Luận văn Thạc sĩ Hệ thống thông tin: Các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow 1812 của Napoleon

Chia sẻ: Matroinho | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow 1812 của Napoleon" được hoàn thành với mục tiêu nhằm đề xuất để đánh giá và phân tích những điểm mạnh, điểm hạn chế của các mô hình biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon, từ đó giúp những nhà hoạt động quân sự hoặc người đam mê lĩnh vực quân sự nghiên cứu và hiểu về chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon. Đồng thời có cách tiếp cận hợp lý để vận dụng vào các nguồn dữ liệu khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hệ thống thông tin: Các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow 1812 của Napoleon

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT NGUYỄN VĂN TÙNG CÁC TIẾP CẬN BIỂU DIỄN TRỰC QUAN CHIẾN DỊCH MOSCOW 1812 CỦA NAPOLEON CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SỸ BÌNH DƯƠNG – 2019
UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT NGUYỄN VĂN TÙNG CÁC TIẾP CẬN BIỂU DIỄN TRỰC QUAN CHIẾN DỊCH MOSCOW 1812 CỦA NAPOLEON CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN DŨNG BÌNH DƯƠNG – 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Xuân Dũng và không sao chép của bất kỳ ai. Những nội dung được trình bày trong toàn bộ luận văn là của cá nhân và được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Bình Dương, ngày 9 tháng 03 năm 2019 Người thực hiện Nguyễn Văn Tùng iii
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cám ơn đến Thầy TS Nguyễn Xuân Dũng, bằng kiến thức, lý luận và trải nghiệm của Thầy, Thầy đã phân tích, định hướng, giảng giải hướng dẫn các phương pháp lý luận trong giải quyết vấn đề, đồng thời em cũng cảm ơn thầy PGS.TS Trần Vĩnh Phước, nhờ những kiến thức Thầy dạy trong môn trực quan hóa dữ liệu và các ứng dụng trực quan hóa dữ liệu thực tế của Thầy, cũng như cách truyền đạt, tạo cảm hứng thảo luận cho học viên tự trình bày các ý tưởng nghiên cứu trực quan hóa dữ liệu đã hỗ trợ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Em xin cảm ơn quý Thầy Cô giảng viên khoa Kỹ thuật – Công nghệ trường đại học Thủ Dầu Một đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như hỗ trợ cho em trong suốt thời gian học tập vừa qua. Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, đồng nghiệp và các bạn học viên trong lớp CH16HT đã luôn bên cạnh hỗ trợ động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. iv
TÓM TẮT Trực quan hóa dữ liệu là việc biểu diễn các thông tin trừu tượng bằng các kỹ thuật đồ họa máy tính để giúp cho người dùng rút ra những thông tin tiềm ẩn bên trong dữ liệu. Dữ liệu đa biến không gian - thời gian bao gồm các biến thời gian, vị trí và các thuộc tính khác được biểu diễn trên các bảng dữ liệu. Trong luận văn này tiếp cận các phương pháp biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon, từ phương pháp biểu diễn dựa trên bản đồ 2 chiều và 3 chiều. Với hệ trục tọa độ Cartesian 3 chiều, phương pháp biểu diễn mới nhất là các chiều đều đại diện đầy đủ cho các dữ liệu được diễn giải trong bảng dữ liệu. Trong đó, mỗi một bộ dữ liệu của bảng dữ liệu được biểu diễn đồ họa trong một miền 2 chiều, sau đó được sắp xếp vuông góc với trục thời gian của một hệ trục tọa độ Cartesian 3 chiều. Phương pháp này bao gồm dữ liệu của các thuộc tính trong một khối không gian - thời gian (STC) để đại diện cho đầy đủ các thuộc tính dữ liệu của một bảng. Cách tiếp cận này được gọi là khối đa biến không gian - thời gian (MSTC). Hình khối đa biến không gian - thời gian được đề xuất trong luận văn này không chỉ biểu diễn cho dữ liệu một cách trực quan và đầy đủ dữ liệu của một bảng mà còn cũng cung cấp cho người dùng quan điểm khoa học về các bản đồ không được định hướng của khu vực địa lý. Hình khối đa biến không gian - thời gian được đề xuất minh họa bằng dữ liệu bảng chiến dịch của Napoleon năm 1812 tại Nga. Tất cả dữ liệu của bảng được biểu diễn trên một khối hiển thị trực quan, biểu diễn sự mất mát to lớn đối với binh lính dẫn đến sự thất bại thảm hại của chiến dịch. Bên cạnh đó, luận văn đưa ra bộ câu hỏi vận dụng trong phân tích các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow nhằm giúp cho người nghiên cứu hiểu rõ các phương pháp biểu diễn, tìm được điểm mạnh, yếu của từng phương pháp để từ đó vận dụng cho phù hợp vào các dữ liệu hiện có. Kết quả cuối cùng là rút ra được tri thức ẩn chứa bên trong nguồn dữ liệu. v
MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................iv TÓM TẮT ................................................................................................................... v MỤC LỤC ..................................................................................................................vi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................... x Chương 1. GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 2 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 2 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 1.6. Ý nghĩa của đề tài. ................................................................................................ 3 1.7. Cấu trúc luận văn ................................................................................................. 3 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU CÁC ĐỐI TƯỢNG DI CHUYỂN .................................................................................................................... 5 2.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 5 2.2. Khái niệm trực quan hóa ...................................................................................... 5 2.2.1. Tổng quan .....................................................................................................5 2.2.2. Các tính chất trực quan .................................................................................6 2.2.3. Ứng dụng của trực quan hóa dữ liệu.............................................................7 2.3. Trực quan hóa đối tượng di chuyển ..................................................................... 8 2.3.1. Một số khái niệm ..........................................................................................8 2.3.2. Các nghiên cứu có liên quan .......................................................................10 Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 12 CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TRỰC QUAN CHIẾN DỊCH MOSCOW NĂM 1812 CỦA NAPOLEON ............................................................. 13 3.1. Giới thiệu............................................................................................................ 13 3.2. Chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon ................................................... 13 3.2.1. Tiểu sử Napoleon [4] ..................................................................................13 3.2.2. Tổng quan chiến dịch Moscow năm 1812 ..................................................15 3.2.3. Dữ liệu chiến dịch Moscow năm 1812. ......................................................17 3.3. Biểu diễn bằng bản đồ 2D .................................................................................. 19 3.3.1. Tổng quan về bản đồ 2D .............................................................................19 vi
3.3.2. Biểu diễn chiến dịch Moscow bằng bản đồ 2D ..........................................20 3.4. Biểu diễn bằng khối lập phương không gian – thời gian ................................... 22 3.4.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................22 3.4.2. Biểu diễn khối không gian – thời gian ........................................................23 3.4.3. Biểu diễn chiến dịch Moscow bằng STC ...................................................24 3.5. Biểu diễn bằng khối đa biến không gian – thời gian.......................................... 25 3.5.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................25 3.5.2. Phương pháp biểu diễn ...............................................................................27 Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 29 Chương 4. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC TIẾP CẬN BIỂU DIỄN TRỰC QUAN CHIẾN DỊCH MOSCOW NĂM 1812 CỦA NAPOLEON. .................................... 30 4.1. Giới thiệu chương .............................................................................................. 30 4.2. Tổng quan về phân tích trực quan ...................................................................... 30 4.2.1. Câu hỏi phân tích ........................................................................................31 4.2.2. Phân tích dữ liệu chiến dịch Moscow .........................................................33 4.3. Phân tích các phương pháp biểu diễn trực quan ................................................ 33 4.4. Đánh giá chung .................................................................................................. 38 4.5. Biểu diễn trực quan chiến dịch Điện Biên Phủ 1954 ......................................... 40 4.5.1. Dữ liệu chiến dịch .......................................................................................40 4.5.2. Biểu diễn trực quan chiến dịch Điện Biên Phủ...........................................41 4.6. Nhận xét tổng hợp các phương pháp biểu diễn. ................................................. 44 Kết luận chương 4 ..................................................................................................... 45 Chương 5. KẾT LUẬN ............................................................................................. 46 5.1. Kết quả đạt được. ............................................................................................... 46 5.2. Hướng phát triển. ............................................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 47 vii
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Bảng các dữ liệu chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon ... 18 Bảng 4.1. Bảng đánh giá tổng quát các phương pháp phân tích …. ............. 38 Bảng 4.3. Bảng dữ liệu chiến dịch Điện Biên Phủ …. ................................. 41 viii
DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Qui trình trực quan hóa dữ liệu .................................................................6 Hình 2.2. Mối quan hệ các thành phần dữ liệu của một đối tượng ...........................8 Hình 2.3. Mối quan hệ không gian – thời gian - đối tượng ....................................10 Hình 2.4. Trực quan dữ liệu di chuyển của đối tượng ............................................11 Hình 3.1. Mối quan hệ giữa không gian, thời gian và thuộc tính ...........................17 Hình 3.2. Biểu đồ Charles Joseph Minard biểu diễn chiến dịch Nga năm 1812 ....20 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn sự di cư .......................................................................21 Hình 3.4. Khối không gian – thời gian trên hệ trục tọa độ 3 chiều .........................22 Hình 3.5. Biểu đồ Kraak biểu diễn chiến dịch Nga năm 1812 ...............................23 Hình 3.6. MSTC với các mặt phẳng dữ liệu và tọa độ Cartesian 3D......................24 Hình 3.7. Các mặt phẳng dữ liệu dọc theo trục thời gian .......................................25 Hình 3.8. MSTC biểu diễn dữ liệu chuyển động ....................................................26 Hình 3.9. Biểu diễn dữ liệu của Chiến dịch 1812 của Napoleon ở Nga .................27 Hình 3.10. Biểu diễn chế độ năng động chiến dịch 1812 của Napoleon ................28 Hình 4.1. Biểu diễn chiến dịch Điện Biên Phủ bằng MSTC ..................................42 Hình 4.2. Biểu diễn dữ liệu trận đánh Him Lam bằng bản đồ ................................43 Hình 4.3. Trực quan trận đánh đồi A1 bằng bản đồ 3D ..........................................44 ix
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt MSTC Multivariate-Space-Time Cube Khối đa biến không gian – thời gian STC Space-Time Cube Khối không gian thời gian x
Chương 1. GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, việc nắm bắt thông tin chứa đựng trong các dữ liệu nói chung, lĩnh vực lịch sử quân sự nói riêng đang dần được khai phá, con người đang từng bước tìm các phương pháp biểu diễn các dữ liệu đó nhằm tìm ra các nguồn thông tin có ích bên trong. Với nguồn dữ liệu của các chiến dịch lịch sử, để hiểu đúng và nắm bắt được thông tin tích lũy bên trong cần có các phương pháp hiển thị trực quan bên cạnh các báo cáo văn bản nhằm giúp người nghiên cứu khai phá được những tri thức mà thông tin đó mang lại. Hiện nay, với sự phát triển mạnh của công nghệ thông tin, việc áp dụng các kỹ thuật công nghệ vào lĩnh vực nghiên cứu dần mang lại hiệu quả cao. Câu hỏi đặt ra là “Với các phương pháp biểu diễn trực quan dữ liệu hiện có, làm thế nào để có phương pháp tiếp cận cho phù hợp?” Nếu vận dụng các phương pháp hiển thị trực quan truyền thống sẽ không hiển thị hết được các thông tin mà dữ liệu mang lại. Nếu áp dụng công nghệ theo các phương pháp truyền thống sẽ có những hạn chế nhất định trong việc biểu diễn dữ liệu theo phương pháp trực quan hiện đại. Do đó, tùy theo các loại dữ liệu mà người nghiên cứu cần xác định các cách tiếp cận cho phù hợp. Khi nghiên cứu lĩnh vực nghệ thuật quân sự, muốn hiểu và đánh giá đúng các nguồn dữ liệu đòi hỏi người nghiên cứu phải có cách tiếp cận hợp lý. Người tìm hiểu phải phân tích các yếu tố ảnh hưởng theo không gian và thời gian, từ đó phát hiện ra các yếu tố then chốt, quyết định đến kết quả. Trước đây, các hoạt động này chỉ có thể hiển thị, phân tích các dữ liệu riêng lẻ cho từng yếu tố khác nhau tại mỗi vị trí theo từng thời điểm rời rạc, vì thế tính bao quát chưa cao và còn mang tính cục bộ. Gần đây, với sự phát triển của trực quan dữ liệu, việc hiển thị dữ liệu về mặt không gian – thời gian được trực quan hóa sinh động, vừa hiển thị các mốc thời gian, các vị trí và còn hiển thị các thuộc tính đi kèm. Xuất phát từ lý do trên, đề tài “các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow 1812 của Napoleon” được thực hiện. Kết quả của nghiên cứu cung 1
cấp các cách tiếp cận trực quan hóa dữ liệu chiến dịch Moscow năm 1812 theo không gian và thời gian cũng như làm tài liệu tham khảo cho các nhà quân sự trong việc xây dựng các phương án đánh giá và phân tích dữ liệu lịch sử các chiến dịch. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Dựa theo phương tiện nghiên cứu là bộ câu hỏi được đề xuất để đánh giá và phân tích những điểm mạnh, điểm hạn chế của các mô hình biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon, từ đó giúp những nhà hoạt động quân sự hoặc người đam mê lĩnh vực quân sự nghiên cứu và hiểu về chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon. Đồng thời có cách tiếp cận hợp lý để vận dụng vào các nguồn dữ liệu khác. 1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu Mô tả các phương pháp biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812. Đề xuất bộ câu hỏi để đánh giá, phân tích chiến dịch Moscow năm 1812. Phân tích điểm mạnh, điểm hạn chế của các mô hình biểu diễn, rút ra những vấn đề đã giải quyết của từng phương pháp so với bộ câu hỏi. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nguồn dữ liệu chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon và các phương pháp biểu diễn trực quan của chiến dịch. Phạm vi nghiên cứu cụ thể của đề tài là các phương pháp biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon, chiến dịch bắt đầu từ Kovno ngày 23/6/1812 tiến đến Moscow vào ngày 19/9/1812 và rút khỏi Moscow để trở về Kovno ngày 14/12/1812. 1.5. Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp phân tích: Trong nghiên cứu này sẽ phân tích các thành phần của đối tượng di chuyển, phân tích các biến biểu diễn trực quan và các tính chất trực quan trong các phương pháp biểu diễn chiến dịch Moscow năm 1812. - Phương pháp tổng hợp: Phương pháp này dủng để tổng hợp các nguồn 2
thông tin thu thập được từ việc phân tích các phương pháp biểu diễn trực quan từ nguồn dữ liệu của chiến dịch Moscow năm 1812. - Phương pháp chuyên gia: Phương pháp này được sử dụng để tham khảo các chuyên gia trong lĩnh vực quân sự hoặc các cá nhân đam mê nghiên cứu lĩnh vực quân sự để đưa ra các câu hỏi cần cho việc phân tích và đánh giá dữ liệu. Đồng thời tìm hiểu về hình thức thu thập thông tin chiến dịch trên các phương pháp trực quan đã được biểu diễn. - Phương pháp thảo luận: Phương pháp này áp dụng để tham khảo ý kiến của các chuyên gia khác ngành nhằm giải quyết mâu thuẫn và đề xuất bộ câu hỏi trong việc phân tích dữ liệu đã trực quan. - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Phương pháp này giúp người nghiên cứu tham khảo một số tài liệu và các trang web có liên quan đến nguồn dữ liệu cần trực quan và phân tích nhằm thu thập những thông tin có nguồn gốc rõ ràng. 1.6. Ý nghĩa của đề tài. 1.6.1. Về mặt lý luận Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổ sung về mặt lý luận đối với việc nghiên cứu các dữ liệu lịch sử nói chung và việc phân tích dữ liệu chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon nói riêng. 1.6.2. Về mặt thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ làm rõ các tiếp cận trực quan biểu diễn chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon. Dựa trên nội dung số liệu sau khi phân tích, đề tài sẽ chỉ ra điểm mạnh, điểm yếu của các phương pháp đã trực quan hóa dữ liệu chiến dịch, để từ đó người nghiên cứu sẽ có phương pháp phân tích phù hợp với các dữ liệu lịch sử. 1.7. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn gồm có 5 chương: 3
Chương 1: Trong chương này giới thiệu trình bày mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu, cũng như đối tượng, phương pháp nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu. Chương 2: Tổng quan về trực quan hóa dữ liệu các đối tượng di chuyển. Giới thiệu tổng quan về trực quan hóa dữ liệu, các tính chất trực quan và trực quan hóa dữ liệu của đối tượng di chuyển. Chương 3: Các phương pháp biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon. Chương này trình bày tiểu sử Napoleon và chiến dịch Moscow năm 1812, đồng thời trình bày các phương pháp biểu diễn trực quan dữ liệu chiến dịch Moscow hiện nay. Chương 4: Phân tích, đánh giá các tiếp cận biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow năm 1812 của Napoleon. Đề xuất bộ câu hỏi, phân tích, nhận xét và đánh giá các phương pháp biểu diễn trực quan chiến dịch Moscow Chương 5: Kết luận. 4
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU CÁC ĐỐI TƯỢNG DI CHUYỂN 2.1. Giới thiệu Khi công nghệ hiện nay đang từng bước xử lý dữ liệu lớn (big data), những quyết định dựa trên số liệu cụ thể sẽ dần thay thế những quyết định cảm tính, bản năng. Theo đó, trực quan hóa dữ liệu (data visualisation) được công nhận là một phương thức hiệu quả để chuyển đổi dữ liệu sang những thông tin hữu ích, giúp người xử lý dữ liệu ra những quyết định kịp thời và mang lại những nguồn thông tin hữu ích. Chương này trình bày về khái niệm trực quan hóa dữ liệu và các thành phần dữ liệu không gian – thời gian của đối tượng di chuyển, dữ liệu đa biến và làm rõ lý thuyết tổng quát về khối đa biến không gian – thời gian biểu diễn đối tượng di chuyển. 2.2. Khái niệm trực quan hóa 2.2.1. Tổng quan Khoa học máy tính phát triển mạnh mẽ, bao trùm tất cả các ngành khoa học khác. Việc sử dụng hệ thống máy tính để khai thác, phân tích, dự đoán dữ liệu của ngành là một việc làm hết sức tất yếu và không thể tách rời khỏi hoạt động của ngành. Chúng ta đang sống trong một thế giới mà vạn vật đều kết nối với nhau. Cứ mỗi vật trong tập vạn vật ấy hoạt động đều sinh ra dữ liệu theo tham chiếu không gian và thời gian. Trực quan hóa dữ liệu cũng là một phương pháp để tìm hiểu thông tin chứa đựng bên trong dữ liệu nhưng dựa trên nguyên lý khác so với khai phá dữ liệu [1]. Trong khi khai phá dữ liệu phải dùng các mô hình thuật toán để tìm ra các quy luật, tri thức bên trong các khối dữ liệu lớn thì trực quan hóa dữ liệu chỉ biểu diễn dữ liệu thành hình ảnh. Dựa trên những hình ảnh mà trực quan hóa dữ liệu cung cấp, các chuyên gia của ngành có dữ liệu được trực quan có thể phân tích, hiểu và ra quyết định. 5
Để biểu diễn được dữ liệu thành hình ảnh có ý nghĩa, Trực quan hóa dữ liệu phải dựa trên những nguyên lý về thị giác con người, chẳng hạn: Mắt người phân biệt được về tính không gian: xa - gần, lớn - nhỏ, cao - thấp, trước - sau, trên - dưới, về tính thời gian: nhanh - chậm, cũ - mới, v.v. [1] Cái khó của trực quan hóa dữ liệu là tạo ra một sản phẩm mang tính nghệ thuật nhưng phải thật khoa học, từ dữ liệu định lượng thành dữ liệu hình ảnh. Người làm trực quan hóa dữ liệu giống như một họa sĩ vẽ lên một bức tranh từ khoa học dữ liệu. Nói tóm lại, trực quan hóa dữ liệu là sự trình bày dữ liệu theo định dạng hình ảnh hoặc đồ họa để truyền đạt thông tin rõ ràng và hiệu quả cho người dùng. Với việc vận dụng trực quan hóa bằng các đồ thị trực quan kết hợp với nguồn tri thức sẵn có, người dùng có thể nắm được các thông tin, tri trức ẩn chứa bên trong để từ đó có thể khám phá và phân tích dễ dàng hơn [6]. Hình 2.1. Qui trình trực quan hóa dữ liệu (Nguồn: Trích từ https://developers.google.com/chart/interactive/docs) 2.2.2. Các tính chất trực quan [7] Một đồ thị trực quan, khi biểu diễn dữ liệu phải bảo đảm các tính chất sau: Tính chọn lọc: Tính chọn lọc của một đồ thị trực quan liên quan đến sự phân biệt các phần tử của đồ thị có tính chất khác nhau. Một đồ thị có tính chất chọn lọc phải hỗ trợ người dùng nhận biết được các điểm khác biệt trên đồ thị. 6
Tính phối hợp: Tính phối hợp của một đồ thị trực quan liên quan đến sự tương đồng về một hoặc một vài tính chất của các phần tử trên đồ thị. Tính chất này thực chất là sự gom nhóm các phần tử có tính chất giống nhau. Tính thứ tự: Tính thứ tự của một đồ thị trực quan liên quan đến trật tự của các phần tử trên đồ thị trực quan. Tính định lượng: Tính định lượng của một đồ thị trực quan liên quan đến kích thước, thời lượng các phần tử của đồ thị. Độ dài biến: Độ dài biến của một đồ thị trực quan liên quan đến khoảng giá trị và độ phân giải giá trị của biến dữ liệu. 2.2.3. Ứng dụng của trực quan hóa dữ liệu. Trực quan hóa thông qua những hình ảnh trực quan để diễn tả những ý tưởng trừu tượng và cụ thể các dữ liệu của các đối tượng. Trong lịch sử xã hội loài người chúng ta đã được nghe nói đến rất nhiều hình ảnh trực quan. Ví dụ trong lịch sử có những hình vẽ trong hang động, chữ tượng hình Ai Cập, hình học Hi Lạp và những phương pháp mang tính cách mạng của những bản vẽ kỹ thuật dành cho mục tiêu khoa học và công nghệ của Leonardo da Vinci. Ngày nay, trực quan hóa đã mở rộng ứng dụng trong các ngành khoa học, được vận dụng nhiều trong các lĩnh vực của cuộc sống, ... điển hình của ứng dụng trực quan hóa là sử dụng đồ họa máy tính. Việc phát minh ra đồ họa máy tính có thể là sự phát triển quan trọng nhất của trực quan hóa. Và sự phát triển của hiệu ứng cũng giúp gia tăng khả năng của trực quan hóa. Việc sử dụng trực quan hóa để biểu diễn dữ liệu không phải là hiện tượng mới. Trực quan hóa dữ liệu hiện nay thường được hỗ trợ bởi những phần mềm có tích hợp xử lý đồ họa và một số phần mềm chuyên biệt. Hiện tại, có rất nhiều kỹ thuật trực quan hóa đã được ứng dụng để biểu diễn trục quan dữ liệu trong thực tế như mô hình khối không gian thời gian, khối đa biến và khối đa biến không gian thời gian. Các loại mô hình trực quan hóa khác nhau sẽ đáp ứng cho các mục tiêu trực quan hóa dữ liệu khác nhau. Mỗi mô hình biểu diễn trực quan sẽ có những ưu 7
- khuyết điểm riêng và vẫn chưa có mô hình nào có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu rất đa dạng của người sử dụng. 2.3. Trực quan hóa đối tượng di chuyển 2.3.1. Một số khái niệm - Dữ liệu không gian – thời gian (Spatio - Temporal Data) Dữ liệu không gian – thời gian tồn tại ở mọi nơi. Theo Peuquet (1994) đã định nghĩa dữ liệu không gian – thời gian bao gồm ba thành phần riêng biệt, đó là: không gian (vị trí), thời gian và đối tượng. Khái niệm này hiện nay đã trở thành tiền đề quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu dữ liệu không gian – thời gian. Mọi sự vật, hiện tượng trong tự nhiên đều có thể được mô tả dựa trên cơ sở bộ ba thành phần “không gian – thời gian – đối tượng” và dựa trên mối quan hệ của ba thành phần đó. Đối tượng Vị trí Thời gian Hình 2.2. Mối quan hệ các thành phần dữ liệu của một đối tượng (Nguồn: Peuquet, 1994) Không gian là một phạm trù triết học, là một vùng không gian vật lý liên tục gồm vô số các vị trí trên mặt đất, được rất nhiều nhà triết học, toán học, vật lý học, … đề cập trong nhiều tác phẩm. Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của đối tượng được xác định trên bề mặt Trái Đất. Một tập dữ liệu không gian gồm một số hữu hạn các phần tử rời rạc, được ghi nhận và xử lý như những vị trí rời rạc có khoảng cách. Dữ liệu không gian thường trả lời cho câu hỏi về vị 8
trí (ở đâu?), dữ liệu này được thể hiện trên bản đồ và hệ thống thông tin địa lí dưới dạng điểm (point), đường (line) hoặc vùng (polygon). Thời gian là một khái niệm trực giác, mọi người đều nhận biết được thời gian nhưng không thể thấy, không thể sờ được. Thời gian vừa có tính tuần hoàn, vừa có tính liên tục. Dữ liệu thời gian được thu thập trên cơ sở thực tế. Dữ liệu thuộc tính bao gồm các dữ liệu thời gian tích hợp, bao gồm thời gian theo từng thời điểm nhất định (ngày, tháng, năm, ...) được mô tả trong bảng biểu. Đối tượng là khái niệm để chỉ các thực thể rời rạc có đường biên giới hạn. Một đối tượng không gian – thời gian (spatio – temporal object) được kết hợp bởi những hạt không gian thời gian mà mỗi hạt là một đơn vị lớn nhất có tính đồng nhất về không gian và thời gian. - Dữ liệu đa biến (Multivariable Data) Trong tự nhiên, tất cả các đối tượng đều có những thuộc tính đặc trưng thể hiện những đặc điểm riêng biệt nhất định của đối tượng. Những thuộc tính đặc trưng có nhiệm vụ mô tả những đặc điểm của các đối tượng. Những thuộc tính này được gọi là dữ liệu đa biến (Multivariable Data). Các tập dữ liệu đa biến có thể là tập dữ liệu bất kỳ với hai hoặc nhiều biến. Tại thời điểm như nhau, không chỉ biến không gian thay đổi với thời gian mà còn thay đổi cả dữ liệu đa biến. Một vài đặc tính thường không thay đổi, nhưng một số đặc tính khác sẽ thay đổi theo thời gian; có những đặc tính ít thay đổi hoặc có thể không thay đổi; vài đặc tính chỉ thay đổi theo thời gian; một vài đặc tính thay đổi theo không gian và thời gian. Đối với dữ liệu đa biến, ở một điểm thời điểm xác định thì tất cả các thuộc tính của đối tượng có những giá trị xác định [8]. Ta có thể biểu diễn một đối tượng theo công thức sau: A(t) (x,y,z) (a1,a2,a3,…,an). Trong đó: + A là đối tượng; + (t) là biến thời gian; + (x,y,z) là các biến không gian; + (a1,a2,a3,…,an) là những biến chỉ thuộc tính của đối tượng. 9
Từ công thức này ta có thể dễ dàng biểu diễn một trạng thái của một đối tượng tại một thời điểm xác định vào trong một không gian xác định. 2.3.2. Các nghiên cứu có liên quan - Mô hình khối không gian thời gian Khối không gian - thời gian (STC) được sử dụng để biểu diễn một đối tượng di chuyển trong không gian theo thời gian. Một đối tượng di chuyển được biểu thị như là một điểm không gian – thời gian trên STC. Một hình khối không gian - thời gian (STC) được tạo thành từ hệ toạ độ Đề-các 3 chiều bao gồm: (x, y) là mặt phẳng nằm ngang biểu diễn vùng không gian địa lí được vẽ trên không gian 2 chiều với tỷ lệ bằng tỷ lệ bản đồ, trục z biểu diễn thời gian tồn tại của đối tượng. Hình 2.3. Mô hình khối không gian – thời gian (STC) Trong STC hình chiếu của một đối tượng được biểu diễn bằng một điểm trên bản đồ mặt phẳng (x, y) xác định vị trí của đối tượng trong thế giới thực, hình chiếu của đối tượng trên trục dọc chỉ thời gian tương ứng với vị trí của đối tượng. Đường cong kết nối các điểm của các phép chiếu trên bản đồ biểu thị giống như là quỹ đạo của đối tượng. Như vậy, STC đại diện cho vị trí và thời gian tương ứng của một đối tượng di chuyển và quỹ đạo của nó. - Mô hình khối đa biến không gian thời gian Từ định nghĩa dữ liệu không gian – thời gian của Peuquet (1994) ta biết rằng dữ liệu không gian – thời gian bao gồm ba thành phần riêng biệt, đó là: không 10