CN101593070A - 对大量信息进行可视化的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对大量信息进行可视化的方法和设备。其中将布置在一个虚拟二维信息平面上的信息映射到一个虚拟球面上，然后将映射到该球面上的信息投影到一个显示平面上。与常规技术相比，本发明能够在所述球面的前景区域中呈现清晰的焦点，同时在背景区域中嵌入完整的上下文。

Description

对大量信息进行可视化的方法和设备

技术领域

本发明涉及信息可视化，尤其涉及对大量信息进行可视化的方法和设备。

背景技术

目前，信息可视化领域所面临的一个非常重要的挑战是，在诸如PDA或移动电话的屏幕这样的相对较小的显示窗口内实现大量信息的可视化。在最近几十年里，对于开发基于扭曲的技术来解决上述问题受到了越来越多的关注和兴趣。已经开发出各种不同的技术来通过有限的显示区域访问大量数据，基于扭曲的技术是其中之一。基于扭曲的技术的一个主要特点是，允许用户详细察看屏幕上的一个局部区域，同时能够展现对空间的全局视角，从而提供上下文信息，以便于导航。

图1a、1b、1c中分别示出了三种典型的技术。图1a所示的第一种典型技术是用于树结构或类似于树的图的双曲映射，这种技术例如在1997年4月8日授予John O.Lamping和Ramanna B.Rao的美国专利US5619632中进行了描述。由于双曲映射是非保角映射，在双曲圆盘内不能在显示足够的上下文同时清晰地显示焦点区域，而且其中大部分的上下文信息都被压缩在圆盘的边缘。

图1b中所示的第二个例子是常规的球面可视化技术，其中将信息布置到一个球面上。需要聚焦的数据元素位于前景半球上，而上下文数据位于背景半球上，用户可通过转动这个信息半球来进行导航。但是，这里球面的表面积必须接近原始信息平面的面积，当信息集合非常巨大时，不可能使用常规球面布局来实现可视化，因此理论上这种常规球面可视化技术不能对无限的数据量进行可视化。

图1c所示的第三个例子是“鱼眼(Fisheye)”扭曲。在美国专利申请US20070130525A1中公开了一种典型的“鱼眼”技术，其通过压缩页面边缘区域而达到放大球面中心的目的。这种技术的效果相当于在平行于屏幕的平面页面后面放置了一个“球面”，当使该“球面”穿过页面向观看者的眼睛推近时，页面中心发生变形并被放大，而页面边缘仍保持平面状。这种技术多年来一直得到广泛的应用，其特点是可以在窗口局部区域内同时显示焦点(Focus)和上下文(Context)。然而，“鱼眼”扭曲仅仅放大了视角的指定区域，当“鱼眼”的放大区域与窗口大小相同时，上下文信息将无法显示，因为现有的各种“鱼眼”技术均无法实现对边缘信息的完全压缩，从而无法达到呈现无穷信息的目的。

在另外一种现有技术中，如Liang-Hong Wu和Ping-Yu Hsu在2007年发表的“the Perceptual Eye View：A User-Defined Method forInformation Visualization”(ISBN：978-3-540-73106-1)一文中所公开的，采用了更加平滑的焦点及上下文变换处理，其中在三维方向上控制焦点，使不同用户能够观看他们自己的信息空间细节。在这种技术中仍然是使用常规的球面布局方式作为基本模型，将信息布置在一个普通的球面上，而对于信息的压缩采用了聚类技术。由于这种方法对信息采用了线性等距压缩，导致在实现上下文的同时无法显示焦点的细节。另外，常规球面上是无法布置无穷信息的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种借助虚拟球面映射来实现信息可视化的方法，这种方法不同于常规球面布局，其能够在小的显示区域内呈现大量信息，在理论上能够对无限大的信息量进行可视化，而且由于采用了保角映射，能够在呈现上下文信息的同时清晰地显示焦点信息。本发明的另一个目的是提供一种采用上述方法对大量信息进行可视化的设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种对大量信息进行可视化的方法，该方法包括以下步骤：

所述大量信息作为数据点被布置在一个虚拟的二维信息平面上；

形成一个与所述二维信息平面相交的虚拟球面；

在所述虚拟球面上选择一点作为公共点，由所述公共点与所述二维信息平面上的数据点所确定的直线与所述虚拟球面相交，将所形成的交点确定为相应数据点在所述虚拟球面上的映射点；并且

把所述虚拟球面上的映射点投影到一个用于呈现信息的显示平面上。

可选地，本发明所述的虚拟球面既可以是正球面，也可以是椭球面。它们均具有良好的对称性。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种采用上述方法对大量信息进行可视化的设备，该设备具有显示屏和图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

用于将所述大量信息作为数据点布置在一个虚拟的二维信息平面上的模块；

用于形成一个与所述二维信息平面相交的虚拟球面的模块；

用于把所述二维信息平面上的数据点映射到所述虚拟球面上的模块，该模块在所述虚拟球面上选择一点作为公共点，使得由所述公共点与所述二维信息平面上的数据点所确定的直线与所述虚拟球面相交，并将所形成的交点确定为相应数据点在所述虚拟球面上的映射点；以及

用于把所述虚拟球面上的映射点投影到所述显示屏上的模块。

可选地，上述设备还可具有用于使用户控制显示屏上的光标的输入装置，其可以通过外接鼠标、触摸屏技术等实现，允许用户通过该输入设备在显示屏上进行点击或拖曳等操作，以调整显示屏上的显示内容。另外，上述设备还可具有用于使用户设定虚拟球面半径的输入装置，允许通过改变虚拟球面的半径来调整所呈现的焦点信息与上下文信息之间的比例。

在根据本发明所提出的方案，由于全部信息(而不仅仅是部分信息)都可以被一一映射在一个虚拟球面之上，对信息的压缩和放大可以连续地进行，因而当焦点区域与显示窗口大小相同时仍能够很好地显示上下文信息，理论上本发明可以对无穷多的信息进行可视化，同时能够清晰地显示焦点信息的细节，而不会过度扭曲变形。

附图说明

图1a、1b和1c分别示出了基于扭曲技术的三种典型的现有技术；

图2示出了把信息数据布置在二维信息平面上的一个例子；

图3示出了一种可应用于本发明的示例性虚拟球面映射方法的示意图；

图4示出了利用正投影将虚拟球面上的映射点投影到一个显示平面上的示意图；

图5示出了根据本发明的示例性方法的流程图；以及

图6a和图6b分别示出了根据本发明所得到的可视化效果与采用常规双曲映射法得到的可视化效果的比较。

图7示出了采用本发明所述方法对大量信息进行可视化的设备的一个实施例的示意图。

具体实施方式

根据本发明的可视化方法可应用于需要在任何显示设备上呈现大量信息的场合，如在计算机的显示屏上对信息进行可视化。本发明尤其适用于PDA、移动电话等显示屏较小的设备，从而把数据量非常大的信息集合在较小的显示屏上呈现给用户，使用户当前所关注的信息作为焦点信息在屏幕的显著部分清晰地显示，而其余的上下文信息可以仅显示其概要，而不会影响焦点信息的显示。另外，用户可以通过鼠标、触摸屏技术、输入键等与设备进行互动，以调整设备显示屏上的显示内容。

在图2中示出了需要可视化显示的信息的一个例子，这些信息数据包含许多人名，比如一个大公司内的员工姓名，他们之间按照部门隶属关系相互关联，这些数据可以看作是由相互关联的许多节点构成的一个图结构。在现有技术中，当公司规模非常大时，要在一个屏幕上显示所有这些员工姓名是非常困难的。为了简化起见，可以把各个员工姓名视为相应的节点，这些节点之间的连线表示各个员工之间的关系。下面详细描述根据本发明如何把这些节点(员工姓名)全部呈现在显示屏幕上。

为此，首先构建一个虚拟的二维信息平面，把需要可视化的数据点布置在这个二维信息平面上。在本发明的范围内，可以通过任意的信息布局算法把需要可视化的数据集合(比如图2所示的员工姓名)布置在这个虚拟的二维信息平面上。当然，这里只是作为示例，实际上对于数据集合的类型没有任何限制。例如，需要可视化的信息数据可能是一个包含超过1000个数据点的树结构，也可以仅仅是一个二维数据表或者图像数据。所述虚拟的二维信息平面理论上可以是无限大的，因此可以布置无穷多的数据点。

在这个实施例中，为了避免映射到焦点区域内的节点发生重叠，从而影响显示的清晰度，在布置的节点间可能需要更多的空间。为此，在这个例子中采用了一种放射状布局，这种布局算法是将一个根节点的各叶子节点递归地以楔形排列在圆周上。从图2中可以看到，一个部门的负责人的姓名可以作为一个子树的根节点(如选择“Jeff”下属的“Holly”作为根节点)，而该部门的其他人员可以视作这个根节点的叶子节点(如“Holly”的四个叶子节点“Pete”、“Stephen”、“Kenji”和“Jeremy”)。一种布置方式是使由叶子节点所形成的楔形的中间夹角与叶子节点的数目(即相应子树的宽度)成正比。

这可以通过以下布局算法来实现：计算一个以节点v为根节点的生成树，并计算这个生成树的权重。例如，其每个叶子节点的权重可以设为1，而每个非叶子节点n的权重可以通过对该节点的各个子节点的加权求和来计算：

$\mathrm{weight}\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{csizeof}\left(n\right)}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}\·\mathrm{weight}\left(c_i\right)$

其中c_i为非叶子节点n的子节点，csizeof(n)表示计算节点n的子节点数目的函数，而根节点v的加权系数α可以通过下式来计算：α＝log(csizeof(v)+1)/csizeof(v)。

例如，当选择图2中的“Holly”作为子树的根节点时，其叶子节点分别是“Pete”、“Stephen”、“Kenji”和“Jeremy”，设这四个叶子节点的权重均为1，则可以根据上面的算法计算出其加权系数α为0.09691，从而计算出根节点“Holly”的权重为0.38764。同样，直接隶属于“Jeff”的20个部门负责人的权重都可以被计算出来，从而迭代地计算出总负责人“Jeff”的权重。

这样，使得与根节点v直接相连的各个子节点排列在一个圆周上，并且各子节点的在圆周上所占据的空间与其相应的权重成正比。在显示视图中，通过迭代地计算，把整个生成树放射状地布置在多个同心圆上。可以根据子树的深度(即叶子节点的层数)对最外层的大圆半径进行划分，从而确定各同心圆的半径(即各层叶子节点到根节点的距离)。

例如，图2中的图结构的深度为2，从而形成两个同心圆，总负责人“Jeff”被布置在圆心，直接隶属于“Jeff”的20个部门负责人被布置在内部的圆周上，这些部门负责人在内部圆周上占据的空间与其权重成正比。其余的员工都被布置在外部的圆周上，其间隔也根据其相应的权重来调整。这里内部圆周的半径是外部圆周半径的一半。

也可以采用以下的替代方式来为映射到焦点区域内的每个节点分配更多的空间：例如将非根节点的子节点以楔形排列在一个更大的圆周上，其中由各子节点形成的相应楔形的夹角随叶子节点的数目成指数增大，而不是与叶子节点的数目成正比，使得子节点之间的间距随着它们至圆心的距离而增大。

当然，这里只是举例说明，将任意数据集合布置到二维信息平面上的任何方法都是可行的。

图3示出了可应用于本发明的一种基本的虚拟球面映射的示意图。为了便于理解，在本例中假定所述虚拟球面是一个球心为O的单位球面(设其半径为1的正球面)，在具有彼此正交的x轴、y轴和z轴的空间直角坐标系中，这个单位球面的球面方程表示为x²+y²+z²＝1，这个单位球面在复变函数领域也被称为复球面或Riemann球面。将二维平面上的点一一映射到这个球面上的方法可以参照郑建华所著的“复变函数”一书(2005年1月1日出版，清华大学出版社，ISBN：7302096937)，其中这种映射方法被称为“球极平面映射”。应当理解，也可以采用椭球面作为所述虚拟球面，此时的椭球面方程可表示为x²/a²+y²/b²+z²/c²＝1，其中a、b、c分别是椭球面的三个半轴长度。通过改变球面的半径或者半轴长度，可以调整所呈现的信息的大小或形状。

另外，作为本发明的一个实施方式，这里可以把空间直角坐标系中的xOy平面视作所述的虚拟二维信息平面，这个平面穿过球心，构成了球面的赤平面。显然，也可以使这个二维平面沿着图3的z轴在球面的两个极点之间平移，即不穿过球心地与球面相交。

为了确定虚拟球面与所述二维信息平面之间的坐标关系，可以把要在显示平面的中心位置呈现的数据点在赤平面上的正投影作为虚拟球面的球心O，并假设上述的单位球面半径1对应于实际显示屏上的例如1000个像素点，当然球面半径所对应的像素数目是可以改变的。

由图3中的例子可见，由所述赤平面上的任一点p(x，y，0)与单位球面的一个极点(本例中是坐标为(0，0，1)的北极点N)确定了一条直线，其直线方程为{((1-t)x，(1-t)y，t)：-∞＜t＜∞}，这条直线与单位球面有唯一的交点p’，这个交点p’与赤平面上的点p之间建立了一一对应的拓扑映射关系。通过这种方式，图3中二维信息平面(赤平面)上的每个数据点p都可以映射为虚拟球面上的一个映射点p’。为了求交点p’的坐标，将所述直线的坐标带入球面方程，有

(1-t)²x²+(1-t)²y²+t²＝1

其中t＝(|z|²-1)/(|z|²+1)，得到交点p’的坐标为

$X=\frac{2x}{{\left|z\right|}^2+1},$ $Y=\frac{2y}{{\left|z\right|}^2+1},$ $Z=\frac{{\left|z\right|}^2-1}{{\left|z\right|}^2+1}.$

这样，例如可以求出图2中的每个员工姓名在这个球面上的唯一映射坐标，从而将其映射到球面上。

在图3所示的例子中，赤平面与单位球面相交形成了一个大圆，在这个大圆内的数据点被映射到单位球面的南半球，而这个大圆以外的所有其它数据点被映射到单位球面的北半球，赤平面上无限远处的点被映射到北极点N，而原点O被映射到南极点。在这里，单位球面的南半球作为前景区域，映射在其上的数据点作为焦点信息，北半球作为背景区域，映射在其上的数据点作为上下文信息。本例中，在球面上所选的公共点与虚拟球面的球心之间的连线是与所述二维信息平面垂直的，即这个公共点是球面的一个极点。当然，由于球面是一种具有良好对称性的几何形体，选择球面上的任一点出发进行映射都是可行的。

从图3中可以看到，在这种映射中，赤平面上两条直线之间的夹角在被映射到球面上之后角度保持不变，因此这种映射是一种保角映射。与此不同的是，双曲映射是一种非保角映射，信息平面上的两条直线在被映射到双曲圆盘上之后形成了特殊的曲线，因此在双曲圆盘内所显示的信息会发生比较严重的扭曲变形，难以清晰显示焦点数据的细节。

本发明所述的显示平面可以作为一个实际的物理显示屏，如计算机的显示器、PDA或移动电话的显示屏等。根据本发明的一个实施例，所述显示平面(或者说设备显示屏的平面)是与所述虚拟二维信息平面平行的。

根据本发明的一种实施方式，用户可以根据物理显示屏上的实际显示窗口的大小来调整球面半径，从而改变所呈现的焦点信息和上下文信息之间的比例，也就是说，对要在焦点呈现层上显示的信息内容进行缩小或放大。例如，用户可以通过一个输入装置将球面半径所对应的实际显示屏上的像素点数目从1000个像素设定为500个像素，从而将焦点区域中心位置的信息放大，而原来位于焦点区域边缘的一部分信息将被“挤”到背景区域内。

图4示出了根据本发明的一个实施例利用正投影将虚拟球面上的映射点投射到显示平面上的示意图。在这个实施例中，该显示平面与虚拟球面的赤平面(即布置有数据点的二维信息平面)平行。为了尽可能清晰地在显示屏上呈现焦点信息的细节，可以使所述虚拟球面与其赤平面相交形成的大圆在显示平面上的正投影作为显示窗口的内切圆。本领域技术人员可以理解，这个内切圆的大小可以根据实际显示窗口的大小等比例地调节。球面上的其它纬线在显示平面上被投影成同心圆。前景区域在显示平面上被投影为用于显示焦点信息的焦点呈现层，而背景区域在显示平面上被投影为用于显示上下文信息的上下文呈现层，这两个呈现层可以是重叠的。可选地，焦点呈现层可以是透明的也可以是不透明的，从而显示或隐藏上下文信息。

当然，也可以使用诸如平行斜投影等其他投影算法来实现这一步骤。当采用平行投影法(包括正投影和斜投影)时，所呈现的数据点关系的尺寸保持不变；而当采用透视投影法时，球面上离显示平面近的数据点将显示得较大，而离显示平面远的数据点将显示得较小，从而呈现出近大远小的视觉效果。

图5示出了根据本发明的一个实施例的方法流程图。首先，在步骤S1中，把需要可视化的信息数据根据任意布局算法布置在一个虚拟的二维信息平面上。然后，构建一个虚拟的球面，例如通过借助图3所示的映射方法把布置在二维信息平面上的节点一一映射到所述虚拟球面上。在步骤S3中，例如通过如图4所示的正投影等投影算法把映射到虚拟球面上的各节点投影到一个显示平面上，从而实现信息的可视化。

根据本发明的一个实施例，在所述显示平面上，焦点呈现层上的焦点信息的细节被详细地显示，而上下文呈现层上的上下文信息只显示其概要。

为此，可以确定映射到背景区域内的上下文数据点的重要性，当某些上下文数据点的重要性低于一个显示阈值时，这些上下文数据点被折叠隐藏，不再显示在显示屏上。这种处理在下文中被称为“上下文采样”。

这里以诸如图2所示的数据信息为例对“上下文采样”进行说明。在步骤S4中判断这个由员工姓名所构成的图结构是否全部位于前景区域中。如果这个图结构的全部或一部分位于背景区域中时(步骤S4的判断结果为“否”)，则在步骤S5中执行上下文节点采样，从而使背景区域上的节点被折叠隐藏。如果整个图结构中所有的节点都位于前景区域(步骤S4的判断结果为“是”)，则不需要进行节点采样。

下面给出了上下文节点采样算法的一个例子。首先，计算每个节点的重要性。例如，节点的权重可以根据接近中心性(closenesscentrality)或度中心性(degree centrality)来衡量，这是数据结构领域公知的内容。作为示例，这里用节点的度中心性(即节点的入度和出度)来表示节点的重要性。

当图结构中的所有节点都位于背景区域内时，从重要性最高的节点开始执行广度搜索，并将每个节点的重要性与一个作为常数的显示阈值进行比较，当发现某个节点的重要性低于这个显示阈值时，该节点将被折叠隐藏，不再显示，重复执行该过程直到图结构中所有的节点都经过筛选为止。当图结构中只有一部分节点位于背景区域内而其它节点位于前景区域内时，从背景区域中与前景区域内的子图直接相连的节点开始执行广度搜索，并执行与上述过程相同的处理。

通过这种上下文采样，可以仅显示出上下文信息的概要(如重要的数据关系)，而隐藏其细节，从而不会影响焦点信息的清晰显示。

在步骤S6中，用户可以通过点击显示平面上的节点或者在显示平面上进行拖曳来实现互动。这里以在图2所示的图结构中进行点击为例进行说明：当用户点击一个节点v时，可以计算这个节点v在虚拟球面上与视图中心之间的差值，然后该节点v自动移动到视图中心，此时整个图结构中的所有其它节点也根据所计算出的这个差值在虚拟球面上随之相对移动。此时，可以重新执行上面所述的上下文采样的过程，从而使从背景区域移动到前景区域的节点被充分展开显示，而从前景区域移动到背景区域的重要性较低的节点被折叠隐藏。

在图6a中示出了根据本发明所得到的可视化效果，其中图6a中的各节点(如员工姓名)简化地用圆圈和连线来表示。作为比较，图6b中示出了采用现有技术中的双曲映射法得到的可视化效果。可以看到，在图6b中采用双曲映射法时较下层的子节点都被压缩在显示区域的边缘，因而不能清楚地显示，而且数据关系发生了严重的扭曲变形。而在图6a中，根据本发明采用虚拟球面映射得到的显示效果在显示窗口上很好地显示出了焦点信息和上下文信息，其中上下文呈现层上所呈现的上下文信息能够很好地显示出其主要数据关系，同时焦点呈现层内的数据关系被清晰地展示出来。

图7示出了按照本发明对信息进行可视化显示的设备的一个实施例。该设备具有一个显示屏，还具有图像处理装置(未示出)和输入设备(如输入键、常规鼠标、书写笔等)。用户可以在这种设备的显示屏上观看文档或图片、或者进行浏览Web页面等操作。当需要显示的数据量很大时，如需要查看图2所示的所有员工姓名及其关联，用常规显示方法是很难在有限的显示窗口呈现大量信息的。根据本发明的该实施例的设备对要呈现的信息进行虚拟球面映射的处理，从而把球面上的数据点及其关联呈现在显示屏上。为此，所述图像处理装置包括用于将所述大量信息作为数据点布置在一个虚拟的二维信息平面上的模块；用于形成一个与所述二维信息平面相交的虚拟球面的模块；用于把所述二维信息平面上的数据点映射到所述虚拟球面上的模块，该模块在所述虚拟球面上选择一点作为公共点，使得由所述公共点与所述二维信息平面上的数据点所确定的直线与所述虚拟球面相交，并将所形成的交点确定为相应数据点在所述虚拟球面上的映射点；以及用于把所述虚拟球面上的映射点投影到所述显示屏上的模块。

从图中可见，在显示窗口的中心区域，数据点之间以较大的间隔清晰地显示，在其他上下文数据点在球面“背面”的背景呈现层上显示出其主要数据关系。用户可以通过输入装置来调整显示屏上所呈现的信息，例如通过外接鼠标或触摸屏技术来控制设备显示屏上的光标移动，并实现点击和拖曳等操作，从而使要呈现的信息在球面上相应移动。例如根据本发明的一种实施方式，通过操作显示屏上的光标，点击一个数据点，图像处理装置计算出这个数据点与显示视图中心的距离，并使该数据点自动移动到显示窗口的中心，球面上的其余数据点根据所计算出的距离随之相对移动。用户还可以借助输入装置(例如输入键)设定虚拟球面的半径(例如以像素数为单位)，从而调整焦点信息与上下文信息的比例，例如在焦点显示层内放大显示感兴趣的焦点信息，而将其余信息缩小到上下文显示层上。

Claims (25)

1.一种对大量信息进行可视化的方法，该方法包括以下步骤：

所述大量信息作为数据点被布置在一个虚拟的二维信息平面上；

形成一个与所述二维信息平面相交的虚拟球面；

在所述虚拟球面上选择一点作为公共点，由所述公共点与所述二维信息平面上的数据点所确定的直线与所述虚拟球面相交，将所形成的交点确定为相应数据点在所述虚拟球面上的映射点；并且

把所述虚拟球面上的映射点投影到一个用于呈现信息的显示平面上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维信息平面穿过所述虚拟球面的球心。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述公共点与所述虚拟球面的球心的连线垂直于所述二维信息平面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用正投影法把映射到所述虚拟球面上的信息投影到所述显示平面上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果要可视化的信息是由多个相互关联的节点构成的图结构，在把所述信息布置在所述二维信息平面上时，使根节点的各叶子节点递归地以楔形排列在圆周上，并且叶子节点所形成的楔形的中间夹角与叶子节点的数目成正比。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，计算一个以节点v为根节点的生成树，并计算这个生成树的权重，其中每个叶子节点的权重被设为1，而每个非叶子节点n的权重通过对该节点的各个子节点的加权求和来计算：

$\mathrm{weight}\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{csizeof}\left(n\right)}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}\·\mathrm{weight}\left(c_i\right)$

其中c_i为非叶子节点n的子节点，csizeof(n)表示计算节点n的子节点数目的函数，而加权系数α可以通过下式来计算：α＝log(csizeof(v)+1)/csizeof(v)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果要可视化的信息是由多个相互关联的节点构成的图结构，在把所述信息布置在所述二维信息平面上时，使根节点的各叶子节点递归地以楔形排列在圆周上，并且叶子节点所形成的楔形的中间夹角随叶子节点的数目成指数增大。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，作为焦点信息的数据点被映射到前景区域内，作为上下文信息的数据点被映射到背景区域内，在所述显示平面上，前景区域中的焦点信息被投影到焦点呈现层上，背景区域中的上下文信息被投影到上下文呈现层上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述显示平面上，焦点呈现层上的焦点信息的细节被详细地显示，而上下文呈现层上的上下文信息只显示其概要。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，确定映射到背景区域内的上下文数据点的重要性，当某些上下文数据点的重要性低于一个显示阈值时，这些上下文数据点被折叠隐藏，在显示平面上不再呈现。

11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，当用户点击显示平面上所显示的一个映射点时，该映射点自动移动到焦点呈现层的投影中心，整个虚拟球面上的其余映射点也随之相对移动。

12.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，当用户在显示平面上进行拖曳时，整个虚拟球面上的映射点随之相对移动。

13.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，通过设定所述虚拟球面的半径来调整所呈现的焦点信息与上下文信息的比例。

14.一种用于对大量信息进行可视化的设备，该设备具有显示屏和图像处理装置，其中所述图像处理装置包括：

用于将所述大量信息作为数据点布置在一个虚拟的二维信息平面上的模块；

用于形成一个与所述二维信息平面相交的虚拟球面的模块；

用于把所述二维信息平面上的数据点映射到所述虚拟球面上的模块，该模块在所述虚拟球面上选择一点作为公共点，使得由所述公共点与所述二维信息平面上的数据点所确定的直线与所述虚拟球面相交，并将所形成的交点确定为相应数据点在所述虚拟球面上的映射点；以及

用于把所述虚拟球面上的映射点投影到所述显示屏上的模块。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述二维信息平面穿过所述虚拟球面的球心。

16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述用于把虚拟球面上的映射点投影到显示屏上的模块通过正投影法把映射到所述虚拟球面上的信息投影到所述显示屏上。

17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，如果要可视化的信息是由多个相互关联的节点构成的图结构，所述用于将所述信息布置在二维信息平面上的模块使根节点的各叶子节点递归地以楔形排列在圆周上，并且叶子节点所形成的楔形的中间夹角与叶子节点的数目成正比。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述用于将所述信息布置在二维信息平面上的模块还包括用于计算一个以节点v为根节点的生成树并计算这个生成树的权重的模块，其中每个叶子节点的权重被设为1，而每个非叶子节点n的权重通过对该节点的各个子节点的加权求和来计算：

$\mathrm{weight}\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{csizeof}\left(n\right)}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}\·\mathrm{weight}\left(c_i\right)$

其中c_i为非叶子节点n的子节点，csizeof(n)表示计算节点n的子节点数目的函数，而加权系数α可以通过下式来计算：α＝log(csizeof(v)+1)/csizeof(v)。

19.如权利要求14所述的设备，其特征在于，如果要可视化的信息是由多个相互关联的节点构成的图结构，所述用于将所述信息布置在二维信息平面上的模块使根节点的各叶子节点递归地以楔形排列在圆周上，并且叶子节点所形成的楔形的中间夹角随叶子节点的数目成指数增大。

20.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述用于把二维信息平面上的数据点映射到虚拟球面上的模块把作为焦点信息的数据点映射到前景区域内，把作为上下文信息的数据点映射到背景区域内；在所述显示屏上，所述用于把虚拟球面上的映射点投影到显示屏上的模块把前景区域中的焦点信息投影到焦点呈现层上，把背景区域中的上下文信息投影到上下文呈现层上。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，在所述显示屏上，焦点呈现层上的焦点信息的细节被详细地显示，而上下文呈现层上的上下文信息只显示其概要。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述图像处理装置确定映射到背景区域内的上下文数据点的重要性，当某些上下文数据点的重要性低于一个显示阈值时，这些上下文数据点被折叠隐藏，不再显示在显示屏上。

23.如权利要求20至22中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还具有用于使用户控制显示屏上的光标的输入装置，当用户通过所述输入装置点击所述显示屏上所显示的一个数据点时，该数据点自动移动到显示屏的中心位置，其余数据点也在所述虚拟球面上随之相对移动。

24.如权利要求20至22中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还具有用于使用户控制显示屏上的光标的输入装置，当用户通过所述输入装置在显示屏上进行拖曳操作时，整个虚拟球面上的数据点随之相对移动。

25.如权利要求20至22中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还具有用于使用户设定虚拟球面半径的输入装置，所述图像处理装置通过用户设定的虚拟球面半径来调整所呈现的焦点信息与上下文信息之间的比例。

Images