如何在所有缩放级别实时准确地绘制大数据向量？

Question

我有大量数据集（10 Hz 数据，因此每 24 小时 864k 个点），我需要实时绘制它们。 这个想法是用户可以缩放和平移到高度详细的散点图。

数据不是很连续并且存在尖峰。 由于数据集太大，我无法在每次绘图刷新时绘制每个点。

但我也不能只绘制每个第 n 个点，否则我会错过主要特征，例如大而短的尖峰。

Matlab 做得对。 您可以给它一个充满零的 864k 矢量，只需将任意一个点设置为 1，它就会通过缩放和平移实时正确绘制。

Matlab是如何做到的呢？

我的目标系统是 Java，因此我将在 Swing/Java2D 中生成该图的视图。

Answer 1

您应该尝试 MATLAB Central 中的文件：

https://mathworks.com/matlabcentral /fileexchange/15850-dsplot-downsampled-plot

来自作者：

此版本的“绘图”将允许您可视化具有大量元素的数据。 绘制大型数据集会使图形变得缓慢，但大多数时候您不需要图中显示的所有信息。 您的屏幕只有这么多像素，您的眼睛将无法检测到屏幕上未捕获的任何信息。

此函数将对数据进行下采样并仅绘制数据的子集，从而提高内存要求。 当绘图放大时，会显示更多信息。 我们做了一些工作来确保捕获异常值。

语法：

dsplot(x, y)  
dsplot(y)  
dsplot(x, y, numpoints)  

示例：

x =linspace(0, 2*pi, 1000000);  
y1=sin(x)+.02*cos(200*x)+0.001*sin(2000*x)+0.0001*cos(20000*x);  
dsplot(x,y1);

Answer 2

我不知道Matlab是如何做到的，但我会从四叉树开始。

将所有数据点转储到四叉树中，然后以给定的缩放级别进行渲染，您沿着四叉树走下去（从与您正在查看的内容重叠的区域开始），直到到达与像素大小相当的区域。 在该区域的中间粘贴一个像素。

补充：使用 OpenGL/JOGL 进行绘图也将帮助您更快地绘图。 特别是如果您可以预测平移，并建立要在显示列表或其他内容中显示的点，这样您就不必为新帧执行任何 CPU 工作。

Answer 3

10Hz 数据意味着您每秒只需绘制 10 帧。 这应该很容易，因为许多游戏都可以通过更复杂的图形达到 100 fps 以上。

如果您每秒为每个可能的数据点绘制 10 个像素，则可以使用 600 像素宽的小部件显示一分钟的数据。 如果保存倒数第 600 个样本的索引，则应该很容易仅绘制最新数据。

如果您没有每十分之一秒就有一个新数据点，您就必须想出一种方法来插入插值数据点。 我想到了三个选择：

1. 重复最后一个数据点。
2. 插入一个“空”数据点。 这将导致图表中出现间隙。
3. 在下一个数据点到达之前不要更新图表。 然后插入所有未立即绘制的像素，并在数据点之间进行线性插值。

要使动画流畅，请使用双缓冲。 如果您的目标语言支持画布小部件，它可能支持双缓冲。

缩放时，您具有与上述相同的三个选择，因为即使原始数据点连续，缩放后的数据点也不连续。

这可能有助于在 Java 中实现它。