标量场是指空间采样位置上记录单个标量的数据场，通常在二维表面或三维空间上的线性或非结构化网格上空间采样。标量场大多来源于科学计算和实验探测，如飓风仿真生成的温度场和压力场、医学断层扫描设备获得的三维影像。

二维标量场的常见可视化方法包括颜色映射、轮廓法和高度图。颜色映射将每个标量值与一种颜色相对应，构建一张以标量值为索引的颜色映射表，通过色彩差异传递数据的空间分布规律，已被广泛应用于各个领域，如天气预报中的温度图。轮廓线是基于移动正方形法，将标量值等于某一指定阈值的点连接形成的线，即等值线，如地图上的等高线和天气预报中的等压线，多条等值线的疏密程度反映了标量场的变化快慢。高度图将二维标量场的数值映射为空间采样点法向方向的高度，通过表面的高低起伏传递空间数据的大小和变化。

三维标量场也常称为体数据，其基本单元称为体素，其常见可视化方法包括间接体绘制和直接体绘制。间接体绘制利用等值面抽取技术显式地构建特征的几何表面信息，采用图形学中的面绘制技术直观快速地展现特征的形状和拓扑信息。等值面是三维标量场中满足某一指定阈值的网格曲面，1987年提出的移动立方体法是最为经典的等值面抽取方法。其假设标量值在体素(立方体)内线性变化，逐一遍历每个体素，计算等值面与立方体棱边的交点，并按一定的规则连接，生成近似表达等值面的三角网格。通过立方体顶点标量值与给定阈值的大小比较，共有256种相交情况，根据对称性可简化合并为15种情况。移动立方体法在等值面构造时的二义性问题可以通过渐进线决策法等解决，其计算效率可以通过几何、值域和图像空间进行加速，这些进展有效地促进了移动立方体法的广泛应用。

直接体绘制采用光学贡献积分模型，直接计算三维空间采样点对结果图像的贡献，揭示三维标量场的内部结构。与间接体绘制不同，直接体绘制无需从三维标量场中提取中间几何图元，其优点是能够展现数据的整体信息和内部结构，提供全局预览，而非感兴趣的等值面，同时也可以利用图形硬件的并行计算能力。光线投射法是直接体绘制最为常用的方法，从视点出发的光线在三维标量场上通过三线性插值进行空间采样，基于发射-吸收光学模型，通过体绘制积分计算并累加沿光线的光学贡献，获得像素的颜色值。其关键步骤是分析和提取三维标量场中的特征信息，建立这些特征信息与光学属性之间的映射关系，实现感兴趣特征和背景信息的有效区分，即传递函数设计。传递函数是一组定义数据值及其相关属性与颜色、不透明度等视觉元素之间的映射关系的函数，如一维标量值传递函数和二维标量值-梯度模传递函数。常规的传递函数设计可以分为以图像为中心和以数据为中心两类方法，而具有智能分析功能和直观交互界面的传输函数设计更适合复杂的三维标量场，如多变量标量场和时变标量场。直接体绘制已经成功地应用于生物医学、气象、地震等自然科学领域。