科学计算可视化：帮助人们理解科技概念

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：因此，可以认为科学计算可视化是一种帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式，如图1-1所示。图1-1科学计算可视化在计算机诞生之前，科学的可视化行为就已存在，如等高线图、磁力线图、天象图等。

可视化技术最早运用于计算机科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支——科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing， ViSC）。

“可视化”一词正式出现于20世纪80年代。2025年2月在美国国家科学基金会（National Science Foundation， NSF）召开的图形图像专题研讨会上，专题讨论组会后发表的正式报告给出了ViSC的定义、覆盖的领域，并对可视化的需求、近期目标、远景规划和应用前景作了相应的阐述。这标志着“科学计算可视化”作为一个学科在国际范围内的确立。

科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。因此，可以认为科学计算可视化是一种帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式，如图1-1所示。

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图1-1　科学计算可视化

在计算机诞生之前，科学的可视化行为就已存在，如等高线图、磁力线图、天象图等。利用计算机的强大运算能力，人类可以使用三维或四维的方式表现液体流型、分子动力学的复杂科学模型。(https://www.chuimin.cn)

比如，利用经验数据，在天体物理学（宇宙爆炸）、地理学（温室效应）、气象学（龙卷风或大气平流）中模拟人类肉眼无法观察或记录的自然现象；利用医学数据（核磁共振或CT）研究和诊断人体；或者在建筑领域、城市规划领域或高端工业产品的研发过程中发挥重大作用。比如，在汽车的研发过程中，需要输入大量结构和材料数据，模拟汽车在受到撞击时如何变形；在城市道路规划的设计过程中，需要模拟交通流量。

“科学可视化”处理的数据具有天然几何结构。图1-2所示的磁感线是肉眼不可见的，实际上也不存在，但是为了理论研究将其可视化。图1-3所示的空气流动同样不可见，在科学研究中，通过某些手段将看不见的气体流动可视化，以帮助进行模拟实验或者理论研究。

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