22、数据可视化的黄金时代:从专业领域到大众普及

数据可视化的黄金时代:从专业领域到大众普及

1. 现代可视化的重要性

在计算科学中,可视化发挥着至关重要的作用。像天气预报这类大型复杂的计算机程序,最初的实现往往存在错误,仅查看数字表格很难发现这些错误。而可视化能让科学家直观地看到计算机模型是否有效,还能帮助他们发现模型的改进方向,甚至对潜在的自然现象提供意想不到的见解。在科学领域,可视化就如同计算机辅助设计(CAD)一样,已成为复杂计算机模型的交互界面。

计算机生成图形、摄影以及医学和科学成像技术在20世纪后期从根本上改变了科学、医学、工程和建筑领域的实践方式。不过,在大多数情况下,这些技术最初仅直接影响了从事这些专业的人员。

1.1 可视化技术的发展历程

技术类型 发展历程
计算机图形学 从早期计算机的发展到计算机图形学的诞生,如Ivan Sutherland的Sketchpad等,为后续的可视化发展奠定了基础。
摄影 从最初繁琐的拍摄过程到20世纪初柯达布朗尼相机的出现,摄影走向大众市场。
医学成像 从X射线的发现和应用,到各种医学成像技术的发展,如CT、MRI等,为医学诊断提供了重要支持。

1.2 可视化在不同领域的应用

演示了为无线无人机电池充电设计的感应电力传输(IPT)系统 Dynamic Wireless Charging for (UAV) using Inductive Coupling 模拟了为无人机(UAV)量身定制的无线电力传输(WPT)系统。该模型演示了直流电到高频交流电的转换,通过磁共振在气隙中无线传输能量,以及整流回直流电用于电池充电。 系统拓扑包括: 输入级:使用IGBT/二极管开关连接到全桥逆变器的直流电压源(12V)。 开关控制:脉冲发生器以85 kHz(周期:1/85000秒)的开关频率运行,这是SAE J2954无线充电标准的标准频率。 耦合级:使用互感和线性变压器块来模拟具有特定耦合系数的发射(Tx)和接收(Rx)线圈。 补偿:包括串联RLC分支,用于模拟谐振补偿网络(将线圈调谐到谐振频率)。 输出级:桥式整流器(基于二极管),用于将高频交流电转换回直流电,以供负载使用。 仪器:使用示波器块进行全面的电压和电流测量,用于分析输入/输出波形和效率。 模拟详细信息: 求解器:离散Tustin/向后Euler(通过powergui)。 采样时间:50e-6秒。 4.主要特点 高频逆变:模拟85 kHz下IGBT的开关瞬态。 磁耦合:模拟无人机着陆垫和机载接收器之间的松耦合行为。 Power GUI集成:用于专用电力系统离散仿真的设置。 波形分析:预配置的范围,用于查看逆变器输出电压、初级/次级电流和整流直流电压。 5.安装与使用 确保您已安装MATLAB和Simulink。 所需工具箱:必须安装Simscape Electrical(以前称为SimPowerSystems)工具箱才能运行sps_lib块。 打开文件并运行模拟。
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