b'\n_START_ARTICLE_\nTeaduslik visualiseerimine\n_START_PARAGRAPH_\nTeaduslik visualiseerimine on interdistsiplinaarne teadusharu, mis Friendly ja Denis (2001) s\xc3\xb5nul on "p\xc3\xb5hiliselt kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliste andmete (arhitektuurilised, meteoroloogilised, bioloogilised jne) visualiseerimine, kus r\xc3\xb5hk on mahu, pinna ja valgusallikate realistlikus esitusviisis, milles v\xc3\xb5ib esineda d\xc3\xbcnaamilist (aja)komponenti." Teaduslikku visualiseerimist peetakse arvutigraafika, mis on omakorda informaatika haru, alamosaks. Teadusliku visualiseerimise eesm\xc3\xa4rgiks on teaduslike andmete graafiline illustreerimine, et teadlased saaksid enda andmetest paremini arusaades efektiivsemaid j\xc3\xa4reldusi teha.\n_START_SECTION_\nAjalugu\n_START_PARAGRAPH_\n\xc3\x9cks kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmelise teadusliku visualiseerimise varaseim n\xc3\xa4ide on Maxwelli termod\xc3\xbcnaamiline pind, mille James Clerk Maxwell aastal 1874 savist vormis. See kujundas modernseid teadusliku visualiseerimise tehnikaid, mida arvutigraafikas kasutatakse._NEWLINE_M\xc3\xa4rkmisv\xc3\xa4\xc3\xa4rseteks kahem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliseks n\xc3\xa4ideteks v\xc3\xb5ib pidada Charles Joseph Minardi 1869. aasta kaarti Napoleoni Moskva marsist, Florence Nightingale 1857. aastal kasutatud "lillediagramme", mis olid osaks kampaaniast parandamaks Briti armee sanitaartingimusi ja 1855. aastal John Snow poolt kasutatud punktikaarte visualiseerimaks Broad Streeti koolera puhangut.\n_START_SECTION_\nMeetodeid kahem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliste andmehulkade visualiseerimiseks\n_START_PARAGRAPH_\nTeaduslik visualiseerimine arvutigraafika abil kogus populaarsust graafika k\xc3\xbcpsemaks saamisega. Peamisteks rakendusteks olid m\xc3\xb5\xc3\xb5detud andmed ja arvutisimulatsioonidest saadud skalaar- ning vektorv\xc3\xa4ljad. Kahem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliste (edaspidi 2D) skalaarv\xc3\xa4ljade visualiseerimise peamisteks meetoditeks on v\xc3\xa4rvide kaardistamine ja kontuurjoonte joonistamine. 2D-vektorv\xc3\xa4lju visualiseeritakse kasutades gl\xc3\xbc\xc3\xbcfe (m\xc3\xa4rgi visuaalne kuju) ja voolujooni v\xc3\xb5i visualiseeritakse neid joone integraali p\xc3\xb6\xc3\xb6rlemise meetoditega. 2D-tensorv\xc3\xa4ljad on tihti lahendatud vektorv\xc3\xa4ljale, kasutades \xc3\xbchte kahest omavektorist, et esindada tensorit igas ruumi punktis ja siis seda visualiseerida vektorruumi visualiseerimismeetodeid kasutades.\n_START_SECTION_\nMeetodeid kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliste andmehulkade visualiseerimiseks\n_START_PARAGRAPH_\nKolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmelisi (edaspidi 3D) skalaarv\xc3\xa4lju visualiseeritakse p\xc3\xb5hiliselt mahuesitust ja isopindu kasutades. Vektorv\xc3\xa4ljade visualiseerimismeetodid h\xc3\xb5lmavad gl\xc3\xbc\xc3\xbcfide (nagu noolte) kasutamist, voolujooni ja kiirjooni, osakeste j\xc3\xa4litamist, joone integraali p\xc3\xb6\xc3\xb6rlemist ja topoloogiat. Hiljem t\xc3\xb6\xc3\xb6tati 2D- ja 3D-tensorv\xc3\xa4ljade visualiseerimiseks v\xc3\xa4lja visualiseerimistehnikad nagu h\xc3\xbcpervoolujooned.\n_START_SECTION_\nArvutianimatsioon\n_START_PARAGRAPH_\nArvutianimatsioon on arvuti abil liikuvate piltide loomise kunst, tehnika ja teadus. Aina enam luuakse 3D arvutigraafika abil liikuvaid pilte. Samas kasutatakse laialdaselt ka 2D arvutigraafikat, kui on vajadus stilistilisele, v\xc3\xa4ikese ribalaiusega ning kiiremini reaalajas renderdatavale graafikale. M\xc3\xb5nikord on animatsiooni sihtm\xc3\xa4rgiks arvuti ise, teinekord aga m\xc3\xb5ni teine meedium nagu film. Filmit\xc3\xb6\xc3\xb6stuses viidatakse arvutianimatsioonile ka ingliskeelse l\xc3\xbchendiga CGI (ingl computer generated imagery v\xc3\xb5i computer-generated imaging).\n_START_SECTION_\nArvutisimulatsioon\n_START_PARAGRAPH_\nArvutisimulatsioon on arvutiprogramm v\xc3\xb5i arvutite v\xc3\xb5rk, mis \xc3\xbcritab simuleerida konkreetse s\xc3\xbcsteemi abstraktset mudelit. Arvutisimulatsioonid on kasulikuks osaks paljude looduslike s\xc3\xbcsteemide matemaatilises modelleerimises f\xc3\xbc\xc3\xbcsikas, arvutuslikus f\xc3\xbc\xc3\xbcsikas, keemias, bioloogias, majanduses, ps\xc3\xbchholoogias ja sotsiaalteadustes. Samuti on arvutisimulatsioon nimetatud teadusvaldkondades kasulik uute s\xc3\xbcsteemide v\xc3\xa4ljat\xc3\xb6\xc3\xb6tamisel, nende s\xc3\xbcsteemide toimimisest aru saamisel ja k\xc3\xa4itumise j\xc3\xa4lgimisel. S\xc3\xbcsteemi \xc3\xbcheaegset visualiseerimist ja simulatsiooni nimetatakse visuleerimiseks (ingl visulation)._NEWLINE_Arvutisimulatsioonid varieeruvad m\xc3\xb5neminutilistest arvutiprogrammidest ja tunde jooksvate arvutiv\xc3\xb5rgup\xc3\xb5histe s\xc3\xbcsteemidest kuni kuid kestvateni simulatsioonideni. Arvutisimulatsioonide abil simuleerivate s\xc3\xbcndmuste ulatus on kaugelt \xc3\xbcletanud k\xc3\xb5ik, mida peeti v\xc3\xb5imalikuks v\xc3\xb5i isegi kujutletavaks traditsioonilise paberi ja pliiatsiga matemaatiliselt modelleerides. \xc3\x9cle k\xc3\xbcmne aasta tagasi modelleeriti k\xc3\xb5rbelahingute simulatsioon sellest, kuidas \xc3\xbcks v\xc3\xa4gi v\xc3\xb5ttis teist \xc3\xbcle. See simulatsioon seisnes DoD High Performance Computing Modernization programmi kasutamises, et modelleerida Kuwaiti l\xc3\xa4hedale simuleeritud maastikule 66 239 tanki, veokit ja teist s\xc3\xb5idukit.\n_START_SECTION_\nTeabe ehk informatsiooni visualiseerimine\n_START_PARAGRAPH_\nTeabe visualiseerimise all m\xc3\xb5eldakse suure hulga mittearvulise informatsiooni visualiseerimist. N\xc3\xa4ideteks on tarkvaras\xc3\xbcsteemide failid ja koodiread, raamatukogu ja bibliograafilised andmebaasid ning suhete v\xc3\xb5rgustikud internetis._NEWLINE_Teabe visualiseerimine keskendub abstraktse informatsiooni intuitiivsele edastamisele. Visuaalsete kujutiste ja mitmek\xc3\xbclgsete tehnoloogiate vastastikune toime kasutab efektiivselt \xc3\xa4ra inimsilma laia vaatev\xc3\xa4lja teabe omandamise kiirust, et kasutajad saaksid \xc3\xbcheaegselt n\xc3\xa4ha, uurida ja aru saada suurest hulgast informatsioonist. Teabe visualiseerimine erineb teaduslikust visualiseerimisest. Tegu on teabe visualiseerimisega, kui ruumiline esitusviis valitakse ja teadusliku visualiseerimisega, kui ruumiline esitus on antud.\n_START_SECTION_\nKasutajaliideste arusaam ja tehnoloogia\n_START_PARAGRAPH_\nKasutajaliideste arusaam ja tehnoloogia illustreerib, kuidas uued kasutajaliidesed ja parem arusaam olemasolevatest pertseptuaalsetest probleemidest loob uusi v\xc3\xb5imalusi teadusliku visualiseerimise kogukonna jaoks.\n_START_SECTION_\nPinnarenderdamine\n_START_PARAGRAPH_\nRenderdamine on protsess, mille k\xc3\xa4igus luuakse arvutiprogrammide abil mudelist pilt. Antud mudelina m\xc3\xb5istetakse kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmeliste objektide kirjeldust rangelt m\xc3\xa4\xc3\xa4ratletud keeles v\xc3\xb5i andmestruktuuris. Mudel sisaldab \xc3\xbcldiselt informatsiooni geomeetria, vaatepunkti, tekstuuri, valgustuse ja varjude kohta. Loodud pilt on digitaalne v\xc3\xb5i rastergraafiline kujutis. Renderdamist kasutatakse ka protsessi, milles arvutatakse videot\xc3\xb6\xc3\xb6tlusfaili m\xc3\xb5ju, kirjeldamiseks, et toota l\xc3\xb5plikku videov\xc3\xa4ljundit._NEWLINE_Olulised renderdamistehnikad on:\n_START_SECTION_\nKiirte v\xc3\xa4ljasaatmine\n_START_PARAGRAPH_\nKiirte v\xc3\xa4ljasaatmist (ingl ray casting) kasutatakse peamiselt reaalajas toimuvate simulatsioonide jaoks. N\xc3\xa4ideteks on 3D arvutim\xc3\xa4ngud ja joonisfilmide animeerimine, kus detail ei ole oluline v\xc3\xb5i kus on t\xc3\xb5husam k\xc3\xa4sitsi \xc3\xbcksikasju v\xc3\xb5ltsida, et saavutada arvutusetapis paremat tulemust. N\xc3\xa4ide sellisest juhust on olukord, kus on tarvis animeerida suurt hulka kaadreid. Loodavad pinnad on iseloomulikult \xe2\x80\x98tasase\xe2\x80\x99 v\xc3\xa4limusega, kui t\xc3\xa4iendavaid trikke ei kasutata; justkui stseeni objektid oleksid mattviimistlusega. Antud m\xc3\xb5istet kasutas esimest korda Scott Roth oma 1982. aasta uurimuses, et kirjeldada tahkete geomeetriliste mudelite renderdamise meetodit.\n_START_SECTION_\nKiirtej\xc3\xa4litusmeetod\n_START_PARAGRAPH_\nKiirtej\xc3\xa4litusmeetod (ingl ray tracing) on arvutigraafikas kasutatav meetod pildile realistlikuma ilme andmiseks varju- ja v\xc3\xa4rviintensiivsuse muutmise ning \xc3\xbchest v\xc3\xb5i mitmest valgusallikast tekitatud varjude lisamise teel. Kiirte j\xc3\xa4lituse tarkvara modelleerib iga \xc3\xbcksiku valguskiire teed, kui see neeldub v\xc3\xb5i peegeldub kujutise objektidelt. Et see meetod h\xc3\xa4sti t\xc3\xb6\xc3\xb6taks, peab visualiseerija \xc3\xa4ra m\xc3\xa4\xc3\xa4rama valgusallika parameetrid (intensiivsus, v\xc3\xa4rv jne) ning samuti objektide parameetrid (kui palju nad valgust peegeldavad v\xc3\xb5i neelavad).\n_START_SECTION_\nRadiosity\n_START_PARAGRAPH_\nRadiosity on valgusalgoritm, mis j\xc3\xa4rgneb valguskiirele l\xc3\xa4bi stseeni. Iga objekti pinna puute korral valgusenergia v\xc3\xa4heneb. Valgusenergia peegeldatakse edasi \xc3\xbcmbritsevasse keskkonda. Mida rohkem valguse peegeldusi arvutatakse, seda realistlikum on tulemus, suurendades sellega aga visualiseerimisaega.\n_START_SECTION_\nMahurenderdus\n_START_PARAGRAPH_\nMahurenderdus on meetod, mis renderdab valgust, kui see l\xc3\xa4bib midagi, milles hajuda. Blenderi f\xc3\xbc\xc3\xbcsikasimulaatorisse on ehitatud f\xc3\xbc\xc3\xbcsikal p\xc3\xb5hinev mudel, mis suudab valguse k\xc3\xa4itumist erinevates keskkondades \xc3\xbcsna realistlikult modelleerida. Tahke pinna renderdamise protsessis otsib kaamera m\xc3\xb5ne pinna ning arvutab seej\xc3\xa4rel v\xc3\xa4lja valgusallikatest (valgusti objektidest, mitte teistest geomeetrilistest objektidest) tuleva valguse, mis objekti pinnalt kaamera suunas v\xc3\xb5iks hajuda. Kaamerasse j\xc3\xb5udev valgus t\xc3\xa4histab l\xc3\xb5plikku v\xc3\xa4rvi, mis ka renderdatakse._NEWLINE_Mahtude renderdamine t\xc3\xb6\xc3\xb6tab teisiti. Valgus siseneb ruumis olevasse keskkonda (mis on m\xc3\xa4\xc3\xa4ratletud mahuna), milles on v\xc3\xa4ikesi osakesi: suits, udu v\xc3\xb5i pilved. Valgus p\xc3\xb5rkab molekulide vahel ringi ning seda paisatakse laiali v\xc3\xb5i see neeldub, kuni mingi osa valgusest mahust v\xc3\xa4ljub ja kaamerasse j\xc3\xb5uab. Et see maht oleks n\xc3\xa4htav, peab renderdaja arvutama, kui suurest kogusest materjalist valgus l\xc3\xa4bi liikus ning kuidas see keskkonnas reageeris. Mahuobjekt peab olema ruumiline, n\xc3\xa4iteks suletud kinnine v\xc3\xb5re nagu kuup, ning ei tohi lihtsalt olla lame tasapind. Pildini j\xc3\xb5udmiseks peab renderdaja sellest alast l\xc3\xa4bi liikuma ning vaatama, kui palju "mateeriat" ala sisaldab (tihedus); sellest j\xc3\xa4reldub, kuidas valgus neeldub ja hajub. See v\xc3\xb5ib v\xc3\xb5tta aega, sest \xc3\xbcle tuleb kontrollida, kui palju ruumipunkte on, ning hinnata neist iga\xc3\xbche tihedust.\n_START_SECTION_\nLoodusteadustes\n_START_PARAGRAPH_\nT\xc3\xa4he moodustumine: 1. graafik on Enzo t\xc3\xa4he ja galaktika simulatsiooni ruumalagraafik gaasi/tolmu tihenduse logaritmist. K\xc3\xb5rge tihedusega piirkonnad on t\xc3\xa4histatud valgelt ning v\xc3\xa4hem tihedad piirkonnad on sinised v\xc3\xb5i ka l\xc3\xa4bipaistvad._NEWLINE_Gravitatsioonilained: teadlased kasutasid Globus t\xc3\xb6\xc3\xb6riistakomplekti (Globus Toolkit) ja rakendasid mitut superarvutit, et simuleerida gravitatsiooniefekte mustade aukude kokkup\xc3\xb5rgetest._NEWLINE_Supernoova plahvatused: kolmem\xc3\xb5\xc3\xb5tmelise pildi loomiseks kasutati DJEHUTY t\xc3\xa4heevolutsioonikoodi, et kalkuleerida SN 1987A t\xc3\xa4he plahvatust._NEWLINE_Molekulaarne renderdamine: parempoolse pildi jaoks kasutati VisIt anal\xc3\xbc\xc3\xbcsit\xc3\xb6\xc3\xb6riista v\xc3\xb5imalusi, et visualiseerida molekulaarset renderdamist. Algandmed olid p\xc3\xa4rit Protein Data Bankist ja konverteeriti enne renderdamist VTK-failiks.\n_START_SECTION_\nGeograafias ja \xc3\xb6koloogias\n_START_PARAGRAPH_\nMaastiku visualiseerimine: VisIt anal\xc3\xbc\xc3\xbcsit\xc3\xb6\xc3\xb6rist v\xc3\xb5imaldab mitmete geograafiliste infos\xc3\xbcsteemide (GIS) uurimisvaldkonnas kasutatavate failivormingute sisselugemist, mis omakorda v\xc3\xb5imaldab visualiseerida andmeid n\xc3\xa4iteks maastiku kohta. Lisatud pilt illustreerib DEM-andmekogumi graafi, mis illustreerib Kanadas Dunsmuiri l\xc3\xa4hedal asuvaid m\xc3\xa4estikke. Graafile on lisatud t\xc3\xb5usujooned, et m\xc3\xa4\xc3\xa4ratleda paremini k\xc3\xb5rguse muutusi._NEWLINE_Kliima visualiseerimine: see visualisatsioon kujutab s\xc3\xbcsinikdioksiidi mitmetest allikatest, mis on atmosf\xc3\xa4\xc3\xa4rimudelil \xc3\xbcksikult m\xc3\xa4rgatavad. Ookeanist p\xc3\xa4rinev s\xc3\xbcsihappegaas on 1900. aasta veebruaris kujutatud h\xc3\xb5ljuva suitsuna._NEWLINE_Atmosf\xc3\xa4\xc3\xa4ri anomaalia Times Square\'il: Pilt visualiseerib SAMRAI simulatsiooni raamistiku tulemusi atmosf\xc3\xa4\xc3\xa4rilisest anomaaliast Time Square\xe2\x80\x99i \xc3\xbcmber.\n_START_SECTION_\nMatemaatikas\n_START_PARAGRAPH_\nK\xc3\xb5vera graafik: VisItit saab kasutada, et joonestada k\xc3\xb5veraid failidest loetud andmete p\xc3\xb5hjal ning et ekstraktida ja joonestada k\xc3\xb5veraid mitmedimensioonilistest andmetest kasutades joonv\xc3\xa4lja (ingl lineout) operaatoreid ja p\xc3\xa4ringuid. Pildil n\xc3\xa4htavad k\xc3\xb5verad vastavad k\xc3\xb5rgusandmetele, mis on joonestatud DEM andmetele ja on loodud joonv\xc3\xa4lja v\xc3\xb5imalustele vastavalt. Joonv\xc3\xa4li lubab kasutajal interaktiivselt joonistada joont, mis m\xc3\xa4\xc3\xa4rab teekonna andmete ekstraheerimiseks._NEWLINE_Hajusgraafik: VisIti hajusgraafik v\xc3\xb5imaldab kuvada kuni neljam\xc3\xb5\xc3\xb5tmelisi andmeid. Hajusgraafik v\xc3\xb5tab sisse mitu skalaarsuurust ja kasutab neid erinevate telgede jaoks faasiruumis. Erinevad muutujad kombineeritakse, et moodustada koordinaadid faasiruumis. Neid kuvatakse kasutades gl\xc3\xbc\xc3\xbcfe ja on v\xc3\xa4rvitud kasutades veel \xc3\xbcht skalaarsuurust.'