混合现实技术在大数据可视化中的应用

陈林琳

基金项目：2018年度南通市级基础科学研究项目：基于机器视觉的农产品三维形貌重建技术研究（JC2018135）

摘要：结合微软HoloLens，在大数据可视化中详细介绍了混合现实的应用模式，混合现实设备通过使用第三方透视功能，使只能出现在电影中的场景变成了一种新的数据显示方式和用户新的视觉体验，不穿全息线的用户也可以有同样的光学效果。

关键词：混合现实技术;大数据;可视化

中图分类号：TP311.13;TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）14-0134-02

引言：大数据时代背景下，人们利用计算机技术处理高效舒适的数据，信息处理水平也在日益提高。但是，它在显示结果的方式上是相对可逆的，只涉及图形、动画等形式;它的表达能力是有限的，不能相互作用，使得大数据的价值无法通过现实技术验证来体现技术增强显示和混合现实技术支持大数据显示。

1AR简介

在20世纪80年代末，Jaron Lanier正式使用了“虚拟现实”一词，并得到广泛认可。定义虚拟现实（VR），它的意思是：一个计算机生成的三维仿真环境，混合了视觉、听觉甚至触觉，人们在其中进行研究和互动。这是一个沉浸式仿真环境。除此之外，虚拟现实将从2000年的计算器和智能手机变得越来越强大，高清显示和三维图像功能急剧增加，虚拟现实得到了迅速发展。各种头戴式显示器相继问世，使得虚拟现实技术得到了迅速发展，知名人士设备有Google Papp、三星Galaxy Gang、Oculus Rift、HTC Vive等。由于云计算的发展，近年来虚拟现实应用都是基于云的。早期已知的AR设备是谷歌眼镜，它允许用户在自己的视野范围内使用地图、电子邮件和其他服务。现在有很多支持AR的移动应用程序，通常是卡片应用程序。混合现实（MR）是一种基于虚拟现实和扩展现实的数字全息成像技术。它打破了现实世界和数字世界的界限。在潜水技术的帮助下，她将两者融合到一个新的环境中，包括虚拟现实和扩展现实。先生在环境识别方面比AR更先进。不仅是将虚拟图像转换为摄像机图像，同时也将计算机生成的图像锚定在现实世界的某个点上。可以说AR先生是，有人把AR和绅士归为同一类。微软是HoloLens被定位为MR，并声称它将只专注于其他知名产品，比如刚刚于2018年8月开始订购的初创公司Magic Jump。随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术正在成为主流[1]。

与虚拟现实相比，AR/MR的最大优势在于其灵活性。如果你使用虚拟现实，你完全沉浸在另一个世界里，很难用真实的世界进行互动。增强现实主要有三种显示方式：头盔显示器（HMD）、投影显示和表格显示。头盔显示器是最受欢迎的。

AR-MR系统的组成，包括传输HMD、环境感知模块、交互设备和虚拟场景制作，以Microsoft Holodenset为例，传输HMD负责虚拟与现实融合后的信号输出;环境感知模块负责混合现实的检测和用户感知信号的跟踪;交互设备负责环境控制和眼睛跟踪、手势和语音控制;虚拟场景制作负责三维建模、渲染和管理虚拟场景[2]。有三个处理器，一个是传统的CPU和GPU，另一个是专门为混合现实设计的HPU（全息处理单元）;IMU（惯性测量单元）用于跟踪直升飞机的位置。

2常见应用场景

随着AR项目和AR初创公司的大量资金投入，谷歌、苹果、微软、高通和佳能等IT巨头开始展示AR和MR以及他们自己的AR-MR生态系统第一批消费品已经如雨后春笋般涌现。

（1）工业计算机广泛应用于产品开发中，常见的系统有：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助装配规划，AR技术的应用大大提高了CAD/CAM的处理能力。

（2）2015年任天堂出版的游戲软件巨头Pokemon Go将AR技术应用到游戏领域，通过手机发现并捕捉现实世界中的虚拟幽灵，并以其卓越的创新取得了巨大成功。

（3）旅游/数字网站将旅游景点数字化，以AR的形式展现其魅力，如2006年北京理工大学王永田等人提出利用增强现实技术对圆明园进行数字化，实现圆明园的重建，而旧式的圆明园通过原有网站、移动设备AR、头盔安装AR等多种形式，在场馆方面，AR技术可以成为读者的私人助理和馆员的得力助手，提高他们的工作效率信息展示的新阶段。应用实例当读者使用AR设备观察书籍、景点、历史遗址和其他增强材料时，将提供相关信息，如书目、视听资料。它还可以帮助读者（管理员）找到书籍并导航到用户所在的位置。

（4）在汽车领军城市gtc2016开发者大会上，德国马牌展示了AR-AR增强现实技术在汽车领域的新应用。前盘显示人机界面，计算机根据实际场景工程实时向硬盘发送信息。驾驶员所看到的速度、路线和交通状况等信息与自然环境（如路面和建筑）有关。通过交互，驾驶体验显著提高。

3相关概念

数据可视化：对数据进行可视化表示的科学技术研究;可视化表示是指将某种概括形式的数据提取为信息，并以形式、颜色、运动和其他感官元素的形式来表示信息，以便高效、准确地向交流;相应信息的不同特征和变量之间的关系应包括;或数据可以视图的形式呈现，以尊重与图形有关的规律和模式。

它是一个不断演化的概念，它在不断地拓展自己的边界，主要解决的是更高层次的技术方法，这些技术方法通过图形、图像处理、计算机视图和用户界面，通过实体、表面、特征和动感的表达，将模型与其他特定的模型进行比较实体和技术，包括数据视图中的许多技术方法。

数据挖掘可视化：将数据域中的值映射到图域编号，直到在一定程度上可以高效、准确地将数据描述在图形上，包括数据采集、数据集成、ETL（数据准备、数据映射）、分析与挖掘、接收卡、动画效果、视觉交互等，机械模拟等。

混合现实：它是虚拟现实和扩展的现实技术的进一步发展。这种技术将真实的信息放在虚拟世界中，在虚拟世界、现实世界和用户之间建立一个互动的信息循环，提高用户体验的真实性。HoloLens是微软开发的，混合的，基于现实的便携式计算机，它也是最好的混合现实设备。

4传统数据可视化

主要采用图形、动画等传统的方式来查看数据，提供信息显示。在图表中加入背景音乐和一些简单的互动，为动画生成提供一些简单的交互，其缺陷在于，传统的图形显示只能使用二维图形，虽然可以在图形中添加阴影使其看起来像三维图形，但效果仍然是传统动画用于数据可视化，但它不见了交互性;此外，传统的数据可视化常常存在这样的问题：数据无法实时更新。基于数据的可视化包括：绘图后不要用给定的数据更新图形。实时查看数据需要复杂的功能和高工作负载来支持。目前，通用的数据实时可视化系统是监控室的大型显示系统。

5混合现实技术在大数据可视化中的应用

5.1实现大数据的三维模型表示。在混合现实技术的帮助下，数据可视化的结果大多是多样化的，大数据以三维模型的形式显示，如圆柱体、开普勒、管图、网格阵列、三维散射图等。数据将显示在人们面前。此外，这些模型可以像积木一样堆叠起来。每个模型都可以配置自己的属性。为了区分它们，可以填写不同的颜色，并可以单独设置材质卡，使模型和平面有一定的颜色、亮度、自发光和天花板的功率显示出来。以2018年博鳌亚洲论坛为例，以网格阵列的形式展示移动通信数据。业务量值的大小直接反映在立方体护套中，信号质量直接反映在反射的颜色中。但除了实时采集数据外，采用调用接口的方式获取JSON格式的数据，根据宽度和长度，确定网格数组的具体分布情况，观众可以直接查看详细的网格数据并点击网格，对相应的数据进行研究，应用混合现实技术在三维模型中显示大数据目前比较成熟，在一些大公司中运用相关技术来显示销售数据，并且主持人可以根据不同的时间代表不同产品的三维表现为了展览的目的。该模型旨在为参与者提供不同时期不同产品的销售情况，以制定切实可行的销售策略，优化企业的经营效率。

5.2数据显示无空间限制。目前最好的混合现实技术HoloLens设备，微软的混合现实耳机便携式计算机这是一个设备可以有数据可视化功能，把数据放在任何真实的空间位置和空间抓取功能，它可以在墙上显示数据场，把数据模型放在桌面上，还可以存储数据桌面。根据保存的显示级别，很容易再讨论打开。受系统限制，只支持HoloLens的SQLite数据：库，并且只能本地存储光数据并操作。不过，这台设备可以通过接口连接到数据库服务器，到一个数据交互到ENS的主要优点是它的便携性。用户可以访问无空间限制的数据显示。只要有网络，就可以随时把实时数据移到地面上看。在虚拟场景中，他们可以在三维模型下构建和移动，对于来自不同区域的交互式数据，他们还可以根据时间轴显示数据，这适合于观察数据的发展规律和类型。

5.3用户与数据的丰富交互。最原始的计算机控制是键盘和鼠标，而全封闭系统的发展破坏了这种操作模式，使得人们通过手势和声音来控制计算机。在可视化过程中，人们可以通过点击、旋转、拖动、缩放等操作来使用数据模型，例如，当你点击数据模型时，会出现一个更详细的数据字段或子数据模块。只需张开嘴就可以根据自己的需要来操纵。想要关闭一个窗口，你可以关闭按钮并说“关闭”，当前窗口将直接关闭。随着混合现实技术的发展，提高了可视化数据程序的交互功能，使数据的呈现更加有趣和实用。

5.4前所未有的展示效果。在对大数据进行可视化时，HoloLens可以根据显示要求在数据中添加3D文本、炫目色彩、粒子效果等效果，使数据模型更加有效。它生动活泼，具有较强的科技意识，增强了对虚拟世界的替代感和沉浸感。单凭这一点，许多大型视觉屏幕的全息电影就显得格外突出。还有全息透镜。数据更新速度更快，可以达到帧的精细更新速度，支持多人协作功能。不同的人在同一时间穿全息线可以看到同一个领域，而数据可视化的结果是一个人操作，与其他用户同步，非常实用。利用微软提供的远程可视化技术，可以实现远程可视化，并可借助微软的远程设备辅助用户查看数据，讨论数据呈现问题，提出合理的解决方案，在高端会议中具有较高的应用价值。

5.5第三方透视功能的实现。HoloLens是一款小巧便携的混合现实技术设备，能为用户提供独特的视觉体验。然而，没有全息图的观众无法看到虚拟场景。如果他们想观看，他们只能在显示屏和大屏幕上同步显示内部的HoloLens，以便在用户之间提供信息共享。借助于HoloLens允许用户在浏览器显示中实时查看场景。这种浏览方法叫做第一视图，这是非常实用的。但是，第一次观看视频的定义只有720p，而且有明显的视频间隙，只适合自己显示，不适合外部显示。为了解决第一视角的问题，微软之前正式打出了第三视角的解决方案。这个解决方案需要更多的钱来制造高质量的笔记本电脑，专业相机，购买录像机卡和硬件，如3D打印架和HoloLens相机驱动器。同时，由于它只能支持30分钟的视频，因此不能长时间使用该摄像头来提供第三方视角演示。如果受挫后，叫停了技术人员，终于找到了解决办法，借助外置摄像头带USB接口的透视功能来实现第三方的透视功能。

6结语

数据可视化的初衷是利用更容易理解和记忆的图形来增加数据的可读性，使交流更简单、更顺畅，全息摄影可以像科幻小说一样生动有趣。全息镜头从一开始就是一个传奇，它的出生有各种不可能的场景让它成真吧。不仅仅是扬弃了传统的可视化数据方式，并将在未来提供更多的行业。

参考文献：

[1]张开法.混合现实技术在大数据可视化中的应用[J].电脑编程技巧与维护， 2019， 000（004）：84-86.

[2]史启民， 李东辉， 何鹏.大數据可视化技术在智能化行业中的应用[J].电脑迷， 2017， 000（030）：48.