（1）科学计算可视化

    计算机的飞速发展，使得科学家与工程师们可以处理滚滚而来的信息洪流，每天从地面、海上、空间传来大量数据，远远超过人脑分析解释这些数据的能力，由于缺乏对大量数据的有效分析手段，大约95％的信息被浪费掉，严重阻碍了科学研究的进展，科学家们惊呼“我们能够做到的仅仅是收集部分数据。”，这样，一门全新的技术“可视化”（visualization）应运而生。可视化的本质是“用图形与图象表征数据”。

    直观地讲，是研究： 如何把科学数据，无论是通过计算还是从测量获得的数值，或是从卫星传回来的图象，或是医学CT(计算机层面X射线照相)和MRI(核磁共振成像)转换成可视的、能帮助科学家理解的信息的计算方法。简而言之，科学计算可视化是把计算机图形学与图象处理技术应用于计算科学的学科。

    它研究两方面的内容：（a）如何把科学数据－数值与图像，转变成可视的图形（图象）与可理解的信息的工具 。（b）研究把可视化工具应用于科学和工程的各个学科。

天气数据可视化

    （2）计算机动画

    在计算机引入动画制作的初期，动画技术只是用于自动控制动画制作的机械设备，如摄像机和动画控制台。

    随着计算机图形图象处理技术的迅速发展，计算机在动画制作中的应用范围越来越广，目前应用分两类：计算机辅助动画（即二维动画）和计算机生成动画（即三维动画）。三维动画其三维数据在计算机内部生成，其运动轨迹也是在计算机内部以三维数据确定。动画技术作为一种表达第四维信息的技术，不仅可以用来表达时间的变化，也可以用于表示其它参数的变化。

    计算机图形学中的三维图形知识应用在可视化技术中，使得人们能够利用计算机在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，并和它们直接交流，可视化技术赋予人们对物体进行仿真并且实时交互的能力。把人和机器以一种直观自然的方式加以统一，可以在三维图形世界里以前所未有的手段获取信息并发挥自己思维得创造性。如设计三维机械零件模型。

    三维图形应用于动画技术，生成三维动画，可以使得设计师随心所欲发挥自己得想象力。如设计高难度的影视片断和广告，电影《泰坦尼克号》、《侏罗纪公园》、《终结者II》等精彩得电影镜头就是计算机动画和实景无缝结合的产物。

侏罗纪公园

    4、仿真的发展

    根据国际标准化组织(ISO)标准中得《数据处理词汇》部分的名次解释，“模拟”（Simulation）与“仿真”（Emulation）两词含义分别为：“模拟”即选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一系统来表示它们的过程。“仿真”即用另一数据处理系统,主要是用硬件来全部或部分地模仿某一处理系统，以至于模仿的系统能象被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。目前“模拟”和“仿真”两者所包含的内容都归于“仿真”的范畴，用“Simulation”来代表。

    仿真又称蒙特卡罗方法，它是一种通过用随机数做实验来求解随机问题的技术。蒙特卡罗（Monte Carlo）方法，又称随机抽样或统计试验方法，属于计算数学的一个分支，它是在本世纪四十年代中期为了适应当时原子能事业的发展而发展起来的。

    蒙特卡罗方法的基本思想是：当所要求解的问题是某种事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，它们可以通过某种“试验”的方法，得到这种事件出现的频率，或者这个随机变数的平均值，并用它们作为问题的解。

    蒙特卡罗方法通过抓住事物运动的几何数量和几何特征，利用数学方法来加以模拟，即进行一种数字模拟实验。它是以一个概率模型为基础，按照这个模型所描绘的过程，通过模拟实验的结果，作为问题的近似解。可以把蒙特卡罗解题归结为三个主要步骤：构造或描述概率过程；实现从已知概率分布抽