科学计算可视化数据管理系统的研究与实现

陈鸿杰 王啸 李建

摘 要：科学计算可视化主要就是利用现代信息技术进行计算后所得到的数据，并以直观的方式将数据结果进行展示，已经成为科学研究中非常重要的一种技术。随着计算机技术的不断完善，使得科学计算数据数量更加庞大，规模也在不断延伸，如何对数据进行统一的管理，从根本提升访问效率已经成为科学计算可视化中必须研究的问题。随着科学计算可视化应用技术的不断发展和完善，用户对网络进行远程跟踪已经成为主要的需求，远程可视化成为目前可视化技术的研究重点。

关键词：科学计算;可视化;数据管理;管理系统

前言

科学计算可视化也可以简略称为可视化，充分发挥了计算机处理技术的优势，将通过严格计算而产生的数据以图形或者图象的方式进行展现，并以相关理论为基础。目前，科学计算可视化已经成为科学研究中最为重要的技术手段，可以为科学工作者剖析数据深层信息提供辅助，也可以以此对其内在的客观规律进行揭示，从根本减少数据处理的时间。

一、科学计算可视化数据的组织与管理

（一）数据模型分析

与一般类型的数据有着明显的不同，科学计算可视化技术的处理对象非常固定，只能对科学数据进行应用，并且这些数据从多个渠道而来，相对比较复杂。科学数据的采样数据相对都比较独立，但是其有很多属性和组织形式。其中，数据的时间就是对数据与时间是否有关系进行显示，也可以表现因为时间变化而出现的物理特质;数据的维数可以表示向量数据、标量数据等多种数据;数据定义的维数可以从一到三进行具体的划分;数据组织形式可以分为网格和无网格零散数据，如果存在有无网格的差异，那么其组织形式也会出现明显的不同[1]。数据模型的种类相对比较多，科学完善的计算可视化的数据管理系统需要能对多种数据进行灵活的处理，并提供针对性的接口，以满足不同科学计算数据分析的需要。

（二）数据格式的读取

VTK数据是VTK软件中最为主要的一种数据格式，以往的格式可以快速进行读写，并支持不同格式的随时访问，从根本提升了数据访问速度;VTK软件包包括多种类型的数据模型，其涵盖内容非常广泛[2]。目前很多可视化软件都会使用VTK软件作为进行可视化分析模块开发的主要软件，其可以对VTK格式的数据模型提供针对性的支持[3]。因此，对于可视化数据的管理和分析而言，VTK数据格式最为适合，其在访问效率方面具有一定的优势，可以使用多种软件对数据进行科学的分析，是一种非常良好的选择。因此，本次研究以VTK数据格式作为数据处理的主要格式。

（三）可视化数据信息的组织管理方案设计

1.原始数据的组织

在对原始数据进行组织设计时，可以将其分为四层目录，每层目录的数据都以直观的方式进行展示，不同数据之间具有紧密的联系，但是这种组织方法对文件结构有着非常严格的要求，用户通过文件名就可以快速获取文件的相关信息，用户只有点击文件，才能确定是否符合自己的查找需要[4]。该种方式进行查找，很容易浪费用户的时间，为用户带来很多的繁琐性。因此，该种原始文件组织形式必须与数据管理技术进行有效的结合，才能使用户的数据查找时间得到有效的缩减，避免管理资金的投入。

2.元数据的组织

为了对原始数据组织方法中存在的缺点进行弥补，可以将原始数据中的元数据作为管理的主要内容，充分利用元数据中的数据内容，对数据之间的相关关系进行深入的探索和研究，使用户可以通过元数据在不需要打开文件的情况下，就可以快速读取文件信息[5]。

元数据主要指的就是数据中包含的信息，可以对具体的资源对象进行描述，同时可以对其位置进行确定，统一进行管理，对发现和获取数据提供重要的帮助。元数据的功能非常多元化，在进行数据描述时也可以对文档的属性进行涵盖。

所以，在进行组织与管理方案设计时，可以将文件目录结构分为不同的层次，对原始数据进行统一的管理和组织;利用元数据的信息优势，减少用户的分析时间，提高原始数据的利用效率;采用成熟的关系数据库技术对元数据信息进行管理。

二、科学计算可视化数据管理系统的研究与实现

在实践研究的基础上，结合用户的实际需要，设计了面向科学计算可视化的数据管理系统。通过该系统可以对数据进行统一的分类和储存，并对数据进行实时的追踪，使可视化管理系统的功能更加多元，方便用户的随时查找，使用户通过流感器就可以完成数据的整体性操作。系统可以自主升级和延伸，界面简洁，操作性极强。

（一）系统组成与结构

系统可以分为应用层、数据管理层等。应用层主要就是通过浏览器为用户提供系统所需要的多种接口。采用针对性的服务模式，将用户的所有请求都由后台进行统一的处理，同时可以在最短的时间内以页面的形式向用户反馈信息，用户请求主要包括记录和更新软件信息等，同时也可以对以往的数据进行针对性的额查询，功能非常齐全。

数据管理层包括用户管理和应用代理共同组成。用户管理模块可以对用户的信息进行统一的管理，为用户提供注册、认证等多种服务。

应用代理模块是系统的核心组成，可以对数据进行管理和组织。其中，可视元数据可以自动提取数据，并进行全方位的跟踪。

数据层可以是用户数据、应用数据等数据的重要载体，可以及时保存用户的信息，对程序进行模拟，为用户提供查询、分析方面的便利。

（二）系统实现

1.应用代理

应用代理可以分为数据管理和可视元数据提取两种功能，其中可视元数据可以数据进行自动化的提取，并对整个过程进行全方位的跟踪。系统属于B/S模式，为了满足多个用户的同时需要，需要使用多线程的方法进行实现。为每个用户的工程创建相关线程进行科学计算可视化处理，并且互相之间不会产生影响，此方法是该程序中最为重要的方法。

2.数据库设计

数据库包括用户数据和应用数据等多个部分，也是本系统数据层中最为关键的部分。用户数据库包括用户名和登录信息等。在该系统中采用文件结合数据库系统的方法对数据進行统一的管理。在进行管理时需要将数据以文件的形式进行存储，再以表的形式对位置等信息进行绘制，使其可以妥善存储于数据库中，使数据库的信息管理功能可以充分发挥。针对数据缩略图片信息，可以独立在制定目录下进行存储。

为了在数据服务器上集合数据库，在进行实现时，需要在同一个库中包含三种数据库，并为此设计了七个数据库表单，包含项目管理表和变量管理表等。

结论

综上所述，随着科学技术的不断创新，计算机数据和数量等都已经发生了较大的变化，进行统一的管理和操作已经显得非常必要，所以进行可视化技术研究已经成为计算机领域的主要研究内容。

参考文献

[1] 王蓓蓓. 科学计算可视化数据管理系统的研究与实现[D].国防科学技术大学，2017.

[2] 付晓静，张晓斌. 大数据时代的体育新闻报道——以巴西世界杯报道中的可视化数据新闻为例[J]. 青年记者，2018，03（09）：146-147.

[3] 杨佳，梁永平. 创新型可视化数据服务——上海图书馆的实践[J]. 图书馆杂志，2018，34（02）：111-117.

[4] 殷敬淇. 可视化数据新闻实践路径探索——以财新数据可视化实验室为例[J]. 新闻传播，2017，03（09）：110-111.

[5] 解梦茹. 可视化数据新闻实践探析——以财新传媒为例[J]. 传播与版权，2017，02（08）：122-124.