当前位置: 首页 > news >正文

【Numpy核心编程攻略:Python数据处理、分析详解与科学计算】1.25 视觉风暴:NumPy驱动数据可视化

在这里插入图片描述

1.25 视觉风暴:NumPy驱动数据可视化

目录

视觉风暴:NumPy驱动数据可视化
百万级点云实时渲染优化
CT医学影像三维重建实战
交互式数据分析看板开发
地理空间数据可视化进阶
WebAssembly前端渲染融合

1.25.1 百万级点云实时渲染优化
1.25.2 CT医学影像三维重建实战
1.25.3 交互式数据分析看板开发
1.25.4 地理空间数据可视化进阶
1.25.5 WebAssembly前端渲染融合

视觉风暴:NumPy驱动数据可视化
大规模散点图优化
CT三维重建
交互式仪表盘
地理信息可视化
数据分块
降采样策略
GPU加速
DICOM处理
体绘制算法
等值面提取
Panel框架
动态更新
参数联动
投影转换
Shapefile处理
热力图生成

1.25.1 百万级点云实时渲染优化

核心痛点分析

Matplotlib默认渲染器处理百万级散点图时会出现:

  • 内存占用超过4GB
  • 帧率低于5FPS
  • 图像模糊失真

优化方案架构

原始数据
数据分块
可见区域检测
动态LOD降采样
WebGL渲染

代码实现

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.colors import LogNorm# 生成测试数据(100万点)
np.random.seed(42)
x = np.random.normal(size=1_000_000)
y = x * 0.3 + np.random.normal(scale=0.1, size=1_000_000)
z = np.sqrt(x**2 + y**2)# 分块处理函数
def chunk_render(data, chunks=100):fig = plt.figure(figsize=(10,6))ax = fig.add_subplot(111)# 创建颜色映射cmap = plt.cm.get_cmap('viridis')# 数据分块chunk_size = len(data) // chunksfor i in range(chunks):chunk = data[i*chunk_size : (i+1)*chunk_size]# 动态计算颜色和尺寸colors = cmap(z[i*chunk_size : (i+1)*chunk_size]/z.max())sizes = 10 * (z[i*chunk_size : (i+1)*chunk_size] - z.min()) / z.ptp()# 增量绘制ax.scatter(chunk[:,0], chunk[:,1], c=colors, s=sizes, edgecolors='none', alpha=0.6, marker='o', rasterized=True)  # 关键优化参数plt.colorbar(ax.collections[0], label='Intensity')plt.tight_layout()return fig# 执行分块渲染
data = np.column_stack([x, y])
fig = chunk_render(data)
plt.show()

1.25.2 CT医学影像三维重建实战

体绘制原理

三维数据场的可视化通过光线投射算法实现:

I ( x , y ) = ∑ t = 0 T C ( t ) ⋅ α ( t ) ⋅ ∏ i = 0 t − 1 ( 1 − α ( i ) ) I(x,y) = \sum_{t=0}^{T} C(t)\cdot \alpha(t)\cdot \prod_{i=0}^{t-1}(1-\alpha(i)) I(x,y)=t=0TC(t)α(t)i=0t1(1α(i))

DICOM数据处理

import pydicom
import numpy as np
from mayavi import mlabdef load_dicom_series(directory):slices = [pydicom.dcm_read(f) for f in sorted(os.listdir(directory))]slices.sort(key=lambda x: float(x.ImagePositionPatient[2]))# 构建三维数组volume = np.stack([s.pixel_array for s in slices])volume = volume.astype(np.float32)# 标准化处理volume = (volume - volume.min()) / (volume.max() - volume.min())return volume# 可视化函数
def render_volume(vol, threshold=0.3):mlab.figure(size=(800,600))src = mlab.pipeline.scalar_field(vol)# 设置透明度函数vol = mlab.pipeline.volume(src, vmin=0.1*vol.max(), vmax=0.8*vol.max())# 调整颜色映射vol._volume_property.shade = Truevol._volume_property.ambient = 0.4vol.update_ctf = Truemlab.view(azimuth=45, elevation=60)mlab.show()# 执行三维重建
ct_volume = load_dicom_series('./CT_scans/')
render_volume(ct_volume)

1.25.3 交互式数据分析看板开发

Panel核心组件架构

Dashboard
+data_cache: dict
+load_data()
+create_widgets()
+update_plots()
DataSource
PlotPane
ControlPanel

完整示例代码

import panel as pn
import numpy as np
import holoviews as hv
from holoviews import optspn.extension()
hv.extension('bokeh')class DataDashboard:def __init__(self):self.data = np.random.randn(1000, 2)self.sigma = pn.widgets.FloatSlider(name='Sigma', start=0.1, end=2.0, value=1.0)self.bins = pn.widgets.IntSlider(name='Bins', start=5, end=50, value=20)self.plot_pane = pn.pane.HoloViews()self.control_panel = pn.Column(self.sigma, self.bins)# 绑定事件self.sigma.param.watch(self.update_plot, 'value')self.bins.param.watch(self.update_plot, 'value')def update_plot(self, event):# 生成核密度估计xs = np.linspace(-4, 4, 100)ys = np.exp(-xs**2/(2*self.sigma.value**2)) curve = hv.Curve((xs, ys)).opts(color='red', line_width=2)# 生成直方图hist = hv.Histogram(np.histogram(self.data[:,0], bins=self.bins.value))# 组合绘图overlay = (hist * curve).opts(opts.Histogram(alpha=0.5, color='blue'),opts.Curve(title=f"Sigma={self.sigma.value:.2f}"))self.plot_pane.object = overlaydef view(self):return pn.Row(self.control_panel, self.plot_pane)# 启动仪表盘
dashboard = DataDashboard()
dashboard.view().servable()

1.25.4 地理空间数据可视化进阶

坐标系转换数学原理

从WGS84到Web墨卡托投影:

x = R ⋅ λ y = R ⋅ ln ⁡ [ tan ⁡ ( π 4 + ϕ 2 ) ] x = R \cdot \lambda \\ y = R \cdot \ln[\tan(\frac{\pi}{4} + \frac{\phi}{2})] x=Rλy=Rln[tan(4π+2ϕ)]

地理数据处理示例

import cartopy.crs as ccrs
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 生成测试数据
lons = np.random.uniform(-180, 180, 5000)
lats = np.random.uniform(-90, 90, 5000)
values = np.sin(np.radians(lats)) * np.cos(np.radians(lons))# 创建地图
fig = plt.figure(figsize=(12,8))
ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())# 绘制热力图
sc = ax.scatter(lons, lats, c=values, cmap='jet', s=10, transform=ccrs.PlateCarree(),alpha=0.7, edgecolors='none')# 添加地理要素
ax.coastlines(resolution='50m')
ax.add_feature(cartopy.feature.OCEAN, zorder=0)
ax.add_feature(cartopy.feature.LAND, edgecolor='black')
ax.gridlines()# 添加颜色条
plt.colorbar(sc, ax=ax, label='Value Intensity',orientation='horizontal', pad=0.05)
plt.title('Geospatial Data Visualization')
plt.show()

参考文献

名称链接
Matplotlib优化指南https://matplotlib.org/stable/tutorials/advanced/blitting.html
VTK体绘制文档https://vtk.org/documentation/
Panel官方教程https://panel.holoviz.org/user_guide/Components.html
Cartopy地理处理https://scitools.org.uk/cartopy/docs/latest/
WebGL渲染原理https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebGL_API
DICOM标准文档https://www.dicomstandard.org/current/
NumPy性能优化https://numpy.org/doc/stable/user/c-info.ufunc-tutorial.html
地理投影数学https://mathworld.wolfram.com/MercatorProjection.html
医学影像处理https://radiopaedia.org/articles/dicom-file-format
WebAssembly与Pythonhttps://emscripten.org/docs/porting/connecting_cpp_and_javascript/Interacting-with-code.html

这篇文章包含了详细的原理介绍、代码示例、源码注释以及案例等。希望这对您有帮助。如果有任何问题请随私信或评论告诉我。

相关文章:

【Numpy核心编程攻略:Python数据处理、分析详解与科学计算】1.25 视觉风暴:NumPy驱动数据可视化

1.25 视觉风暴:NumPy驱动数据可视化 目录 #mermaid-svg-i3nKPm64ZuQ9UcNI {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-i3nKPm64ZuQ9UcNI .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-i3nKPm64ZuQ9UcNI …...

idea maven本地有jar包,但还要从远程下载

idea 中,java 工程执行 maven reimport,报jar报无法下载。 我奇了个怪,我明明在本地仓库有啊,你非得从远程下载? 我从供应商那里拿来的,远程当然没有了。 这太奇葩了吧,折腾好久不行。 后来…...

C++编程语言:抽象机制:模板(Bjarne Stroustrup)

目录 23.1 引言和概观(Introduction and Overview) 23.2 一个简单的字符串模板(A Simple String Template) 23.2.1 模板的定义(Defining a Template) 23.2.2 模板实例化(Template Instantiation) 23.3 类型检查(Type Checking) 23.3.1 类型等价(Type Equivalence) …...

深入解析 Linux 内核中的页面错误处理机制

在现代操作系统中,页面错误(Page Fault)是内存管理的重要组成部分。当程序试图访问未映射到物理内存的虚拟内存地址时,CPU 会触发页面错误异常。Linux 内核通过一系列复杂的机制来处理这些异常,确保系统的稳定性和性能。本文将深入解析 Linux 内核中处理页面错误的核心代码…...

【AIGC专栏】AI在自然语言中的应用场景

ChatGPT出来以后,突然间整个世界都非常的为之一惊。很多人大喊AI即将读懂人类,虽然这是一句夸大其词的话,但是经过未来几十年的迭代,ChatGPT会变成什么样我们还真的很难说。在当前生成式内容来说,ChatGPT毫无疑问在当前…...

Ubuntu 20.04安装Protocol Buffers 2.5.0

个人博客地址:Ubuntu 20.04安装Protocol Buffers 2.5.0 | 一张假钞的真实世界 安装过程 Protocol Buffers 2.5.0源码下载:https://github.com/protocolbuffers/protobuf/tree/v2.5.0。下载并解压。 将autogen.sh文件中以下内容: curl htt…...

解锁豆瓣高清海报(一) 深度爬虫与requests进阶之路

前瞻 PosterBandit 这个脚本能够根据用户指定的日期,爬取你看过的影视最高清的海报,然后使用 PixelWeaver.py 自动拼接成指定大小的长图。 你是否发现直接从豆瓣爬取下来的海报清晰度很低? 使用 .pic .nbg img CSS 选择器,在 我…...

计算机组成原理——数据运算与运算器(二)

生活就像一条蜿蜒的河流,有时平静,有时湍急。我们在这条河流中前行,会遇到风雨,也会遇见阳光。重要的是,无论遇到什么,都要保持内心的平静与坚定。每一次的挫折,都是让我们成长的机会&#xff1…...

SpringBoot+Vue的理解(含axios/ajax)-前后端交互前端篇

文章目录 引言SpringBootThymeleafVueSpringBootSpringBootVue(前端)axios/ajaxVue作用响应式动态绑定单页面应用SPA前端路由 前端路由URL和后端API URL的区别前端路由的数据从哪里来的 Vue和只用三件套axios区别 关于地址栏url和axios请求不一致VueJSPS…...

【AI】DeepSeek 概念/影响/使用/部署

在大年三十那天,不知道你是否留意到,“deepseek”这个词出现在了各大热搜榜单上。这引起了我的关注,出于学习的兴趣,我深入研究了一番,才有了这篇文章的诞生。 概念 那么,什么是DeepSeek?首先百…...

javascript-es6 (二)

函数进阶 函数提升 函数提升与变量提升比较类似,是指函数在声明之前即可被调用 好处:能够使函数的声明调用更灵活 函数提升出现在 相同作用域 当中 //可调用函数 fn()//后声明函数 function fn() {console.log(可先调用再声明) } 注意:函数表…...

供应链系统设计-供应链中台系统设计(十四)- 清结算中心设计篇(三)

关于清结算中心的设计,我们之前的两篇文章中,对于业务诉求的好的标准进行了初步的描述,如果没有看的同学可以参考一下两篇文章进行了解,这样更有利于理解本篇的内容。链接具体如下: 供应链系统设计-供应链中台系统设计…...

【自学笔记】MySQL的重点知识点-持续更新

提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 MySQL重点知识点MySQL知识点总结一、数据库基础二、MySQL的基本使用三、数据类型四、触发器(Trigger)五、存储引擎六、索引七、事务处理八、…...

X86路由搭配rtl8367s交换机

x86软路由,买双网口就好。或者单网口主板,外加一个pcie千兆。 华硕h81主板戴尔i350-T2双千兆,做bridge下载,速度忽高忽低。 今天交换机到货,poe供电,还是网管,支持Qvlan及IGMP Snooping&#xf…...

Linux环境基础开发工具的使用(apt, vim, gcc, g++, gbd, make/Makefile)

目录 什么是软件包 Linux 软件包管理器 apt 认识apt 查找软件包 安装软件 如何实现本地机器和云服务器之间的文件互传 卸载软件 Linux编辑器 - vim vim的基本概念 vim下各模式的切换 vim命令模式下各指令汇总 vim底行模式个指令汇总 Linux编译器 - gcc/g gcc/g的作…...

多模态论文笔记——ViViT

大家好,这里是好评笔记,公主号:Goodnote,专栏文章私信限时Free。本文详细解读多模态论文《ViViT: A Video Vision Transformer》,2021由google 提出用于视频处理的视觉 Transformer 模型,在视频多模态领域有…...

搜索与图论复习1

1深度优先遍历DFS 2宽度优先遍历BFS 3树与图的存储 4树与图的深度优先遍历 5树与图的宽度优先遍历 6拓扑排序 1DFS&#xff1a; #include<bits/stdc.h> using namespace std; const int N10; int n; int path[N]; bool st[N]; void dfs(int u){if(nu){for(int i0;…...

【数据结构】初识链表

顺序表的优缺点 缺点&#xff1a; 中间/头部的插入删除&#xff0c;时间复杂度效率较低&#xff0c;为O(N) 空间不够的时候需要扩容。 如果是异地扩容&#xff0c;增容需要申请新空间&#xff0c;拷贝数据&#xff0c;释放旧空间&#xff0c;会有不小的消耗。 扩容可能会存在…...

第11章:根据 ShuffleNet V2 迁移学习医学图像分类任务:甲状腺结节检测

目录 1. Shufflenet V2 2. 甲状腺结节检测 2.1 数据集 2.2 训练参数 2.3 训练结果 2.4 可视化网页推理 3. 下载 1. Shufflenet V2 shufflenet v2 论文中提出衡量轻量级网络的性能不能仅仅依靠FLOPs计算量&#xff0c;还应该多方面的考虑&#xff0c;例如MAC(memory acc…...

deepseek+vscode自动化测试脚本生成

近几日Deepseek大火,我这里也尝试了一下,确实很强。而目前vscode的AI toolkit插件也已经集成了deepseek R1,这里就介绍下在vscode中利用deepseek帮助我们完成自动化测试脚本的实践分享 安装AI ToolKit并启用Deepseek 微软官方提供了一个针对AI辅助的插件,也就是 AI Toolk…...

深入理解Flexbox:弹性盒子布局详解

深入理解Flexbox&#xff1a;弹性盒子布局详解 一、Flexbox 的基本概念二、Flexbox 的核心属性1. display: flex2. flex-direction3. flex-wrap4. justify-content5. align-items6. flex 三、Flexbox 的实际应用1. 创建响应式三列布局2. 实现垂直居中3. 复杂布局的嵌套使用 四、…...

android Camera 的进化

引言 Android 的camera 发展经历了3个阶段 &#xff1a; camera1 -》camera2 -》cameraX。 正文 Camera1 Camera1 的开发中&#xff0c;打开相机&#xff0c;设置参数的过程是同步的&#xff0c;就跟用户实际使用camera的操作步骤一样。但是如果有耗时情况发生时&#xff0c;会…...

仿真设计|基于51单片机的氨气及温湿度检测报警

目录 具体实现功能 设计介绍 51单片机简介 资料内容 仿真实现&#xff08;protues8.7&#xff09; 程序&#xff08;Keil5&#xff09; 全部内容 资料获取 具体实现功能 &#xff08;1&#xff09;LCD1602液晶第一行显示当前的氨气值&#xff0c;第二行显示当前的温度…...

关于EDGE IMPULSE的使用与适配,包含如何学习部署在对应的板子

创建好账号后&#xff0c;可以打开主页新建一个工程 跳出这个选no就可以不用标label直接整张图训练&#xff0c;要更改可以去dashboard》labeling method改 然后在这个工程中选择添加自己的照片等数据&#xff0c;他支持这些格式的数据我们现在一般是用在openmv opencv yolo 等…...

【Python蓝桥杯备赛宝典】

文章目录 一、基础数据结构1.1 链表1.2 队列1.3 栈1.4 二叉树1.5 堆二、基本算法2.1 算法复杂度2.2 尺取法2.3 二分法2.4 三分法2.5 倍增法和ST算法2.6 前缀和与差分2.7 离散化2.8 排序与排列2.9 分治法2.10贪心法1.接水时间最短问题2.糖果数量有限问题3.分发时间最短问题4.采摘…...

数据结构 前缀中缀后缀

目录 前言 一&#xff0c;前缀中缀后缀的基本概念 二&#xff0c;前缀与后缀表达式 三&#xff0c;使用栈实现后缀 四&#xff0c;由中缀到后缀 总结 前言 这里学习前缀中缀后缀为我们学习树和图做准备&#xff0c;这个主题主要是对于算术和逻辑表达式求值&#xff0c;这…...

【cocos官方案例改】跳跃牢猫

自制游戏【跳跃牢烟】 案例解析 案例需求&#xff0c;点击鼠标控制白块左右。 资源管理器部分 在body创建一个2d精灵用作玩家。 在地下在创建一个2d精灵用来代表地面。 在body下挂在脚本。 全部脚本如下 &#xff08;在二次进行复刻时候&#xff0c;发现把代码复制上去无法…...

基于Python的药物相互作用预测模型AI构建与优化(上.文字部分)

一、引言 1.1 研究背景与意义 在临床用药过程中,药物相互作用(Drug - Drug Interaction, DDI)是一个不可忽视的重要问题。当患者同时服用两种或两种以上药物时,药物之间可能会发生相互作用,从而改变药物的疗效、增加不良反应的发生风险,甚至危及患者的生命安全。例如,…...

Day51:type()函数

在 Python 中&#xff0c;type() 是一个内置函数&#xff0c;用于返回对象的类型。它可以用于检查变量的类型&#xff0c;也可以用于动态创建新的类型。今天&#xff0c;我们将深入了解 type() 函数的使用方法。 1. 使用 type() 获取变量的类型 最常见的使用方式是将一个对象…...

因果推断与机器学习—用机器学习解决因果推断问题

Judea Pearl 将当前备受瞩目的机器学习研究戏谑地称为“仅限于曲线拟合”,然而,曲线拟合的实现绝非易事。机器学习模型在图像识别、语音识别、自然语言处理、蛋白质分子结构预测以及搜索推荐等多个领域均展现出显著的应用效果。 在因果推断任务中,在完成因果效应识别之后,需…...