可視計(jì)算與交互概論課程大綱

可視計(jì)算與交互概論課程大綱日期：目錄CATALOGUE02.基礎(chǔ)理論模塊04.前沿技術(shù)模塊05.實(shí)踐與應(yīng)用01.課程簡(jiǎn)介03.核心算法模塊06.教學(xué)團(tuán)隊(duì)與資源課程簡(jiǎn)介01課程目的與定位掌握可視計(jì)算與交互的基本概念、原理和方法通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握可視計(jì)算與交互的基本概念、原理和方法，了解可視計(jì)算與交互的研究領(lǐng)域和應(yīng)用場(chǎng)景。培養(yǎng)可視化設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力拓展相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目和案例分析，培養(yǎng)學(xué)生的可視化設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，使學(xué)生能夠獨(dú)立完成可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。了解可視計(jì)算與交互在數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能、人機(jī)交互等領(lǐng)域的最新應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，為未來(lái)的研究和職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。123課程內(nèi)容概述介紹可視計(jì)算的基本概念、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)可視化原理和方法等基礎(chǔ)知識(shí)?？梢曈?jì)算基礎(chǔ)知識(shí)介紹交互設(shè)計(jì)的基本原理、設(shè)計(jì)流程和評(píng)估方法，以及交互設(shè)計(jì)在可視計(jì)算中的應(yīng)用。通過(guò)案例分析，讓學(xué)生了解可視計(jì)算與交互在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題和解決方案。交互設(shè)計(jì)原理介紹常用的可視化開(kāi)發(fā)工具，如D3.js、ECharts、Tableau等，以及這些工具在可視計(jì)算中的應(yīng)用?？梢暬_(kāi)發(fā)工具01020403可視計(jì)算與交互案例課程特色與教學(xué)方法本課程注重實(shí)踐和應(yīng)用，通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目和案例分析，讓學(xué)生深入了解可視計(jì)算與交互的實(shí)際應(yīng)用。實(shí)踐導(dǎo)向采用課堂講授、小組討論、實(shí)踐項(xiàng)目等多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。多樣化教學(xué)方法可視計(jì)算與交互是一個(gè)涉及多個(gè)學(xué)科的領(lǐng)域，本課程將注重與計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的融合，使學(xué)生能夠全面了解和掌握可視計(jì)算與交互的相關(guān)知識(shí)?？鐚W(xué)科融合基礎(chǔ)理論模塊02理解像素概念，掌握?qǐng)D像縮放、裁剪、顏色調(diào)整等操作。位圖圖像編輯學(xué)習(xí)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何變換，以及圖形組合與分解。圖形組合與變換01020304掌握基于數(shù)學(xué)方程的圖形繪制，如直線、圓、橢圓等。矢量圖形繪制熟悉常見(jiàn)2D圖形繪制軟件，如Canvas、SVG等。圖形繪制工具使用2D圖形繪制基礎(chǔ)掌握平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等基本幾何變換，以及矩陣運(yùn)算在幾何變換中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)幾何圖形的求解方法，如求解線段長(zhǎng)度、角度、面積等。運(yùn)用幾何建模方法，構(gòu)建簡(jiǎn)單的2D圖形和3D模型。編程實(shí)現(xiàn)幾何處理算法，如裁剪算法、求交算法等。幾何處理技術(shù)幾何變換幾何求解幾何建模幾何算法實(shí)現(xiàn)理解3D圖形的表示方法，包括多邊形網(wǎng)格、曲面等。3D圖形表示3D圖形渲染原理學(xué)習(xí)光照模型和材質(zhì)屬性，如漫反射、鏡面反射、光源類型等。光照與材質(zhì)掌握渲染管線的基本流程，包括頂點(diǎn)處理、光柵化、著色等。渲染管線了解常見(jiàn)的3D渲染技術(shù)，如紋理映射、陰影生成、抗鋸齒等。渲染技術(shù)圖形庫(kù)與引擎了解OpenGL、DirectX等圖形庫(kù)和渲染引擎。交互技術(shù)學(xué)習(xí)基于圖形庫(kù)的交互技術(shù)，如事件處理、動(dòng)畫制作等。經(jīng)典案例實(shí)現(xiàn)通過(guò)編程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)經(jīng)典圖形學(xué)算法和框架，如渲染管線、光照模型等。圖形學(xué)應(yīng)用將圖形學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際領(lǐng)域，如游戲開(kāi)發(fā)、虛擬現(xiàn)實(shí)等。經(jīng)典框架實(shí)現(xiàn)核心算法模塊03介紹均值濾波、高斯濾波、中值濾波等常見(jiàn)去噪方法，以及雙邊濾波等保持邊緣的濾波技術(shù)。圖像濾波與去噪包括SIFT、SURF、ORB等局部特征提取算法，以及基于全局特征的圖像匹配方法。特征提取與匹配涵蓋閾值分割、區(qū)域增長(zhǎng)、分水嶺算法、圖論分割等多種分割方法。圖像分割技術(shù)涉及圖像的幾何變換、透視投影、圖像扭曲矯正和圖像復(fù)原等。圖像變換與復(fù)原圖像處理代表性算法渲染技術(shù)涵蓋光照模型、紋理映射、陰影生成、全局光照等真實(shí)感渲染技術(shù)，以及卡通渲染等非真實(shí)感渲染方法。動(dòng)畫編輯與合成涉及動(dòng)畫剪輯、關(guān)鍵幀插值、動(dòng)畫層疊與混合等動(dòng)畫編輯技術(shù)，以及動(dòng)畫與實(shí)景合成的方法。運(yùn)動(dòng)捕捉與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫介紹運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)處理和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)角色動(dòng)畫的方法。角色建模技術(shù)包括基于多邊形建模、曲面建模和體積建模的方法，以及骨骼動(dòng)畫和肌肉動(dòng)畫技術(shù)。動(dòng)畫生成關(guān)鍵技術(shù)維度降低與數(shù)據(jù)映射交互式數(shù)據(jù)探索視覺(jué)編碼與感知啟發(fā)式算法與可視化介紹主成分分析（PCA）、多維縮放（MDS）、t-SNE等降維算法，以及將數(shù)據(jù)映射到二維或三維空間進(jìn)行可視化。介紹如何通過(guò)交互技術(shù)，如刷選、縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等，使用戶能夠更靈活地探索數(shù)據(jù)。涵蓋顏色、形狀、運(yùn)動(dòng)等視覺(jué)通道在數(shù)據(jù)編碼中的應(yīng)用，以及人類視覺(jué)系統(tǒng)的感知特點(diǎn)在可視化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。探討啟發(fā)式算法（如遺傳算法、模擬退火等）在優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用，以及如何通過(guò)可視化方法展示算法的運(yùn)行過(guò)程和結(jié)果?？梢暬瘑l(fā)式方法前沿技術(shù)模塊04三維重建最新進(jìn)展激光掃描技術(shù)通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)量物體表面距離，結(jié)合掃描儀的移動(dòng)軌跡，可以快速獲取物體的三維數(shù)據(jù)。激光掃描技術(shù)立體視覺(jué)技術(shù)通過(guò)模擬人類雙眼的成像原理，從兩個(gè)或多個(gè)角度拍攝同一物體，通過(guò)圖像匹配和計(jì)算來(lái)生成三維數(shù)據(jù)。深度學(xué)習(xí)技術(shù)通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以從大量的三維數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)到物體的形狀、結(jié)構(gòu)等特征，實(shí)現(xiàn)高精度的三維重建。立體視覺(jué)技術(shù)結(jié)構(gòu)光技術(shù)通過(guò)將特定編碼的光圖案投射到物體表面，再通過(guò)解碼光圖案的變形來(lái)獲取物體的三維信息。結(jié)構(gòu)光技術(shù)01020403深度學(xué)習(xí)技術(shù)光線追蹤技術(shù)可以模擬光線的傳播路徑和交互過(guò)程，實(shí)現(xiàn)更加逼真的光照效果和陰影效果。輻射度技術(shù)通過(guò)計(jì)算物體表面的輻射能量分布，實(shí)現(xiàn)更加真實(shí)的顏色和亮度表現(xiàn)。全局光照技術(shù)可以模擬整個(gè)場(chǎng)景的光照效果，包括直接光照和間接光照，實(shí)現(xiàn)更加自然的光影效果。實(shí)時(shí)渲染技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)生成高質(zhì)量的三維圖像，廣泛應(yīng)用于游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。高級(jí)渲染技術(shù)光線追蹤技術(shù)輻射度技術(shù)全局光照技術(shù)實(shí)時(shí)渲染技術(shù)人機(jī)交互前沿虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)造一種沉浸式的三維環(huán)境，讓用戶感覺(jué)自己真正進(jìn)入了一個(gè)虛擬的世界。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將虛擬信息疊加到真實(shí)世界中，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫融合和交互。觸覺(jué)反饋技術(shù)觸覺(jué)反饋技術(shù)可以通過(guò)模擬物體的觸感，讓用戶更加真實(shí)地感受到虛擬物體的存在。語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的語(yǔ)音交互，讓計(jì)算機(jī)更加智能和便捷。醫(yī)學(xué)影像處理計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像處理領(lǐng)域的應(yīng)用，可以幫助醫(yī)生快速準(zhǔn)確地診斷疾病。智能制造技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可以應(yīng)用于智能制造領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)檢測(cè)、分揀、裝配等功能，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。安全監(jiān)控技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可以應(yīng)用于安全監(jiān)控領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常行為的自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警，提高安全性和防范能力。自動(dòng)駕駛技術(shù)自動(dòng)駕駛技術(shù)需要依賴計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)識(shí)別和跟蹤道路、車輛、行人等目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)安全可靠的自動(dòng)駕駛。計(jì)算機(jī)視覺(jué)交叉應(yīng)用01020304實(shí)踐與應(yīng)用05實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)可視化數(shù)據(jù)分析通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生熟悉可視化數(shù)據(jù)分析的基本流程和技術(shù)，掌握數(shù)據(jù)可視化的實(shí)踐技能。交互原型設(shè)計(jì)要求學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)交互原型，培養(yǎng)學(xué)生的交互設(shè)計(jì)能力和原型實(shí)現(xiàn)技術(shù)。可視化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)讓學(xué)生參與可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高學(xué)生的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。數(shù)據(jù)可視化通過(guò)可視化手段展示數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和趨勢(shì)，提高數(shù)據(jù)分析和決策的效率。典型應(yīng)用場(chǎng)景人機(jī)交互通過(guò)可視化交互界面，提高用戶與計(jì)算機(jī)之間的交互體驗(yàn)和效率。教育和培訓(xùn)將可視化技術(shù)應(yīng)用于教育和培訓(xùn)領(lǐng)域，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？梢暬_(kāi)發(fā)工具例如Sketch、Figma等，用于交互原型的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。交互設(shè)計(jì)工具集成開(kāi)發(fā)環(huán)境例如VisualStudioCode、WebStorm等，用于可視化系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)和調(diào)試。例如D3.js、ECharts等，用于數(shù)據(jù)可視化開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)工具與平臺(tái)教學(xué)團(tuán)隊(duì)與資源06教師研究方向介紹可視計(jì)算與交互研究可視計(jì)算與交互的基礎(chǔ)理論、方法和技術(shù)，包括圖形圖像處理、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等。數(shù)據(jù)可視化人工智能與可視化專注于數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與方法，如信息圖表、科學(xué)可視化、可視化分析等。探索人工智能技術(shù)在可視化領(lǐng)域的應(yīng)用，包括智能可視化、自動(dòng)化可視化、可視化交互等。123助教團(tuán)隊(duì)由經(jīng)驗(yàn)豐富的博士生和高年級(jí)研究生組成，協(xié)助教師進(jìn)行課程輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等工作。聯(lián)系方式學(xué)生可以通過(guò)郵件、在線論壇、課程平臺(tái)等多種方式與助教團(tuán)隊(duì)進(jìn)行聯(lián)系。助教團(tuán)隊(duì)與聯(lián)系方式學(xué)習(xí)資源獲取途徑課件與教材學(xué)生可以在課程