| 书名： | 沉浸式数据可视化与可视分析 |
| 出版社： | 清华大学出版社 |
| 出版日期 | 2022 |
| ISBN号： | 9787302609681 |
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| 全书分4篇，共有11章。第1篇为数据可视化基础，主要阐述数据可视化的基础理论和概念，包括可视化的简史、数据可视化的分类和工作流程、数据的视觉编码和交互设计。第2篇为虚拟现实基础，主要介绍虚拟现实技术的基本概念和开发工具，包括虚拟现实应用与Web端虚拟现实的开发技术。第3篇为沉浸式数据可视化与可视分析，主要介绍沉浸式数据可视化的基础概念、多感知技术以及交互技术。 第4篇通过两个具体的应用案例，帮助读者学习并了解沉浸式可视化与可视分析作品的设计方法和开发过程。
本书可以作为虚拟现实、大数据或数字媒体相关专业的专科生、本科生和研究生的选修课程教材，也可以作为其他专业初学者的领路指南，还可以作为沉浸式可视化研究与应用的使用参考。本书讲授虚拟现实沉浸式环境下的数据可视化及可视分析的思维和实现方法，具有一定的创新性和社会效益，希望能为从事大数据可视化、虚拟现实相关工作的研究者提供帮助。 |
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| 杜萌，工学博士，现就于新西兰奥克兰大学，曾任北京印刷学院讲师。中国图象图形学学会可视化与可视分析专委会委员、教育部信息技术新工科联盟虚拟现实教育工作委员会秘书处主任、国际新媒体产学研融合研究院数据可视化方向主任。研究专长包括数据可视化与可视分析、沉浸式可视化与可视分析、数字媒体技术、虚拟现实技术。 程明智，工学博士，北京印刷学院，教授，数字媒体技术专业负责人，兼任教育部信息技术新工科联盟虚拟现实教育工作委员会秘书长、教育部1+X证书“虚拟现实工程技术应用”主编专家。 |
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| 随着数字经济的高速发展，虚拟现实、数据可视化与可视分析作为一种新的应用业态，正在成为人们高质量生活的新助力，其应用也越来越普及。但是目前的虚拟现实应用和数据可视化与可视分析的应用无论从学界还是业界，都是相互分离的两种应用，将两者进行结合的研究或应用还比较少。本书创造性地将两者进行结合，面向青年大学生，讲授虚拟现实沉浸式环境下的数据可视化及可视分析的思维和实现方法，具有明显的创新性。 |
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| 第1篇数据可视化基础 第1章数据可视化简介 3 11可视化的意义3 12可视化简史3 121图表萌芽4 122物理测量5 123图形符号5 124数据图形7 125现代启蒙10 126多维信息的可视 编码11 127多维统计图12 128交互可视化14 13数据可视化的分类14 131科学可视化15 132信息可视化15 133信息图15 134可视分析16 14数据可视化的工作流程17 141数据采集17 142数据处理18 143可视编码19 144可视化呈现19 145用户感知19 15本章小结20 参考文献20 第2章数据与视觉编码 21 21数据基础与数据分析21 211数据属性21 212数据预处理21 213数据挖掘22 214可视数据挖掘与可视 分析23 22视觉感知与认知25 221感知与认知25 222格式塔理论26 23视觉标记与视觉通道30 231视觉标记30 232视觉通道31 24本章小结35 参考文献35 第3章 数据可视化的方法与 交互方式 36 31数据可视化的基本方法36 311高维多元数据可 视化36
312时序数据可视化40 313地理空间数据可 视化43 314层次和网络数据可 视化44 315跨媒体数据可视化46 32数据可视化的基本交互 方式50 321选择50 322导航52 323重配54 324过滤56 325概览与细节59 326焦点与上下文61 33本章小结68 参考文献68 第2篇虚拟现实基础 第4章虚拟现实技术概述 73 41虚拟现实基本概念73 42虚拟现实发展历史74 43虚拟现实的应用分类76 431VR应用及VR眼镜的 沉浸感原理概述77 432AR应用概述78 433MR应用概述79 434虚拟现实相关技术的 比较81 44虚拟现实应用开发工具82 441三维建模软件82 442虚拟现实开发引擎84 45虚拟现实的输入和输出 设备85 451虚拟现实输入设备85 452虚拟现实输出设备89 46本章小结93 参考文献93 第5章虚拟现实应用开发 94 51基于Unity的虚拟现实作品 UI设计94 511UGUI图形界面系统94 512虚拟现实作品界面 设计97 52基于Unity的虚拟现实场景 设计98 521Unity中的地形 系统99 522Unity中的环境 特效104 523Unity导入外部模型 资源107 53基于Unity的虚拟现实交互 功能开发110 531虚拟现实应用的人机 交互概述110 532C#脚本开发基础111 533Unity中的常用类115 54基于Unity的虚拟现实作品 发布116 541Unity项目发布到 PC平台116 542Unity项目发布到 移动终端118
543Unity项目发布到 Web平台119 55本章小结120 参考文献121 第6章 Web端的虚拟现实 应用开发 122 61Web端的虚拟现实应用 概述122 611Web3D概述122 612WebVR概述122 613WebXR概述123 62Threejs引擎介绍124 621Threejs引擎与 WebGL的关系124 622Threejs引擎的优 缺点125 623Threejs引擎与其他 Web3D框架对比127 624Threejs引擎的可扩 展性127 63基于Threejs的Web虚拟 现实应用开发举例128 64本章小结131 参考文献132 第3篇沉浸式数据可视化与可视分析 第7章 沉浸式数据可视化 基础 135 71沉浸式数据可视化概述135 711沉浸式数据可视化与 可视分析简介135 712沉浸式数据可视化的 发展历程136 713沉浸式环境下的数据 可视化应用138 72沉浸式数据可视化的特点140 721沉浸式环境的深度 信息140 722沉浸式交互空间141 723用户的参与度142 724用户的专注度144 733D感知与呈现145 7313D感知与呈现的 相关概念145 7323D感知与呈现的局 限性146 7333D、2D感知与呈现 的比较147 74沉浸式数据可视化的未来与 挑战148 741沉浸式数据可视化中 的多感知技术148 742沉浸式数据可视化中 的人机交互150 743沉浸式数据可视化中 的数据故事151 744沉浸式数据可视化中 的多人协作152 75本章小结154 参考文献154
第8章 多感知沉浸式数据 可视化 156 81多感知呈现与分析简介156 82多感知沉浸式数据分析 设计框架157 83沉浸式视觉感知与数据可 视化159 831沉浸式视觉特征159 832沉浸式视觉映射160 84多感官的感知通道161 841听觉感知161 842触觉感知163 843嗅觉与味觉感知166 85多感知沉浸式数据可视分析 系统167 851数据的多感官映射167 852人类的多感官感知168 853多感知设计的挑战 限制169 86本章小结170 参考文献170 第9章 沉浸式数据可视化 的界面与交互 技术 172 91沉浸式数据可视化交互界面 概述172 911沉浸式数据可视化中 的鸿沟与壁垒172 912沉浸式数据可视化对 交互技术的影响173 92沉浸式数据可视化交互界面 设计基础174 921交互界面设计原则174 922交互界面设计任务175 923交互界面设计方法177 93沉浸式数据可视化交互界面 设计进阶179 931后WIMP交互设计179 932“以用户为中心”的 交互设计180 94多人协同合作的沉浸式可视 分析183 941多人协同的基本 需求183 942多人协同的基本 类型184 943多人协同的交互 技术185 95本章小结187 参考文献188 第4篇应 用 案 例 第10章 《红楼一梦，一梦 三解》案例介绍 191 101案例介绍191 102环境配置192 103家谱树的制作194 1031数据获取194
1032视觉映射194 1033三维视图实现195 1034交互技术实现204 104人物关系网络206 1041数据获取206 1042视觉映射209 1043三维视图实现210 1044交互技术实现214 105人物轨迹图217 1051数据获取217 1052视觉映射218 1053三维视图实现219 1054交互技术实现222 106本章小结227 第11章 基于Threejs的 WebXR应用案例 介绍 228 111作品简介228 112环境配置228 113项目搭建233 114Web3D开发235 115WebXR开发238 1151WebVR场景 搭建239 1152手柄控制器功能 实现240 1153沉浸式数据可视 化功能实现244 116本章小结246 |
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| 随着数字经济的高速发展，生活中的数据无处不在，其数量与复杂性远超人们的理解 与想象，数据分析不再只是科学家与专业分析师的工作，而是与每个人都息息相关。数据 可视化与可视分析作为数据分析的关键技术，能够帮助人类通过交互进行数据呈现与决策 支持。
在数据可视化领域，沉浸式数据可视化与可视分析作为一种跨学科领域和新的应用业 态，将数据可视化、可视分析、虚拟现实与人机交互等技术结合，正在被越来越多的学者 与开发者重视、研究。同样，在虚拟现实领域，随着“元宇宙”概念的提出及其应用的推 广，将数据可视化与可视分析应用于沉浸式环境也已成为一个新型的研究和应用热点。沉 浸式数据可视化与可视分析技术能为数字化特点显著、数据无处不在的虚拟世界提供更具 吸引力的数据呈现与分析应用方式，更好地支持数据理解和决策。
由于虚拟现实及数据可视化的应用发展迅速，产业界对相应的专业人才需求迫切，各 职业院校及本科院校纷纷在计算机类专业大类下增设虚拟现实相关专业方向。2018年和 2019年，教育部分别增设了虚拟现实应用技术专科专业、虚拟现实技术本科专业，此举 得到了各类高校的积极响应，目前已经开设虚拟现实应用技术专业的学校有数百所之多。 在人才培养过程中，将虚拟现实与数据可视化技术相结合的专业课程建设及应用研究逐渐 被提上日程，但是目前市面上尚没有一本适用的教材，导致相应课程很难开设。
本书从研究者的视角创造性地将虚拟现实与数据可视化和可视分析结合起来，以期填 补国内教材在这一领域的空白，同时能对虚拟现实、大数据、数字媒体相关专业或专业方 向人才培养质量的提升起到促进作用。本书面向不同专业的青年大学生和社会从业者，为 初学者提供向导，也为沉浸式数据可视化与可视分析领域的研究者与应用者提供参考。
本书共有11章，分为4篇，即数据可视化基础、虚拟现实基础、沉浸式数据可视化 与可视分析和应用案例。第1篇（第1~3章）主要介绍相关的理论与基础概念。第1章 介绍可视化的意义与简史、数据可视化的分类与工作流程。第2章基于数据与数据分析， 阐述了视觉感知与认知、视觉编码的基本理论。第3章介绍了不同数据特性的数据可视化 基本视图及基本的交互方法，使读者对数据可视化与可视分析的基本原理有较全面的了解。 第2篇（第4~6章）主要介绍虚拟现实技术与开发工具。第4章从基本概念、发展历史、 应用分类、开发工具、硬件设备等方面介绍了虚拟现实技术。第5章以Unity引擎为例， 阐述了虚拟现实应用开发的相关技术，包括界面与场景设计、交互功能实现和项目发布。 第6章主要介绍Web端虚拟现实应用的相关概念以及基于Three.js的虚拟现实应用开发技 术。第3篇（第7~9章）与第1篇中的章节一一对应。第7章介绍了沉浸式环境下的数
据可视化基本原理、沉浸式环境的特点、3D感知与呈现以及应用开发所面临的技术挑战。 第8章介绍了基于多感官通道编码的设计框架、映射原理和基于多感知技术的沉浸式可视 分析系统。第9章主要阐述沉浸式数据可视化的界面设计原理，包括基础与进阶两个层次， 以及多人协同的交互技术。第4篇（第10、11章）通过基于Unity和Three.js的两个应用 开发案例，介绍沉浸式数据可视化应用的设计过程、开发方法及最终呈现效果。
本书由北京印刷学院新媒体学院的部分师生共同编写。程明智教授全程参与了本书 的结构讨论以及若干章节的编写与审校，为本书的出版做出了极大贡献。程明智教授团队 中2019—2021年在读的研究生均参与了书稿的准备、讨论、初始排版和内容审校。书中 的应用案例均为团队成员原创作品，但由于篇幅限制，部分案例未能全部展示。为清晰起 见，在此按贡献大小列出各章的作者：第1章主要由王佳祺、杜萌编写；第2章主要由田 晓璇、杜萌编写；第3章主要由阮若琳、吴璇、鲁伟丹、杜萌编写；第4章主要由吴瑞琪、 张灵睿、程明智编写；第5章主要由程琪、田林果、程明智编写；第6章主要由岳学行、 李宗泽、程明智编写；第7~9章主要由杜萌编写；第10章主要由田晓璇、程明智编写； 第11章主要由岳学行、程明智编写。特别感谢鲁伟丹、司芳慧，她们为全书设计并绘制插图。
在编写本书时，编著者们参考了浙江大学陈为教授出版的《数据可视化》《大数据可 视分析方法与应用》和《数据可视化的基础原理与方法》，也参考了澳大利亚莫纳什大学 金·马里奥特（Kim Marriott）等人出版的《沉浸式分析》（Immersive Analytics），还参考 了许多网络作者的研究成果，在此一并致谢。另外，感谢清华大学出版社虚拟现实技术专 业新形态教材建设委员会为本书出版给予的鼓励、关心与支持。
由于编著者编写水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请广大读者批评、指正。若有 任何建议，欢迎致信编者。 编 者 2022年6月 |
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