Data Visualization

1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA TECNOLÓGICA

La visualización es una herramienta que se utiliza para explorar datos complejos (o incluso simples) en una gran cantidad de dominios. La visualización inmersiva se caracteriza por el uso de la realidad virtual y su interacción con los datos, aspectos relevantes para la evaluación científica y también en campos como la capacitación y educación.

Dicha visualización permite una interacción activa con posibles representaciones, por ejemplo, en el diseño de fármacos “se puede caminar a través de cerebros o moléculas, y se puede volar a través de galaxias”. Los requisitos y el nivel de interacción varían dependiendo de si esta «caminata» es para uso profesional, para estudiantes o para el público en general.

La inmersión en los datos podría tener lugar por el usuario o en un entorno compartido, donde se explora y evalúa con otros. Los datos pueden ser estáticos, o se podría estar inmersos en procesos dinámicos, además los datos deben ser visibles en forma multiescala.

La representación tridimensional de datos reales o modelados es importante para comprender los datos y para la toma de decisiones después de esta comprensión, un tema relevante para varios campos, especialmente en aquellos conjuntos de datos que crecen exponencialmente. Incluso cuando la mayoría de las herramientas de análisis son algoritmos generados por el ordenador, la visión humana es altamente sensible a los patrones, tendencias y anomalías.

Uno puede pensar en la realidad virtual como un medio específico para lograr visualizaciones efectivas. La realidad virtual tiene una serie de características que pueden contribuir al éxito de una aplicación de visualización, especialmente cuando esa aplicación debe abordar datos de alta dimensión, grandes volúmenes de datos y / o datos altamente complejos.

Una de las grandes fortalezas de la realidad virtual es su objetivo declarado de ofrecer a los usuarios capacidades de interacción más accesibles, más intuitivas y más potentes. Una forma de comprender este concepto es imaginar que un usuario recibe un objeto extraño que se puede sostener con una mano. ¿Qué es lo natural que debe hacer el usuario? Primero, el usuario girará el objeto para examinarlo, así como se puede emplear la realidad virtual para proporcionar a los usuarios diferentes puntos de vista sobre un objeto o escena.

A continuación, el usuario puede pinchar el objeto para determinar algunas de sus propiedades o para provocar un comportamiento, del mismo modo que uno puede emplear la realidad virtual para proporcionar a los usuarios interfaces gestuales para la interacción directa con objetos virtuales.

2. EVOLUCIÓN

Aunque existe una fuerte evidencia de que los sistemas de realidad virtual pueden ofrecer ventajas significativas sobre los sistemas de visualización convencionales para aplicaciones de visualización, quedan muchos desafíos por superar. A continuación, se presentan algunas de las mayores barreras para el uso de la realidad virtual como la plataforma principal para la visualización en muchos campos.

• Fidelidad: La fidelidad tiene dos ‘‘caras’’; en cierto sentido, la fidelidad puede referirse a la resolución de datos y / o pantallas de esos datos. Uno puede pensar en términos de la resolución de un conjunto de datos o de una pantalla. Otro aspecto de la fidelidad está en la representación de los datos en sí. Una pregunta primaria sin respuesta es: «¿Cuánta fidelidad es suficiente?«, Es decir, ¿cuánta fidelidad debe tener una aplicación y / o su sistema de visualización para lograr un resultado específico?

• Pantallas multimodales: Si bien la tecnología de visualización es relativamente madura y las pantallas de audio 3D son de muy alta calidad, se debe hacer mucho trabajo para avanzar en el estado del arte en pantallas para otros sentidos (aptico, olfativo, vestibular y gustativo) y en la integración de pantallas multimodales para proporcionar un entorno sensorial perfecto para el usuario. Quizás el mayor desafío de todos es la necesidad de una teoría sólida de la percepción multisensorial que guíe al desarrollador en el mapeo de diferentes tipos de datos a diferentes modalidades sensoriales.

• Fragilidad técnica: El hardware y el software utilizados en la realidad virtual aún es frágil. La falta de un mercado masivo ha obstaculizado el deseo de los fabricantes de construir sistemas más robustos e invertir en la investigación necesaria para resolver problemas fundamentales de ingeniería (como la latencia).

• Inaccesibilidad de software: Los sistemas de software disponibles, incluso aquellos que están disponibles comercialmente, son notoriamente difíciles de usar. Se necesita una gran paciencia y una gran experiencia para convertirse en un desarrollador competente de aplicaciones de realidad virtual de cualquier complejidad real.

3. CASOS DE USO Y APLICACIONES

A continuación, se detallan varios casos de uso de la RV para la visualización de datos.

DISEÑO ARQUITECTÓNICO

Varios proyectos han utilizado la realidad virtual en el diseño arquitectónico y la visualización colaborativa para explotar la capacidad de la realidad virtual para múltiples perspectivas por parte de los usuarios. Estas perspectivas, que incluyen múltiples modelos mentales y múltiples puntos de vista visuales, permiten aplicar la realidad virtual en las primeras fases del proceso de diseño en lugar de durante un recorrido por el diseño final.

DEFENSA

En este campo, varios proyectos han desarrollado aplicaciones de visualización de Battlespace basadas en realidad virtual. El moderno Battlespace se extiende desde el fondo del océano hasta la órbita terrestre baja. Por lo tanto, las visualizaciones 3D que admiten potentes técnicas de interacción directa ofrecen un valor significativo para los planificadores, entrenadores y operadores militares.

COSMOLOGÍA

La realidad virtual es una herramienta útil para visualizar datos de cosmología numéricos y observacionales. Estas aplicaciones admiten la visualización a múltiples escalas de grandes conjuntos de datos dependientes del tiempo de varios niveles utilizando una pantalla inmersiva y una interfaz de gestos que facilita la interacción directa con los datos.

VISUALIZACIÓN DEL GENOMA

La realidad virtual se ha utilizado para desarrollar aplicaciones para la comparación por pares entre conjuntos de grupos generados a partir de diferentes conjuntos de datos de expresión génica. Muestran la distribución de superposiciones entre dos conjuntos de grupos jerárquicos, basados ​​en carcinomas hepatocelulares y hepatoblastomas.

METEREOLOGÍA

Los meteorólogos suelen utilizar gráficos 2D o texto para mostrar sus datos. Tal enfoque hace que sea difícil visualizar la atmósfera 3D. Varios proyectos han abordado el problema de comparar y correlacionar múltiples capas mediante el uso de un entorno virtual inmersivo para una verdadera visualización en 3D de los datos.

OCEANOGRAFÍA

Estas aplicaciones brindan a los investigadores la capacidad de alterar interactivamente los parámetros oceánicos y comunicar esos cambios a un modelo oceánico que calcule la solución.

ESTRUCTURAS PROTEICAS

Las estructuras proteicas son grandes y complejas. Los sistemas de realidad virtual de gran formato admiten no solo la visualización de dichos datos, sino la colaboración de pequeños equipos que analizan los datos.

SISTEMAS DE SOFTWARE

Muchos programas por ordenador ahora superan el millón de líneas de código. La capacidad de comprender realmente los programas de tal magnitud es rara. Las visualizaciones de tales sistemas ofrecen un medio para comprender el sistema y extenderlo o modificarlo en colaboración.

DATOS ESTADÍSTICOS Y DE BIGDATA

Varios proyectos han desarrollado aplicaciones basadas en realidad virtual para el análisis de datos estadísticos de alta dimensión. Además, el enfoque de la realidad virtual está demostrando ser superior al enfoque de escritorio en términos de tareas de detección estructural.

CAMPOS DE VECTORES

La visualización en tiempo real de trazas de partículas utilizando entornos virtuales puede ayudar en la exploración y el análisis de complejos campos vectoriales en 3D.

DISEÑO DE VEHÍCULOS

El uso de simulaciones cada vez más complejas de elementos finitos (FE) de vehículos durante choques ha llevado al uso de técnicas de realidad virtual para visualizar los resultados de los cálculos. Estas aplicaciones reciben datos de geometría y propiedades físicas como entrada y proporcionan los medios para que el usuario entre en un choque virtual e interactúe con cualquier parte del vehículo para comprender mejor las implicaciones de la simulación.

TÚNEL DE VIENTO VIRTUAL

Una de las primeras demostraciones exitosas de la realidad virtual como herramienta de visualización fue el desarrollo del túnel de viento virtual en el Centro de Investigación NASA / Ames. Dado el alto costo de mantener y operar túneles de viento y los regímenes limitados (tanto de velocidad del viento como del tamaño de la superficie aerodinámica), el túnel de viento virtual ofrece un potencial significativo para reducir el costo y ampliar la disponibilidad de viento -túnel de experimentos.

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS

En los últimos años, la realidad virtual ha tenido un impacto creciente en la exploración y producción de hidrocarburos, específicamente petróleo y gas. En 1997, solo había dos centros de visualización a gran escala en la industria del petróleo y el gas, pero para el año 2000, el número había aumentado a más de 20. Más importante aún, estos sistemas han tenido un retorno demostrable de la inversión en términos de velocidad mejorada y Éxito en la toma de decisiones para las actividades de exploración y producción.