление не новое. Ведь хорошо иллюстриро-ванные таблицы на страницах учебных пособий и карты можно назвать образцами учебной инфографики.

Идеально же выполненная инфографика представляет собой законченный информационный блок, который можно усвоить самостоятельно, без чьей-либо помощи (комментария), причём весьма эффективно.

Инфографика позволяет – говорить‖ со студентом на языке образов и ассоциаций, что соответствует как наглядно-образному типу мышления, так и особенностям восприятия информации.

Основная функция инфографики – информировать, представлять большой объем информации в организованном виде, удобном для восприятия.

РАЗНОВИДНОСТИ ИНФОГРАФИКИ

По характеру представляемых данных различают такие категории инфогра-фики:

числа в картинках: наиболее распространённая категория, котораяпозво-ляет сделать числовые данные более удобоваримыми;

расширенный список: статистические данные, линия времени, простонабор фактов может быть визуализирован;

процесс и перспектива: служит для визуализации сложного процессаили предоставления некоторой перспективы. Может вообще несодержать числовых данных.

По способу отображения инфографика подразделяется на следующие виды:

статичная инфографика – одиночные изображения без элементов анима-ции;

динамическая инфографика – инфографика с анимированными элемента-ми. Основными подвидами динамической инфографики являются видео-инфографика, анимированные изображения, презентации;

интерактивная инфографика – вид инфографики, в котором пользователю предлагается управлять отображением данных.

По типу источника различают 3 основных вида инфографики:

аналитическая инфографика – графика подготавливаемая поаналитичес-ким материалам. Наиболее часто используетсяэкономическая инфографи-ка: аналитика проводится исключительно поданным экономических пока-зателей и исследований;

новостная инфографика – инфографика, подготавливаемая подконкрет-ную новость в оперативном режиме;

инфографика реконструкции – инфографика, использующая за основуданные о каком-либо событии, воссоздающая динамику событий вхроно-логическом порядке.

В образовательном процессе используется инфографика следующих типов:

МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОГРАФИКИ

Работа с инфографикой может идти в двух направлениях:

анализ студентами созданной преподавателем (дизайнером) инфогра-фики;

создание инфографики студентами под руководством преподавателя на основе имеющихся данных (в ходе проектной деятельности, по изучен-ному материалу).

В первом случае методика работы с инфографикой строится так же, как и работа с наглядным пособием. Учащимся перелагаются задания, направленные на анализ информации, сопоставление приведенных фактов, формулировку выводов, обобщений и постановку вопросов к представленной информации.

Также можно предлагать задания на функциональное чтение:

опиши представленного персонажа (событие);

представь данные в табличной форме и предположи, как они будут изменяться в дальнейшем;

составь рассказ (план);

дополни недостающие в тексте данные, используя инфографику.

Подбирая (создавая) инфографику для включения в урок педагог должен ответить на 4 вопроса:

Как я отношусь к содержанию, какие центральные факты, идеи, аргументы, процессы, процедуры я хочу, чтобы студенты поняли?

Какая схема поможет лучше организовать материал и наполнить его смыслом?

Какой вид визуального организатора поможет студентам в анализе и осмыслении содержания?

Какие надо поставить вопросы, как организовать актуализацию субъектного опыта по теме для активизации мышления студентов?

Во втором случае работа требует длительной подготовки, которая направлена на сбор данных, их анализ, выбор способа представления, дизайн.

ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ИНФОГРАФИКИ ВКЛЮЧАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ЭТАПЫ:

Формулирование цели создания инфографики и определение аудитории. Разрабатываемый информационный дизайн обычно предназначен для какой-то целевой аудитории.

Сбор определенного количества данных, материала по теме. Данные могут быть представлены в различных форматах – текстовый контент, графика, видео материалы, страницы таблиц и др.

Аналитика и обработка информации. Собранный материал необходимо проанализировать и обработать, привести к одному знаменателю – обычно это неоформленные графики, гистограммы,

Построение доступной визуализации, верстка. Весь материал компонуется, приводится в красивый наглядный вид. Выбирается формат (в зависимости от целей и количества данных) – презентация, слайд-каст, одностраничная картинка, видеоролик.

Можно выделить следующие направления в использовании инфографики в

образовательном процессе:

организация целенаправленного восприятия информации;

запоминание информации с опорой на графические образы;

отображение существенных для понимания сторон изучаемого материала;

способ делиться знаниями и результатами исследований;

способ обработки данных исследований;

развитие критического мышления;

формирование навыков функционального чтения.

Методы визуализации организуют и направляют мыслительный процесс, позволяя понять тему, проблему студентам с разным уровнем знаний и способностей.

МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Более 100 различных методов визуализации информации описали в своей работе – Towards A Periodic Table of Visualization Methods for Management ‖ (в направ-лении периодической таблицы методов визуализации для управления) Ralph Lengler

и Martin J. Eppler (режим доступа:

Периодическая таблица построена по двум направлениям:периоды и группы. Периоды отражают сложность визуализации, группы – область применения.

Авторы выделили 6 периодов:

Data Visualization (визуализация данных)

Методы, которые позволяют визуально представить количественные данные в схематичной форме для группировки, сравнения и представления данных.

Information Visualization (визуализация информации)

Методы перевода данных в изображение, схему; использование интерактив-ных визуальных представлений данных для усиления познания. Текст переводится в формат рисунка, схемы.

Concept Visualization (визуализация концепций)

Методы анализа проблем, концепций, идей, планов, направляемых шаблонами и правилами составления визуализации. Например, концептуальные карты или диаграммы Ганта.

Metaphor Visualization (визуализация метафор)

Эффективные и простые шаблоны для передачи сложных идей. Визуальные метафоры позволяют графически организовать и структурировать информацию и отобразить ключевые характеристики используемой метафоры.

Strategy Visualization (визуализация стратегий)

Методы предполагают систематическое использование дополнительных визуальных представлений для повышения качества анализа, для разработки плана, организации взаимосвязи компонентов и субъектов и реализации плана.

Compound Visualization (комплексная визуализация)

Это могут быть сложные карты знаний, которые содержат схематические и метафорические элементы, концептуальные мультфильмы, содержащие количественные графики, или интерактивный плакат, сочетающий в себе разные приемы визуализации информации.

Интерактивная версия таблицы с примерами каждого метода инфографики доступна по ссылке:

Сервисы для создания инфографики

Сайты с готовой инфографикой

3D-визуализация

Программное обеспечение помогает конструкторам и специалистам цифрового маркетинга создавать визуальное изображение продукта, проекта или виртуальных прототипов в формате 3D. Визуализация предоставляет разработчикам инструменты, которые могут расширить передовые производственные возможности. Визуализация с помощью визуальных образов является эффективным способом общения. Зрительное представления является одним из лучших способов коммуникации с потенциальными клиентами. Эффективное общение позволяет тратить больше времени на улучшение своих проектов и продуктивное взаимодействие. Визуализация 3D представляет собой технику создания объемных изображений, диаграмм или анимации.

Читайте также: