混合现实技术在大数据可视化中的应用

文/张瑜 张斯尧

数据是一种没有实际形态的东西，看不见也摸不着，但是作为一种信息载体，在人们的日常生活及社会的生产活动中，发挥着重要作用。将虚幻数据具象化，将其所蕴藏的信息直观形象展示在人们眼前，能够提高数据利用效率，提升其信息利用价值，而这，就涉及到数据可视化的命题。在大数据时代背景下，人们借助计算机技术来处理数据信息，高效便捷，信息处理技术水平日益提升，但是在处理结果展示方法上，却一直较为落后，局限于图形、动画等形式，表现力有限，且缺乏交互性，完全无法体现大数据的价值。随着科学技术的发展，虚拟现实技术、增强显示技术、混合现实技术等相继被研发出来，为大数据可视化提供了技术支持。

1 数据可视化概述

数据可视化是一门有关于数据视觉表现形式的科学研究，这项技术将数据以某种概要形式转化为信息，然后以形状、颜色、运动等感官敏感的可视化元素展示出来，实现了信息的高效、准确沟通。在数据可视化成果中，信息的属性及各变量间的关系，被直观展现，而且借助这种形式，人们能够更轻易地观察到数据之间所隐含的规律。随着人们对于数据可视化研究的深入，所应用的技术趋于多元化，借助于图形、图像处理及计算机视觉、用户界面等，人们将数据以立体模型、表面、属性、动画等方式进行可视化解释。

在以往，数据可视化展示方式有限，常用的有图形、动画，并且借助色彩、背景音乐等要素，丰富信息内涵，优化信息传达的视觉、听觉效果，增添其趣味性与交互性。不过，受到科学技术的限制，只能以二维图形及简易动画的方式展现，效果较差，交互性不理想，一旦数据更新，要想绘制新的数据图，需要进行复杂的数据处理流程，所以一般不会更新。

混合现实技术的研发，及其在数据可视化中的应用，有效提升了数据可视化成效，为用户搭建起现实世界与虚拟世界的交互反馈信息回路，让用户体验更为真实。

2 混合现实技术在大数据可视化中的应用

2.1 实现大数据的3D模型展示

借助混合现实技术，数据可视化成果趋于多样化，大数据以圆柱体、开普勒、管状图、栅格阵列、3D 散点图等3D 模型形式展现在人们眼前进行数据展示，而且，这些模型还可以向搭积木一样叠加放置在一起，每个模型可设置单独的属性，为了区分开来，可以填充不同的颜色，也可以单独设置材质贴图，让模型平面展现出特定的颜色、光亮度、自发光度及不透明度。比如说，在2018年的博鳌亚洲论坛上，工作人员就将移动通信数据量以栅格阵列的方式展示出来，通信量数值的大小，将直观体现在立方体高度上，而信号质量的好坏，将直观体现在颜色上，而且，为了实时记录数据，采取了调用接口的方式，来获取json 格式数据，以经纬度来确定栅格阵列的具体分布情况，观众能够直接查看栅格详细数据，并且通过点击栅格的方式获取对应的数据。目前，有关于应用混合现实技术将大数据以3D模型方式展现出来的研究，已经较为成熟，应用广泛。在部分规模较大的企业中，会应用相关技术，来展示销售数据，演示者能够根据展示目的，以手势筛选出不同时间、不同产品的3D模型，进行讲解，让参与者明确各时间段、不同产品的销售情况，从而制定可行的销售策略，优化企业运营效益。

2.2 数据的展示没有空间限制

目前最优秀的混合现实技术设备，是由微软公司研发的混合现实头戴式便携电脑——HoloLens，这一设备可具备数据可视化功能，能够将数据放置于任意现实空间位置，同时具有空间映射功能，能够将数据面板映射于墙面上，也可以将数据模型放置在桌面上，还能够将数据展示场景保存下来，便于再次打开探讨。受到系统限制，HoloLens 仅支持 SQLite 数据库，本地仅能完成轻量级数据的储存与操作，不过，这一设备可通过接口与数据库服务器连接，实现数据交互。要说HoloLens 最大的优点，莫过于其便携性，用户可以在不受空间限制进行数据化展示，只要有网络，就能够随时对地查看远程实时数据，在虚拟场景中，构建3D模型，游历其中，获取不同区域的交互数据，而且，还能够以时间轴为线索，进行数据展示，这样便于观察数据的发展规律与模式。

2.3 用户与数据之间丰富的交互

计算机最原始的操作装置，就是键盘与鼠标，而HoloLens 的研发，颠覆了这种操作方式，让人们以手势、语音的方式操控电脑。在数据可视化展示过程中，人们能够通过点击、旋转、拖拽、放大缩小等手势操控数据模型，比如说，在点击数据模型时，会弹出更为详细的数据面板，或者子数据模块。而语言就更为便利了，不需要动手，只需要根据自己的需求，张张嘴就能够操控数据模型，比如说想要关闭窗口时，可凝视关闭按钮并说出“关闭”，当前窗口将直接关闭。随着混合现实技术的发展，可视化数据程序交互功能将越来越优越，让数据展示变得更具趣味性和可玩性。

2.4 前所未有的展示效果

在进行大数据可视化展示时，HoloLens能够根据展示需求，为数据添加诸如3D文字、炫彩配色、粒子特效等效果，让数据模型更为生动，科技感更强，增强虚拟世界的代入感与沉浸感，单这一点，就让HoloLens从诸多可视化大屏中脱颖而出。除此之外，HoloLens的数据更新速度较快，可达到以帧为单位的鞥新速度，而且支持多人协同功能，不同的人在同一时间戴上 HoloLens，可看到相同场景，而且一人操作后的数据可视化结果会同步给其他用户，十分实用。同时，这一技术设备可应用Microsoft Remote Assist实现远程协助，用户能够在Microsoft Remote Assist 界面上实用 Microsoft Teams 视频通话，并且进入同一虚拟空间，看到同样的数据可视化成果，就数据显现的问题进行探讨，提出合理的解决方案，在高端会议上有着极高应用价值。

2.5 第三方视角功能的实现

HoloLens是一种小巧便携的混合现实技术装置，能够给用户独特的视觉体验，但是未佩戴HoloLens的旁观者，并不能看到其展现的虚拟场景，要想让其观看到，只能够通过显示器、大屏幕等，将HoloLens内部同步展示出来，实现用户间信息的共享。借助于HoloLens ，用户能够在浏览器上实时预览场景，这种浏览方式叫做第一视角，十分便捷，不过，第一视角视频的清晰度仅有720P，且存在明显的视频漏洞，只适合自己观看，不适用于对外展示。为了解决第一视角的问题，微软官方提出了第三视角解决方案，这一方案需要花费较多资金，去购进高品质的笔记本电脑、专业相机、视频采集卡，以及适用于HoloLens 的3D 打印支架、相机三脚架等硬件设施，成本高，而且存在视频采集卡不稳定的缺陷，同时，由于相机通常只能支持30min的视频，所以无法长时间进行第三方视角的演示。受挫后，技术人员坚持不懈，终于发现了借助USB 接口的外接摄像头实现第三方视角功能的解决方案，而且，在历经数次功能修正后，这一方案被证实是可行的，而且经济性良好，硬件成本显著降低，且可支持长时间持续稳定演示。

3 结语

大数据可视化，是一种提升大数据利用价值的方式，其初衷为以通过易于理解、便于记忆的图形，来增加数据的可读性，让沟通变得更为容易，交流更为顺畅。混合现实技术的应用，有助于大数据可视化目标的实现，按照大数据可视化结构体系，大数据可视化分为大数据层、数据挖掘层、数据可视化层、商务应用层，这项技术可以应用于数据挖掘层及最终结果展示中。混合现实技术很好地结合了VR与AR的优势，让人们能够通过摄像头看到裸眼看不到的现实，实现现实与虚拟互动，颠覆了传统的数据可视化展示方式，应用前景广阔。